Neue Referenz: Infrarotheizungen kombiniert mit einer PV-Anlage und Brennstoffzelle

Zukunftsweisendes strombasiertes Gebäudeenergiekonzept mit Infrarotwärme im Neubau.

Der sehr gute Dämmstandard und ein hoher Eigenstromanteil aus der Photovoltaikanlage machten die Infrarot-Direktheizung im Einfamilienhaus-Neubau der Familie Schweiss zum Heizsystem ihrer Wahl. Nach drei Jahren zieht der Betreiber Zwischenbilanz – und die fällt überaus positiv aus.

Als Sebastian Schweiss 2017 den Grundstein für seinen Einfamilienhaus-Neubau legte, gab es zwar noch keine kriegsbedingte Unterbrechung der bis dahin üppigen russischen Gasversorgung. Auch die Dringlichkeit einer klimaneutralen Energieversorgung spiegelte sich noch nicht so kategorisch in den Debatten wider; trotzdem war auch damals schon absehbar, dass eine zukunftsgerichtete Gebäudeenergie- und Wärmeversorgung grundsätzlich emissionsarme regenerative Energieträger verlangen würde.

Mit einem überdurchschnittlich guten Dämmstandard entspricht der Neubau mit 184 qm2 Wohnfläche, den Sebastian Schweiss mit seiner Frau Sandra und drei Kindern im Teenager-Alter bewohnt, dem anspruchsvollen KfW40-plus-Standard.

Für Schweiss als Inhaber eines florierenden Elektroinstallationsbetriebs mit 20 Mitarbeitern lag es nahe, einen Großteil des Gebäudeenergiebedarfs inklusive der Heizwärme strombasiert abzudecken.

Eine üppig dimensionierte Photovoltaikanlage füllt die gesamte Dachfläche des ost-west-ausgerichteten Satteldachs. Dazu wurden Paneele von Aleo mit einer Leistung von 15 kWp gewählt. SolarEdge-Wechselrichter mit Optimizertechnik wandeln die gewonnene Sonnenergie effizient in Wechselstrom um, damit er im hauseigenen Netz nutzbar ist.

Als weitere Energiequelle steigert eine gasbetriebene Mikro-KWK-Anlage mit Brennstoffzelle BG-15 der Firma Bluegen witterungsunabhängig die Eigenstromversorgung. Das Aggregat erzeugt nicht nur bis zu 13.000 kWh Strom, sondern auch 7.400 kWh Wärme pro Jahr, und das mit einem Gesamtwirkungsgrad von bis zu 89 %. Ein Teil davon (ca. 800 W Wärmeleistung) wird für die Brauchwassererwärmung durch Zirkulation aus der Abwärme der Brennstoffzelle genutzt.

Zusätzlich gibt es eine separate Brauchwasserwärmepumpe, die in einen 600-Liter-Schichtenspeicher einspeist.

Ergänzend ist noch die Wärmeeinspeisung der PV-Anlage mit geregeltem Elektro-Heizstab (0 bis 3000 Watt) möglich, wenn Stromüberschüsse aus der Photovoltaik anfallen. In der Praxis kommt die Überschusseinspeisung allerdings nur selten zum Tragen.

Die Grundaufheizung übernimmt die Brennstoffzelle, die Brauchwasserwärmepumpe ergänzt bis zur eingestellten Temperatur von 50 C°. Die Entnahme erfolgt über eine Frischwasserstation. Das Leitungsnetz ist zirkulierend und verbrauchsgeführt aufgebaut, sodass stehendes Wasser und damit eine Legionellenbildung vermieden wird.

Die Gebäudehülle mit drei Vollgeschossen weist einen hervorragenden Dämmstandard auf, resultierend aus 10 cm Vollholz in Brettstapelbauweise, beplankt mit 18 cm Holzfaserplattendämmstoff. Trotzdem hat das Haus der Familie Schweiss im Winter noch einen gewissen Heizwärmebedarf, kommt also – wie übrigens auch fast alle zertifizierten Passivhäuser – nicht gänzlich ohne eine Heizung aus.

Die Lösung:

Nach gründlicher Kalkulation schied eine konventionelle wasserführende Heizung allerdings aus. Allein die Installation eines Wärmeerzeugers (eigentlich stand nur eine Wärmepumpe zur Diskussion) zuzüglich Verrohrung, Räumlichkeiten plus Fußboden- oder Wandflächenheizung hätte einen erheblichen baulichen (und damit auch finanziellen) Aufwand bedeutet. Zusammen mit dem periodischen Wartungsaufwand entstand ein deutliches Missverhältnis zur Deckung des geringen Wärmebedarfs.

Sebastian Schweiss entschied sich daher für eine elektrische Infrarot-Direktheizung mit Heizelementen des süddeutschen Herstellers Vitramo. Diese hatte er bereits seit vielen Jahren in diversen Kundenobjekten eingebaut und dafür stets positive Resonanz dafür bekommen.

Stromleitungen liegen ohnehin in jedem Raum, und angesichts der relativ geringen Anschlussleitungen von lediglich einigen hundert Watt genügt mitunter auch eine Leitungsdimensionierung im ohnehin vorgesehenen Standard. Ansonsten ist es auch kein Problem, dickere Leitungsquerschnitte oder weitere Leitungen zu verlegen.

Für die Infrarot-Direktheizung mit Vitramo-Heizelementen sprachen neben den positiven Kundenerfahrungen auch die vergleichsweise geringen Anschaffungskosten.

Die Gesamt-Anschlussleistung von rund 9,25 kW verteilt sich auf 26 verschiedenen Heizelemente. Dazu erhielt der Bauherr die eine kompetente Werksunterstützung bei der Auslegung und Platzierung der Elemente – ein Service, den Vitramo übrigens standardmäßig anbietet.

Die große Produktvielfalt des süddeutschen Herstellers überzeugt – sowohl leistungsmäßig als auch von den Abmessungen her. Dazu kommen die verschiedenen Anbringungsmöglichkeiten an der Decke: wahlweise flächenbündig vollintegriert, Aufputz montiert oder abgehängt an Seilsystemen.

Die Deckenmontage ist übrigens eine Spezialität der Vitramo-Produktpalette. Sie ermöglicht eine besonders homogene Wärmeverteilung auch in größeren Räumen und „blockiert“ keine Wandflächen, die somit für die Einrichtung frei bleiben.

Da Sebastian Schweiss sein Haus auch als Musterhaus für Kundenbesuche nutzen wollte, beabsichtigte er von vornherein, eine umfangreiche Bandbreite elektrotechnischer Möglichkeiten zu zeigen – zum Beispiel mit dem Bussystem My-Home und KNX und zahlreichen LED-Beleuchtungslösungen.

Dies galt auch für einige Elemente der die Vitramo-Infrarotheizung.

So wurden die Heizelemente Aufputz, an Seilen abgehängt, in die Gipskartondecke integriert und auch in der Betondecke eingebaut eingesetzt, sogar ein rundes Heizelement wärmt jetzt eines der Bäder.

Auf der Rückseite der abgehängten Vitramo-Elemente wurden LED-Paneele in Weiß und RGB installiert.

Zu den im Vergleich mit anderen Elektroheizungen geringen Betriebskosten trägt das Prinzip der Infrarot-Strahlungsheizung an sich bei.

Wie die Sonnenwärme oder die Wärme eines Kachelofens wirkt sie unmittelbar auf die Oberflächen bestrahlter Körper ein und trägt somit schon bei etwas geringeren Lufttemperaturen zu einem hohen Behaglichkeitsgefühl bei.

Durch die geringe Luftumwälzung (Konvektion) wird nicht nur unangenehmes Zugluftgefühl unterbunden, es findet auch weniger Staubaufwirbelung statt – ein Umstand, der insbesondere Allergiker freut.

Vitramo-Heizelemente können darüber hinaus mit einer sehr kurzen Aufheizzeit von wenigen Minuten bis zur vollen Wärmeleistung punkten. Anders als bei „trägen“ wassergeführten Heizsystemen oder Speicherheizungen können so einzelne Räume bedarfsgerecht beheizt werden, wenn sie genutzt werden.

Die gute Energiebilanz der Infrarotheizung hängt im Haus der Familie Schweiss natürlich wesentlich mit der hohen Eigenstromversorgung zusammen.

Ihr Anteil wird im laufenden Jahr durch Installation eines Batteriespeichersystems „Tesla PowerWall 2“ mit drei Modulen je 13,5 kWh Speicherkapazität nochmals gesteigert.

Dadurch ergibt sich folgende Rechnung:

Eigenstromertrag ca. 26.500 kWh

aus:

– Brennstoffzelle ca. 13.000 kWh

– Photovoltaik ca. 13.500 kWh

Gesamtstromverbr. ca. 13.000 kWh

durch:

– Infrarotheizung ca. 7.000 kWh/a

– Elektromobilität ca. 2.800 kWh/a (für ca. 15.000 km/a)

Fazit:

Bauherr Schweiss zeigt sich begeistert: „Die Idee war von Anfang an, ein elektrisches Energieeffizienz-Haus zu bauen. Es sollte – schon aus meinem Beruf als Elektrounternehmer heraus – möglichst viel Technik für Komfort und Nutzen aufgezeigt werden. Und das ist gelungen.“

Das Haus der Familie Schweiss erzeugt pro Jahr ungefähr doppelt so viel Energie, wie es benötigt. Durch den großen Batteriespeicher wird das Gebäude energetisch autark und speist trotz Eigenverbrauchs immer Energie ins Netz ein. Auch die Elektromobilität ist dabei schon berücksichtigt.

Nach jetzt drei Jahren im Neubau kann mit Überzeugung gesagt werden. Diese Lösung hat Zukunft!

Außer dem hohen Eigennutzen und Komfort ergibt sich durch die Einspeisung der überschüssigen Energie noch eine Rückvergütung aus den gesetzlichen Regelungen (EEG, KfW, BAFA), die die Investitionskosten im Laufe der nächsten 16 bis 18 Jahre komplett amortisiert.

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