Es ist allen klar – wir müssen etwas für unsere Umwelt tun. Der Klimawandel lässt sich nicht wegdiskutieren. Selbst wenn Deutschland nur für 2% der weltweiten Umweltverschmutzung verantwortlich ist, müssen wir, wie alle anderen Nationen auch, unseren Energiebedarf zukünftig aus regenerativen Energieträgern, also aus Sonne, Wind und Wasserkraft decken. Holz für Pelletheizungen muss ausgeschlossen werden; denn eine 100 jährige Nachwuchszeit ist nicht nachhaltig.
Neue Gebäude müssen zukünftig energieautark geplant und Bestandsgebäude müssen an die neuen Erfordernisse angepasst werden. Grüner Strom ist die nachhaltige Energie der Zukunft für komfortables Wohnen, Fahren und Kommunizieren.
Grundsätzlich ist alte Konvektionsheiztechnik mit Rohren in den Wänden in Frage zu stellen. Eine Heiztechnik mit einem so gewaltigen technischen Aufwand in Herstellung und Betrieb hat einen großen CO²-Abdruck und ist durch die auf Thermik basierende Konvektionstechnik uneffizient gegenüber einer Strahlungsheizung.
Für das Erwärmen braucht man elektrische Energie. Die Erdwärme ist immer ca. 9-11°C, die Luft oftmals viel kälter. Diese Temperaturen müssen bei einer Konvektionsheizung auf 55-65°C und bei einer sinnvolleren Fußbodenheizung auf ca. 28 – 32° C gebracht werden. Bei einer Luft/Wasser-Wärmepumpe wird bei niedrigen Temperaturen mit einem gewaltig ineffizienten elektrischen Heizstab die benötigte Wärme zusätzlich erzeugt. Die Heizkosten können dabei astronomische Höhen erreichen!
Einfacher wäre es, die noch vorhandene Raumwärme auf die gewünschte Wohlfühl-Temperatur aufzuheizen. Wir haben festgestellt, dass auch bei einem kompletten nächtlichen Abschalten der IR-Heizung die Raumtemperatur am Morgen auch bei sehr kalten Nächten immer noch ca. 14-16°C beträgt, je nach Wärmedämmung des Gebäudes.
Diese noch warme Luft mit einem Infrarot-Heizelement direkt aufzuheizen und sofort verlustfrei abzustrahlen, ist weitaus effektiver als kalte Luft oder kaltes Wasser mit einem ungeheuren technischen Aufwand, mit Hydraulikpumpen, wasserführenden Leitungen, Ventilen und Regelarmaturen, in Heizwärme umzuwandeln. Der CO²-Abdruck ist gewaltig.
Da es, im Gegensatz zu der Infrarotheizung, kein festgelegtes Verfahren gibt, den Wirkungsgrad einer WP-Heizanlage zu bestimmen, ist der Kauf einer solchen Anlage ein Blindflug in die Kosten dieser Technik. Verbrauchsaussagen aus der Praxis sind für jede Heizung individuell zu sehr von der Anzahl der Bewohner und deren Heizverhalten abhängig. Maßstab kann nur eine nach DIN festgelegte Wirkungsgradmessung der Technik sein.
Bei der Berechnung der sog. Jahresarbeitszahl JAZ wird mit einem Durchfluss-Wärmemengenzähler die Menge (Volumen) der Wärme gemessen, die in das Heizsystem hineingegeben wird und durch den Stromverbrauch eines Jahres geteilt. Das ergibt dann Werte, die zwischen 4 und 5 liegen und von Laien oder interessierten Lobbyisten so interpretiert werden, dass das entsprechend Vielfache der eingegebenen Energie als Wärme gewonnen wurde. Die bisher genannten JAZ-Werte (3-5) werden inzwischen von allen lobbyfernen Experten als irreführend bezeichnet, wenn daraus der Wirkungsgrad der Anlage abgeleitet wird.
Verantwortungsbewusste Energieberater raten bei der Sanierung eines Gebäudes von dem Einsatz einer Wärmepumpenheizung komplett ab, wenn nicht wenigstens die Konvektionsheizkörper vergrößert oder durch eine Fußbodenheizung ersetzt werden können. Dieses treibt allerdings die Sanierungskosten in schwindelnde Höhen.
Eine Infrarotheizung ist eine Strahlungs-Direktheizung. Direkt, weil ihre Wärmestrahlen ohne aufwendige Technik im Keller direkt vom wärmeerzeugenden Heizkörper den Raum erwärmen. Sie bewegen sich mit Lichtgeschwindigkeit und ohne Übertragungsverluste durch den Raum und werden von allen Gegenständen solange reflektiert und absorbiert bis keine Strahlung mehr vorhanden ist. – Danach sorgt die von Gegenständen und Wänden absorbierte Wärme für eine gleichmäßige Durchdringung des Raumes mit Wärme durch Konvektion.
Die Strahlen können eine Person, die frei im Raum steht, sitzt oder liegt, mehrmals treffen und erwärmen. Wohlgemerkt – es ist die gleiche Strahlung, die wir bereits bezahlt haben. Versuche haben gezeigt, dass beim zweiten Auftreffen die Temperatur des Körpers oder Gegenstands tatsächlich nochmals erhöht wird. – Das ist einmalig und passiert nur bei einer Strahlungsheizung!
Die Luft wird durch Infrarotstrahlen nicht erwärmt. Man sagt, Luft ist für Infrarotstrahlung diatherm, d. h., die Strahlung geht durch Luft verlustfrei hindurch. Bei unseren Sonnenstrahlen ist das auch so. Sie bewegen sich Milliarden von Lichtjahren durch den Weltraum und treffen auf die Atmosphäre unserer Erde verlustfrei auf. Der Wirkungsgrad beträgt fast 100%.
Anmerkung: dieses ist der Wirkungsgrad des Entstehens der Wärme (Primärenergie). Er hat nichts mit dem Wirkungsgrad der abgehenden Wärme (Endenergie) einer Raumheizung zu tun. Die Verarbeitung bei der Abgabe erzeugt immer Verluste. Wissenschaftler sagen, dass der physikalisch maximal zu erreichende Wirkungsgrad bei Infrarotheizungen bei ca. 70% (±2,8%) liegt.
Wir haben es dem Wissenschaftler Prof. Dr. Kosack von der TU Kaiserslautern zu verdanken, dass es seit Januar 2023 eine Methode gibt, den Wirkungsgrad eines Infrarot-Heizelementes zu messen. Die Messmethode ist in der DIN EN IEC 60675-3 festgelegt. Sie ermöglicht es endlich, die Effizienz von Infrarot-Heizkörpern zu beurteilen und als eines der Entscheidungskriterien bei der Auswahl der eigenen Heizelemente zu benutzen. Die TU Dresden führt diese Messungen durch. Es wird aber noch eine Weile dauern, bis für alle Hersteller diese Berechnungen durchgeführt worden sind.
Die Energiewende ist unabdingbar – das Heizsystem der Zukunft ist elektrische Energie.
Rund 25% aller Heizungen in Deutschland basieren noch auf Öl und Gas. Ein Umdenken ist also dringend erforderlich und wird von der Regierung unterstützt. Das zukunftsträchtige und bei grünem Strom klimafreundliche Heizen wird das Heizen mit Infrarot-Technik sein.
Hierbei spielt die Effizienz der Heizelemente eine herausragende Rolle, da die elektrische Energie in Deutschland weltweit die teuerste ist. Energieberater kommen immer häufiger als Ergebnis ihrer Beratung zu dem Schluss, dass die so hoch gelobten Wärmepumpenheizungen insbesondere bei Sanierungen von Gebäuden nicht zu empfehlen sind.
Dieses trifft jedoch auf jede Konvektionsheizung zu: die sich unter der Decke bildende Wärme ist oft 8-12°C wärmer als auf dem Fußboden. Wir müssen die Heizung hochregeln, um unsere Wohlfühltemperatur auch am Boden zu erreichen. Die Verluste unter der Decke werden dadurch noch größer. Wir verschleudern dadurch seit Jahrzehnten Unmengen an Energie! Bei einer Strahlungsheizung geschieht dieses nicht. Sie ist eine sog. Stromdirektheizung, die energiesparend nicht die Luft, sondern direkt den Körper erwärmt. Bei AbegSun mit 100°C Oberflächentemperatur nach 120 Sekunden.
Keine Konvektionsheizung, ob mit Heizkörpern oder als Fußbodenheizung, wird jemals die Effizienz einer physikalisch optimierten Infrarot-Strahlungsheizung erreichen.
Das Jülicher- und auch das Max-Plank-Institut können im Augenblich mit Wasserstoff keine wirtschaftlich machbare Anwendung für das Heizen in Wohn- und Gewerbegebäuden erkennen. Selbst wenn Wasserstoff in Sonnengebieten regenerativ erzeugt wird, ist der Transport nach Europa wirtschaftlich nicht machbar.
Bereits 2014 sind die Überlegungen im Rahmen des Projektes “Desertec”, mit Hilfe von Solarstrom, Wasserstoff zu erzeugen und von Afrika nach Europa zu transportieren, ad acta gelegt worden. Für den Transport mit Tankern brauchten wir zusätzlich zu den vielleicht umbaubaren Öl-Tankern mindestens 1000 weitere für den Transport.
Die Herstellung von Wasserstoff erfordert mehrere Umwandlungen der Aggregatzustände. Dieses geschieht mit Strom. Die Kosten sind für eine privatwirtschaftliche Anwendung völlig unakzeptabel.
Unakzeptabel ist nach den jüngsten Erfahrungen mit Russland auch die Abhängigkeit von ausländischen Lieferanten. Hier allerdings werden wir alle wieder umdenken müssen. Ohne eine globalisierte Wirtschaft werden wir alle nicht mehr überleben können.
Die Globalisierungsgegner, die es in den vergangenen Jahren immer wieder geschafft haben, Freihandelsabkommen durch Meinungsmache zu verhindern, haben uns in einseitige Abhängigkeiten getrieben, die uns heute auf die Füße fallen. Sie verursachen gewaltige wirtschaftliche Schäden dadurch, dass wir uns woanders Energie teuer kaufen müssen, um aus Abhängigkeiten herauszukommen. Besser wäre es gewesen, sich rechtzeitig durch breit gefächerte bilaterale Verträge preisgünstige Energie zu sichern.
Wir benötigen allein in Deutschland jährlich ca. 500 Terrawattstunden (eine halbe Billiarde Watt) an elektrischer Energie. Diese können niemals im eigenen Land produziert werden. Ein europäisches Verbundnetz ist jedoch schon vereinbart. Das gibt Sicherheit für das elektrische Heizen mit Infrarot-Direktheizungen.
Wasserstoff für Infrarotheizungen
Wenn es der neuen Regierung gelingt, die gesetzlich erzeugten bürokratischen Hürden für privatwirtschaftliche Nutzung der eigenen Solarenergie zu beseitigen, wird es für jeden IR-Heizer über kurz oder lang möglich sein, sich annähernd energieautark zu machen. In den Wintermonaten wird das z. Zt. nur schwer gelingen, es sei denn, es gibt neue Batteriespeicher mit hoher Energiedichte, wie die aus Graphen.
Es zeichnet sich aber noch eine Möglichkeit über die Wasserstoffnutzung ab: man erzeugt mit Hilfe von Solarstrom Wasserstoff und lagert die darin enthaltene Energie in einer Sonnenblumenöl ähnlichen Substanz (LOHC) ein. In einem Liter dieser Substanz lassen sich ca. 650 Liter Wasserstoff einschließlich der darin enthaltenen Energie binden, beliebig lange lagern und nach Entnahme des Wasserstoffs fast unendlich lange wieder benutzen.
Es wird also anstatt einer Batterie das LOHC als fast unendlich großer Energiespeicher genutzt. Dafür müssen kleine, im Haushalt benutzbare Anlagen zum Umwandeln von Stromenergie in Wasserstoff und zurück entwickelt werden. – Dann wäre Energie, die an Sonnentagen auf dem eigenen Dach oder in der Nachbarschaft gewonnen wird, im Winter jederzeit ausreichend verfügbar. (siehe auch “bild der Wissenschaft” spezial Sommer 2022)
Heißes Plasma wie das der Sonne aus einer Kernfusion in einem Magnet-Fusionsreaktor als Energiequelle zu nutzen hätte den Vorteil, dass kein Kohlendioxyd ausgestoßen wird. Aus einem Gramm Wasserstoff ließe sich dabei soviel Energie wie aus 11 Tonnen Steinkohle gewinnen. Radioaktiver Abfall würde nur in geringen Mengen mit kurzen Halbwertzeiten entstehen. Das Durchschmelzen eines solchen Reaktors ist ausgeschlossen, weil sich die erzeugten Fusionsreaktionen innerhalb von Millisekunden abschalten lassen und Brennstoff auch immer nur für Sekunden in der Reaktorkammer vorhanden ist.
Die Brennstoffe, die zum Betrieb nötig sind, sind preisgünstig für rund 1000 Jahre Weltstromerzeugung vorhanden. In Frankreich haben sich die großen Industrienationen der Welt zu dem Forschungsprojekt ITER zusammengeschlossen, um diese Technik weiter zu entwickeln.
Ein anderes Projekt: in den USA wird an der Verschmelzung von Wasserstoff-Atomkernen mit Hilfe von Laserlicht gearbeitet. Hierbei hat man mit 192 Lasern in dem Bruchteil einer Sekunde 500 Terrawatt erzeugen können. 2,7 Terrawatt benötigt die ganze Welt zur Zeit rund um die Uhr. Wenn dieser Erfolg verstetigt werden könnte, wären alle Energieprobleme der Welt mit einem Schlag gelöst.
Bis damit zu rechnen ist, muss noch viel Forschung betrieben werden und leider brauchen wir die Dekarbonisierung unserer Erde praktisch bereits in den nächsten 2 Jahren. – Wir werden sehen, – die Energie der Zukunft wird die elektrische Energie sein.
⇐ Links siehst du eine der weltweit ersten käuflichen Graphen-Batterien.
Es sind bereits für 2024 von dem australischen Unternehmen Graphene Manufacturing Group (GMG) Batterien mit 3-facher Energiedichte und extrem kurzen Ladezeiten angekündigt worden. Sie ermöglichen für Elektroautos eine Kilometerleistung von ca. 1000 km mit einer Batterieladung. Knopfbatterien wird es bereits am Ende des nächsten Jahres geben. Sie haben eine Aufladezeit von 3 Sekunden.
Wenn es mit solch effizienten Batterien möglich sein wird, Strom aus Photovoltaikanlagen in größeren Mengen zu speichern, steht einer kompletten energieautarken Heizung mit Infrarotheizelementen nichts mehr im Weg.
Für den Stromheizer bedeutet diese Entwicklung in Verbindung mit einer Photovoltaik-Anlage den möglichen Entfall der Abhängigkeit von monopolisierten Stromlieferanten – bei NULL- Emissionsausstoß.
Fachleute erwarten in den nächsten Jahren eine ständige Verbesserung des Wirkungsgrads der Photovoltaikmodule – bis zu 70% sind prognostiziert. Die Kosten für die Module sind ständig gesunken.
Solche und ähnliche Entwicklungen werden das elektrische Heizen konkurrenzlos machen. Wird der Strom aus der eigenen Photovoltaikanlage gewonnen, gespeichert und auch im Winter genutzt, ist eine fast ausgeglichene Energiebilanz in jedem Gebäude möglich.
Der Zwang zum Energiesparen und zum endlosen Maximieren der Gebäude-Wärmedämmung gehören dann der Vergangenheit an.
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