Es ist uns 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 auch ausgeschlossen werden; denn eine 100 jährige Nachwachszeit ist nicht nachhaltig.
Atomtechnik, Kohle, Öl und Gas haben ausgedient.
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 Heizung mit diesem gewaltigen technischen Aufwand in Herstellung und Betrieb hat einen großen CO²-Abdruck und ist durch die auf Thermik basierende Konvektionstechnik uneffizient gegenüber einer Strahlungsheizung.
Die Energiewende ist unabdingbar – das Heizsystem der Zukunft benutzt elektrische Energie.
Rund 25% aller Heizungen in Deutschland basieren aber 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.
Für die Heizung der Zukunft muss bei Neubauten und Sanierungen umgedacht werden. Laut Bundesverband der Heizungsindustrie (BDH) sind rund zwei Drittel aller zentralen Heizungsanlagen in Deutschland technisch ineffizient und veraltet. 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, sodass wir die Heizung hochregeln, um unsere Wohlfühltemperatur zu erreichen. – Es wurde und wird bei jeder Heizperiode über Jahrzehnte Energie verschleudert! Bei einer Strahlungsheizung geschieht dieses nicht. Keine Konvektionsheizung, ob mit Heizkörpern oder als Fußbodenheizung, wird jemals die Effizienz einer physikalisch optimierten Infrarot-Strahlungsheizung erreichen!
Interessant ist dabei, dass es keine DIN-Festlegung für die Berechnung des Wirkungsgrads von Wärmepumpenheizungen gibt, – sehr wohl aber seit dem 1. Januar 2023 für Infrarot-Heizelemente und – Strom mag teuer sein, aber nicht, wenn man ihn nicht braucht!
Mit dem Kompromiss der Ampel-Koalition zum lange Zeit umstrittenen Gebäudeenergiegesetz kommt das Ende von Öl- und Gasheizungen in Deutschland. Es wird allerdings ein Ende auf Raten sein, weil es Übergangs und Ausnahmeregelungen geben soll. Und ein wenig wird es auch einfach der Markt über den Preis regeln, so die Kalkulation der Bundesregierung.
Was kommt auf Hausbesitzer generell zu?
Hausbesitzer haben eine Sorge weniger: Die ursprünglich vorgesehene Austauschpflicht für funktionierende Öl- und Gasheizungen ist vom Tisch. Diese können auch nach dem 1. Januar 2024 weiterbetrieben und sogar repariert werden, wenn sie ausfallen. Generell aber gilt: Wer nach diesem Stichtag eine Heizung einbauen lässt, der muss dafür sorgen, dass diese mindestens zu 65 Prozent mit erneuerbaren Energien betrieben wird. Das gilt für Neubauten ebenso wie für ältere Häuser.
Und wenn eine Heizung nach 2024 kaputt geht?
Im Havariefall, wenn also eine alte Öl- oder Gasheizung nicht mehr zu reparieren ist, sollen Hauseigentümer nicht wochenlang im Kalten sitzen müssen, weil Wärmepumpen nicht kurzfristig lieferbar sind.
Sie können daher erneut einen Öl- oder Gasbrenner einbauen, was in der Regel viel schneller geht. Allerdings muss diese Heizung später ökologisch nachgerüstet werden, um die 65-Prozent-Vorgabe zu erfüllen. Dafür gibt es eine Frist von drei Jahren. Möglich wäre zum Beispiel, die konventionelle Gasheizung mit einer Wärmepumpe zu ergänzen.
Muss es denn künftig eine Wärmepumpe sein?
Nein. Die beteiligten Ministerien Wirtschaft, Bau und Finanzen betonen, dass es eine Technologieoffenheit gibt. Es ist zum Beispiel auch möglich, Solarthermie zu nutzen oder ein Hybridsystem aus Wärmepumpe und Gasheizung einzubauen, bei dem die Wärmepumpe die Grundversorgung deckt und die Gasheizung an kalten Tagen einspringt. Möglich sind auch andere
Varianten wie Stromdirektheizungen, das Nutzen von Biomasse oder der Anschluss an ein Wärmenetz.
Lohnt sich jetzt noch schnell der Einbau einer neuen Gasheizung?
Wer partout beim Heizen rein mit Öl und Gas bleiben will, könnte auf die Idee kommen, sich vor dem 1. Januar kommenden Jahres noch schnell einen neuen Brenner einbauen zu lassen. Das wäre zulässig. Aber: Der steigende CO2-Preis im Gebäudebereich dürfte das Heizen nur mit fossilen Brennstoffen schnell sehr teuer machen. Und: 2044 ist mit dem Heizen ausschließlich mit Öl und Gas ohnehin definitiv Schluss, denn ab 2045 will Deutschland klimaneutral sein.
Welche Ausnahmeregeln gibt es noch?
Wer im hohen Alter noch im eigenen Häuschen wohnt, kann sich ausrechnen, dass sich die Investition in eine umweltfreundliche Heizung kaum auszahlt. Vom Umbauaufwand gerade in älteren Häusern gar nicht zu sprechen. Die Ampel-Koalition hat festgelegt, dass für Eigentümer, die über 80 Jahre alt sind, die Pflicht zum Umstellen auf Erneuerbare entfällt. Geht ihre bisherig Öl- oder Gasheizung kaputt, kann sie durch eine ebensolche ersetzt werden. Aber: Wird das Haus vererbt oder verkauft, greift das neue Recht – allerdings auch mit einer Übergangsfrist von zwei Jahren. Härtefallregelungen gibt es zudem für einkommensschwache Haushalte. (04.2023)
Die Wärmepumpenheizung ist zur Zeit im Trend. Deswegen ist sie hier als erste Technik genannt.
Eine Wärmepumpenheizung ist grundsätzlich schon wegen ihrer uneffizienten Art als Konvektionsheizung gegenüber einer Strahlungsheizung veraltet. Funktion: sie gewinnt thermische Energie aus Wasser, Erde oder Luft und überträgt diese auf ein Kältemittel. Das Medium verdampft und strömt dann in einen mit Strom betriebenen Verdichter. Dieser erhöht den Druck und damit auch die Temperatur. Im Anschluss gibt das Kältemittel die aufgenommene Energie an das Heizsystem ab. Seine Temperatur sinkt und es nimmt seinen Ausgangszustand wieder ein. Der Kreislauf beginnt dann erneut.
Die so hoch gelobte Effizienz der Wärmepumpenheizung ist logisch allerdings schwer nachzuvollziehen. – Da wird kalte Luft oder Wasser aus dem Erdboden mit einer elektrischen Pumpe in das Gebäude geholt, um dort nach mehreren Umwandlungen des Aggregatzustandes (ein Kältemittel wird verdampft, verdichtet, kondensiert und verflüssigt) erwärmt zu werden.
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 muss bei niedrigen Temperaturen mit einem gewaltig ineffizienten elektrischen Heizstab oder -spirale die benötigte Wärme zusätzlich erzeugt werden. 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 Strahlungsheizung. Deren warme Strahlen bewegen sich mit Lichtgeschwindigkeit durch den zu erwärmenden Raum und werden von allen Gegenständen solange reflektiert bis keine Strahlung mehr vorhanden ist. – Sie wurde von Gegenständen und Personen aufgenommen (absorbiert). Danach sorgt diese absorbierte Wärme für eine gleichmäßige Durchdringung des Raumes durch Konvektion.
Dabei können die Strahlen eine Person, die frei im Raum steht, sitzt oder liegt mehrmals treffen. Wohlgemerkt – es ist die gleiche Strahlung, die wir bereits bezahlt haben. Versuche haben gezeigt, dass sich beim zweiten Auftreffen die Temperatur tatsächlich nochmals erhöht. – Das ist einmalig!
Die Luft wird durch Infrarotstrahlen nicht erwärmt. Man sagt, Luft ist für Infrarotstrahlung diatherm, d.h., sie 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 nahezu verlustfrei auf. Der Wirkungsgrad beträgt fast 100%.
Anmerkung: dies 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% 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.
Zusammenfassung
Das Jülicher- und auch das Max-Plank-Institut können im Augenblich mit Wasserstoff keine wirtschaftlich machbare Anwendung für Wohnen und Gewerbe 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.
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.
Wasserstoff für Infrarotheizungen
Wenn es der neuen Regierung gelingt, die gesetzlich bewusst erzeugten 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)
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.
← Links siehst du eine der weltweit ersten käuflichen Graphen-Batterien.
Für den Stromheizer bedeutet diese Entwicklung in Verbindung mit einer Photovoltaik-Anlage den möglichen Entfall der Abhängigkeit von monopolisierten Stromlieferanten – bei NULL- Emissionsausstoß.
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.