Der Energieverbrauch eines Infrarotheizelementes richtet sich nach der vom Hersteller angegebenen Wattzahl. Ein Heizkörper mit 1000 Watt Leistung verbraucht in der Stunde 1 Kilowattstunde Strom. Bezahlt man dafür 32 ct, dann sind das die Kosten des Heizens für eine Stunde.
Allerdings ist der Heizkörper nur den Bruchteil einer Stunde eingeschaltet; denn wenn die eingestellte Solltemperatur erreicht ist, schaltet er aus. Einschalten tut er entsprechend der vom Thermostaten vorgegebenen Verzögerungszeit (Hysterese). Die beträgt bei AbegSun 0.3°C, d. h., der Heizkörper schaltet sich erst wieder ein, wenn die Temperatur um 0.3°C gesunken ist.
Die Leistung in Watt gibt also keine Auskunft über die Verbrauchskosten einer Infrarotheizung. Dieses kann man nur über den Wirkungsgrad einer Heizanlage ermitteln.
Die Verbrauchskosten von Infrarotheizelementen können nur über deren Wirkungsgrad verglichen werden. Wissenschaftlicher Konsens ist, dass nur Heizelemente, die einen Wirkungsgrad von mindestens 40% haben, als Infrarotheizkörper bezeichnet werden dürfen. Liegt er darunter, ist die Strahlungsleistung so gering, dass überwiegend uneffiziente Konvektionswärme erzeugt wird.
Die angegebene Leistung in Watt gibt keine Auskunft über die Strahlungsleistung eines IR-Heizkörpers. Geregelt wird dieser durch sogenanntes Intermittieren, d. h. Ein- und Ausschalten. Immer, wenn die eingestellte Solltemperatur (auch Wohlfühltemperatur des Benutzers) erreicht ist, schaltet der Heizkörper ab und nach dem Absinken der Temperatur um mehr als 0.3°C wieder ein.
Ist die elektrische Leistung eines Heizelementes hoch, bedeutet dieses nicht, dass insgesamt mehr Energie verbraucht wird; denn, ist die Leistung höher, wird früher abgeschaltet. Die Verbrauchskosten bleiben gleich.
Ein groß gewählter Heizkörper schadet also nicht. Es wird nur schneller warm, und man ist bei niedrigen Außentemperaturen und schlechter Gebäudedämmung immer auf der sicheren Seite.
Verbrauchskostenvergleiche von Infrarot-Heizkörpern sind nur über die Angabe des DIN-geprüften Wirkungsgrads möglich. Wenn die Höhe des Jahresverbrauchs an Wärmeenergie in Kilowattstunden durch eine Wärmebedarfsberechnung ermittelt wurde oder durch Verbrauchsmessungen oder Stromabrechnungen bekannt ist, kann ermittelt werden, wie hoch die Mehrkosten bei einem schlechten Wirkungsgrad sind.
Wir haben es Herrn Dr. Kosack mit seiner Arbeit als Professor an der Universität Kaiserslautern zu verdanken, dass es eine DIN-Norm für die Messung des Wirkungsgrads eines Infrarotheizelementes gibt.
In der DIN EN IEC 60675-3, gültig ab dem 1. Januar 2023, ist festgelegt, welche Kriterien mit welchen Messverfahren bei der Prüfung der Effizienz von Infrarotheizkörpern angewendet werden müssen. Die Technische Universität Dresden hat einen Messraum nach diesen Kriterien eingerichtet und führt Wirkungsgradprüfungen gemäß der DIN durch.
Als Kriterien gelten u.a.:
Hierbei werden die Wärmeverluste nach hinten nicht besonders gemessen, sondern wirken sich auf die vordere Oberflächentemperatur in voller Höhe als verlustbringend aus. Der Wirkungsgrad wird dadurch geringer.
Da Verluste bei der Umwandlung von elektrischer Energie in Wärme physikalisch immer entstehen, ist ein maximaler Wirkungsgrad von ca. 70% zu erreichen. AbegSun hat 69.5% erreicht und ist damit eines der am Markt erhältlichen Infrarot-Heizelemente mit den niedrigsten Verbrauchskosten.
Manchmal werden nahezu 100% als Wirkungsgrad von Infrarotheizungen angegeben. Das ist falsch. Es wird dabei die Primärenergie mit der Endenergie verwechselt.
Die hohe Effizienz der Wärmepumpenheizung wird immer mit der sog. Jahresarbeitszahl begründet. Damit soll nachgewiesen werden, dass bis zum 4-fachen (und mehr) des Energieverbrauchs an Wärmeleistung erzielt wird. Beim Kauf einer Wärmepumpe wird diese Zahl häufig als erzielbarer Wert angegeben. Wenn er dann jedoch nach einer Heizsaison durch die Auswertung der Wärmemengenzähler berechnet wird, stellt sich oft ein ernüchternd niedriger Wert heraus.
Eine niedrige Effizienz der Wärmepumpe liegt oft an einer falschen Einstellung der Anlage, oft aber auch an einem viel höheren Verbrauch an elektrischer Energie; denn eine Wärmepumpenheizung verwendet als Endenergie elektrischen Strom, der jedoch uneffizient nach dem alten Tauchsieder-Prinzip in einem Boiler erzeugt wird. Besonders wirkt sich dieses bei Luft-Wärmepumpen aus, wenn im Winter die Minusgrade der Luft genutzt werden müssen, um für eine Fußbodenheizung 28-30°C zu erzeugen oder für Konvektionsheizkörper sogar 65°C. – Da kann sich der Stromverbrauch schnell astronomisch vervielfachen. Die Vorlauftemperatur muss bei einer Wärmepumpenheizung sogar ca. 10°C höher eingestellt werden, um die Wärmeverluste im Leitungssystem auszugleichen.
Die von der SHK-Branche frei erfundene Jahresarbeitszahl (JAZ) ist jedoch kräftig geschönt worden, weil nicht alle den Verbrauch bestimmenden Werte eingerechnet werden. Dieses wird im Forschungsprojekt IR-Bau wie folgt festgestellt:
Wird ein Raum direkt elektrisch über z.B. eine IR-Heizung beheizt, entspricht der elektrische Verbrauch der Heizung dem Nutzwärmebedarf des Raumes. Entsprechend muss für einen energetischen Vergleich bei Wärmepumpen der gesamte notwendige Strom- und Wärmebedarf bilanziert werden, der zur Deckung des Nutzwärmebedarfs eines Raums notwendig ist. Für die Ermittlung einer Jahresarbeitszahl darf also nicht allein von dem Bilanzraum „WPA“ ausgegangen werden, den die VDI 4650 nutzt, sondern es muss der Bilanzraum „WPHA“ angesetzt werden.
Dieser Bilanzraum berücksichtigt alle Stromverbräuche und Wärmeverluste, die zur Versorgung eines Raumes mit der erforderlichen Nutzwärme notwendig sind, also die Leitungs- und Speicherverluste, die Übergabeverluste und die Energie für Pumpen, Stellventile, Wärmemengenzähler und eventuell zusätzlich notwendigen Raumtemperaturregelungen. Dies hat zur Folge, dass die Jahresarbeitszahl, bezogen auf den Bilanzraum WPHA, im Vergleich zur Jahresarbeitszahl nach VDI 4650, kleiner wird.
Somit ist die Differenz im Stromverbrauch von Wärmepumpe und IR-Heizung in Realität geringer, als die Werte nach VDI 4650 zunächst vermuten lassen.
Quelle: Forschungsprojekt „IR-Bau“; Projektabschlussbericht: Stand: 02/2020;
Aktenzeichen: SWD-10.08.18.7-17.11
Bei Laborraummessungen mit eingestelltem intermittierendem Betrieb zeigte sich eine Zunahme der Verbrauchsdifferenzen zwischen Fußbodenheizungs- und Infrarotheizungsraum von 15 %.
Als Regler wurde hier eine „intelligente“ Raumregelung verwendet, die selbstständig die nötige Aufheizzeit zum Erreichen einer Solltemperatur zu einem bestimmten Zeitpunkt ermittelt hat. Für die elektrische Fußbodenheizung und die IR-Heizung funktionierte diese Regelung sehr gut. Da die Wärmepumpe aufgrund ihres von der Heizkurve abhängigen modulierenden Betriebs keine konstante Leistung geliefert hat, konnte auch die Regelung keine genaue Aufheizzeit ermitteln. Dies führte dazu, dass der Fußbodenheizung auch außerhalb der vorgesehenen Heizzeiten Wärme zugeführt wurde.
Eine Simulation des intermittierenden Betriebs bei beiden Heizungssystemen mit einer Wärmepumpe ohne modulierende Betriebsweise und in gut gedämmten Süd- und Nordräumen ergab einen um ca. 2% geringeren Energieverbrauch für die Infrarotheizung.
Quelle: Forschungsprojekt „IR-Bau“; Projektabschlussbericht: Stand: 02/2020;
Aktenzeichen: SWD-10.08.18.7-17.11
Der Wirkungsgrad einer Infrarotheizung bestimmt, wieviel Prozent der zugeführten elektrischen Energie in Form von Strahlungswärme an den Raum abgegeben wird. Der übrige Teil wird in Form von Konvektion oder Wärmeleitung abgegeben und kann unter Umständen nicht primär zur Beheizung des Raums verwendet werden. Daher ist der Strahlungswirkungsgrad für die Effizienz eines Infrarotheizungssystems eine entscheidende Größe.
Bei Messungen des Strahlungswirkungsgrades an verschiedenen am Markt erhältlichen Infrarotheizungen haben sich große Unterschiede gezeigt. Der Strahlungswirkungsgrad variiert je nach Hersteller zwischen 40 % und 70 %. Es fehlt bislang eine Normierung, die allgemein definiert, wie der Strahlungs-wirkungsgrad und damit die Güte einer IR-Heizung bestimmt wird. Anm. Redaktion: die Normierung ist in Kraft seit dem 1. Januar 2023. AbegSun 69,5%!
Bei der Konstruktion von Infrarotheizungen ist eine optimale rückseitige Dämmung für den Strahlungswirkungsgrad entscheidend. Weiterhin hat auch die Position im Raum einen Einfluss auf den Strahlungswirkungsgrad. Hier hat sich gezeigt, dass sich eine Deckenaufhängung der Systeme vorteilhaft auf den Strahlungswirkungsgrad auswirkt, da so die Wärmeabgabe über Konvektion verringert wird. Eventuell ist es aber auch möglich, durch konstruktive Maßnahmen den Konvektionsanteil bei wandaufgehängten Infrarotheizungen zu minimieren. Hier besteht jedoch noch weiterer Forschungsbedarf.
Quelle: Forschungsprojekt „IR-Bau“; Projektabschlussbericht: Stand: 02/2020;
Aktenzeichen: SWD-10.08.18.7-17.11
Die Nutzerbefragung der Bewohner des Pilotprojekts K76 hat ergeben, dass die Bewohner das Infrarotheizsystem als thermisch behaglich und gut bedienbar empfinden.
Quelle: Forschungsprojekt „IR-Bau“; Projektabschlussbericht: Stand: 02/2020;
Aktenzeichen: SWD-10.08.18.7-17.11
– Die Art der Wärmeabgabe ist strahlungsdominiert und erzeugt höhere Oberflächentemperaturen im Raum, was nach allgemeiner Erkenntnis hinsichtlich der Behaglichkeit vorteilhaft ist.
– Das Infrarot-System kann präsenz- und zeitorientiert eingesetzt werden. Es ermöglicht eine raum- und zonenweise Kontrolle des Nutzers.
– Ein Vorheizen ist nicht erforderlich, weil die Anheizzeit extrem kurz ist.
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