Studie: Potenzialbewertung von Infrarotheizungen als Spitzenlastabdeckung

(11.10.2023) Die Technischen Universität Dresden bestätigt in der Studie „Potenzialbewertung von Infrarotheizungen als Spitzenlastabdeckung“ den Einsatz von Infrarotheizung als Lösung, um den Verbrauch fossiler Energie in bestehenden Wohnhäusern kurzfristig zu reduzieren und das Gebäude zudem Wärmepumpen-ready zu machen.

Bild: Thomas Lienhard 

Wer nicht schnell auf eine Wärmepumpe umsteigen könne, sei es aus Gründen von Lieferschwierigkeiten, hoher Investitionskosten oder Handwerkermangel, kann vorerst in Bestandsgebäuden eine Infrarotheizung nutzen, um kurzfristig fossile Brennstoffe einzusparen. Zu einem späteren Zeitpunkt kann dann anstelle der wasserführenden Heizung eine Wärmepumpe mit kleinerer Leistung eingebaut und diese zusammen mit dem Infrarotheizsystem betrieben werden. Bei dieser Vorgehensweise reduziert der Hausbesitzer zunächst die Vorlauftemperatur der bestehenden Gasheizung und deckt so nur die Grundlast im Wohnhaus. Spitzenlasten könnten mit schnell reagierenden Infrarotheizungen abgedeckt werden. Der Verbrauch von fossilen Brennstoffen gehe zurück ohne Wärmeeinbußen oder aufwändige Sanierungsmaßnahmen.

Dieses Vorgehen und der dadurch resultierende Energiebedarf wurden in der Studie „Potenzialbewertung von Infrarotheizungen als Spitzenlastabdeckung“ an der Technischen Universität Dresden am Beispiel eines repräsentativen Einfamilienhauses untersucht. Die Ergebnisse hat Prof. Dr.-Ing. habil. Joachim Seifert, Bereichsleiter Gebäudeenergietechnik am Institut für Energietechnik an der TU Dresden, auf der Konferenz „Die Infrarotheizung im Wohnungsbau“ in Würzburg erstmals vorgestellt. „Wärmepumpensysteme in Kombination mit elektrischen Infrarotheizungen stellen eine technologische Option für den Altbaubereich dar. Die Erfüllung der Heizaufgabe und der thermischen Behaglichkeit kann mit dieser Systemkombination gewährleistet werden“, lautet das Fazit des Wissenschaftlers.

Infrarotheizung und Wärmepumpe

In der von dem Branchenverband IG Infrarot beauftragten Studie untersuchten die Wissenschaftler der TU Dresden, ob ein vorhandenes wasserführendes Heizsystem mit hohen Vorlauftemperaturen durch die Kombination mit einer Infrarotheizung für den Betrieb mit einer Wärmepumpe mit niedrigen Temperaturen ertüchtigt werden kann.

Um den Gebäudebestand in Deutschland repräsentativ abzubilden, wählte das Team ein Einfamilienhaus mit 160 m² beheizter Nutzfläche und einem Wärmedämmstandard nach Wärmeschutzverordnung 95. Die Norm-Heizlast liegt bei 9,2 Kilowatt, die spezifische Heizlast beträgt 57,20 Watt je m². Die Simulation erfolgte mit der gekoppelten Gebäude- und Anlagesimulation TRNSYS-TUD.

In der Simulation hat das Bestandsgebäude einen Gas-Niedertemperaturkessel. Die Wärmeübergabe erfolgt durch Heizkörper. Davon ausgehend, reduzierten die Wissenschaftler die Vorlauftemperatur, um Potenziale der Infrarotheizung bei einer Grundtemperierung mit der bestehenden Gasheizung beziehungsweise den Heizkörpern aufzuzeigen.

Ungeregelte Grundbeheizung und geregelte Infrarotheizung

Die Analyse erfolgte in einer Reihenfolge, wie sie in der Praxis bei Hausbesitzern erfolgen kann. Zunächst wird das Gebäude mit der Gasheizung grundtemperiert. Ausgehend von dem Heizsystem mit 70°C Vorlauftemperatur und 55°C Rücklauftemperatur (ϑV/ϑR = 70°C/55°C) wurde die Maximaltemperatur der Heizkurve auf eine Vorlauftemperatur (ϑV) von 40°C abgesenkt und eine Heizkurve von ϑV/ϑR = 40/30 eingestellt. In sieben von zehn Räumen werden die nun ungeregelten Heizkörper fortan durch Infrarotheizungen unterstützt.

Im nächsten Schritt wurde der Niedertemperaturkessel durch eine Luft-Wasser-Wärmepumpe ersetzt. Am Wärmeübergabesystem und am Dämmstandard nahmen die Wissenschaftler keine Änderungen vor. Auf dieser Basis wurden die Varianten verglichen und der benötigte Endenergiebedarf ermittelt. Voraussetzung war, dass Kriterien für die thermische Behaglichkeit während der Nutzungszeiten eingehalten bleiben. Mit den gewählten Parametern deckt die Infrarotheizung den Nutzenergieaufwand anteilig in einem Bereich von 26 bis 38%.

Leistungsdefizit durch Infrarotheizung kompensieren

„Die Ergebnisse zeigen, dass das entstehende Leistungsdefizit durch die Infrarotheizung kompensiert werden kann“, schreiben die Wissenschaftler der TU Dresden im Fazit der Studie und weiterhin: „Insgesamt zeigt die Studie, dass durch die Ergänzung eines wasserbasierten Heizsystems mit einer Infrarotheizung ein vorhandenes, für höhere Temperaturen ausgelegtes Heizsystem ohne Austausch der Heizflächen mit niedrigen Systemtemperaturen verwendet werden kann und sich somit gut für eine Kombination mit einer Wärmepumpe eignet. Die Analysen haben gezeigt, dass im Vergleich zur Basisvariante die Endenergie um bis zu 62% durch diesen kombinierten Einsatz reduziert werden kann.“ Zwar könne die Deckung der Spitzenlasten bei abgesenkter Grundtemperatur mit unterschiedlichen Systemen erfolgen. „Die Infrarotheizung eignet sich durch die kurzen Reaktionszeiten hierfür jedoch besonders gut.“

Einsparung für Photovoltaikanlage nutzen

„Da Infrarotheizungen kostengünstig, verfügbar und in wenigen Stunden installiert sind, kann diese Vorgehensweise kurzfristig und mit niedrigen Investitionskosten von Hausbesitzern umgesetzt werden“, sagt Lars-Henric Voß, 1. Vorsitzender der IG Infrarot Deutschland.
Die Studie zeige, dass auf eine sogenannte tiefe Sanierung der Gebäudehülle und Veränderung des wasserführenden Wärmeübergabesystems verzichtet werden könne. Dies führe zu wesentlich niedrigeren Investitionskosten und somit zu einer geringeren finanziellen Belastung der Hausbesitzer und auch volkswirtschaftlich zu einer Entlastung, da keine Förderung nötig sei. „Das Geld, das so eingespart wird, kann sinnvoll für eine größere Photovoltaikanlage genutzt werden, um noch mehr klimaschonenden Solarstrom zu erzeugen – und das nicht nur für die Raumwärme, sondern auch für den Nutzerstrom, das warme Wasser und E-Mobilität“, ergänzt Dirk Bornhorst, Vorstand der IG Infrarot.

Abschlußbericht zur Studie der TU Dresden: Link zum kostenfreien Download