EXPERTISE:

Warum mit Infrarot-Strahlung heizen?

Eine Vergleichsstudie betreffend Funktion, Gesundheitsverträglichkeit, Energie-Effizienz und Betriebskosten

Fazit: Heizen durch Wärmestrahlung (Infrarot) statt durch Warmluft-Strömung (Konvektion) bietet viele Vorteile. Es ist nicht nur ökonomisch, ökologisch und gesund sondern auch dekorativ und praktisch.

Zur Wahl der richtigen Heizung kann auch dieser informative Text hilfreich sein:
„Dramatische Fehlentwicklungen am Heizungssektor – Problematik und Lösung“

ÜBERSICHT:

EINFÜHRUNG und ABSTRACT: Wohnbehaglichkeit - Worum geht es beim Heizen?

• Was ist Infrarot-Strahlung?
  
  
• Heizungen, wie wir sie kennen – einst und jetzt
  
  
• Die Bestverträglichkeit der Infrarot-Heizung
  
  
• Strahlungsheizbetrieb mit Warmwasser oder elektrischem Strom
  
  
• Der fundamentale Irrtum der an Luftbeheizung orientierten Heizbranche
  
  
• Betrachtungen zur Gesundheitsverträglichkeit und Ökobilanz von Heizmitteln
  
  
• Warmluftheizung und Strahlungsheizung –
       physikalische Grundlagen zweier unterschiedlicher Heizsysteme
  
  
• Die Art des Wärmetransports macht den Unterschied
  
  
• Zusammenfassung und Ergänzung
  
  
• Fünf Kritikpunkte an der irregeleiteten Bewertung der Strahlungsheizung
  
  
• Mythos U-Wert und Dämmstoff-Lobby -
        Warum beim Heizen mit Infrarot-Strahlung
        Wärmedämmungen und teure Wärmeschutzverglasungen überflüssig sind
  
  
• Fakten zur Strom- und Gaspreisentwicklung
  
  
• Plädoyer für eine versorgungssichere, dezentrale Stromerzeugung
  
  
• Exkurs zur aktuellen Solarstrom-Erzeugung - Photovoltaik, die Königin der Erneuerbaren Energien
  
  
• Lebenszykluskosten und Vollkostenvergleiche unterschiedlicher Heizsysteme
  
  
• Praktische Hinweise, Begriffsabklärungen, unseriöse Werbeaussagen
  
  
• Schlusswort
  

Was ist Infrarot-Strahlung?

Infrarot- (IR-) Strahlung ist jener Teil des elektromagnetischen Spektrums, der als „Wärme“ wahrgenommen wird. Genauer gesagt: Jeder Körper mit einer Oberflächentemperatur höher als null Grad der Kelvin-Temperaturskala (das sind rund minus 273°C), sendet Infrarot-Strahlung aus und kann demnach physikalisch als „warm“ bezeichnet werden. Die „Heizleistung“ der Wärmestrahlung ist erstaunlich hoch. Schon bei einer Temperatur von nur 0°C strahlt eine Oberfläche als unpolarisierter „Schwarzer Strahler“ immerhin mit rund 315 Watt pro Quadratmeter!

Heizungen, wie wir sie kennen – einst und jetzt

Wer erinnert sich nicht gerne an den guten alten Kachelofen? Vornehmlich an seinen vertikalen Seitenflächen sendet er angenehme, wohlige Wärme = Infrarot-Strahlung aus. Dazu ein kleiner physikalischer Exkurs:

• Je nach Oberflächentemperatur betragen die Wellenlängen von Infrarot- (IR-) Strahlungsheizungen etwa zwischen 3 und 50 Mikrometer (MIR = „mittleres Infrarot“ ). Bei Temperaturen zwischen 50 und 90°C dominieren die 8 bis 9 Mikrometer-Wellenlängen. Sie sind umso kürzer, je höher die Oberflächentemperatur der Strahlfläche ist bzw. umgekehrt.
  
  
• Dieser mittlere Wärmewellenbereich überschneidet sich teilweise mit dem IR-Anteil der Sonnenstrahlung mit Wellenlängen zwischen 0,78 und 7 µm (IR-A, IR-B und kurzwelliges IR-C), der etwa 53,5 % der auf die Erde gelangenden solaren Globalstrahlung ausmacht; der übrige Anteil der solaren Strahlung verteilt sich auf das sichtbare Licht (45 %) und die Ultraviolettstrahlung (1,5 %).
  
  Fazit: Die bei IR-Heizungen genutzten Wellenlängen liegen im Bereich natürlicher Solarstrahlung und sind daher auch medizinisch gesehen völlig unbedenklich – je größer die Wellenlänge, desto niedriger ist die Strahlungsenergie.

Leider hat die moderne Heiztechnik diese angenehme und effiziente Strahlungswärme zugunsten ungesunder Lufterwärmungstechnologien, sogenannter „Konvektionsheizungen“, weitestgehend ersetzt und dadurch fast in Vergessenheit geraten lassen. Gliederheizkörper, „Radiatoren“ mit Stahl- und Lamellenrohren und Plattenheizkörper mit Konvektorblechen erzeugen durch den Kamineffekt vornehmlich heiße Luftströme nach oben und bewirken, dass zugleich kalte Luft aus dem Bodenbereich angesaugt wird. Die Folge ist ein ständiges Zirkulieren der Raumluft, verbunden mit dem Transport von Staub und Feinstaubpartikeln wie Allergie auslösenden Schimmelpilzsporen (3-10 µm) – vor allem für Asthmatiker, Stauballergiker und Kontaktlinsenträger auf Dauer eine enorme gesundheitliche Belastung.
Dazu kommen weitere Unbehaglichkeiten wie das erhöhte Temperaturgefälle von mehreren Graden zwischen oberen und unteren Wandabschnitten und Raumluftschichten (vertikale Strahlungstemperaturasymmetrie: „warmer Kopf und kalte Füße“).

Ist dann eine Fußbodenheizung die Lösung? Auch sie ist im Wesentlichen eine Konvektionsheizung, entweder mit Konvektionszellen der Raumluft ähnlich wie bei einer von unten erwärmten Flüssigkeit (siehe Abb.) oder mit der zusätzlichen Gefahr der labilen Inversion der Raumluftschichten. Unter „Fußbodenheizung – Quelle gesundheitlicher Probleme“ wird dies kurz erläutert, so auch in dem oben zitierten Artikel: „Dramatische Fehlentwicklungen am Heizungssektor – Problematik und Lösung“. Sinnvolle Anwendungen eines beheizten Fußbodens beschränken sich auf bestimmte Bereiche kurzer Aufenthaltszeit wie etwa ein verfliestes Badezimmer. Von einer vollflächigen Anwendung in Aufenthaltsräumen ist abzuraten, weil längere Einwirkungen einer Fußbodenheizung auch eine Quelle von Fuß- und Venenkrankheiten sein können.

Konvektionszellen in einem von unten beheizten Gefäß (Wikipedia). Auch Fußbodenheizungen können großflächige Zirkulationen erzeugen.

Je größer die Raumhöhen, desto ineffizienter ist die Beheizung mittels Konvektion. Deren wohl wesentlichster Nachteil beruht in der Tatsache, dass die durch den Kontakt mit der zirkulierenden Raumluft nur sekundär erwärmten Wände stets kühler bleiben als die primär erwärmte Raumluft. Das führt in weiterer Folge zu einem systematischen Verlust an natürlicher Luftfeuchtigkeit, die von kühleren, porigen Wänden und Bauteilen als Niederschlag (Kondensat) aufgenommen werden kann und damit der Raumluft entzogen wird. Dies ist die Ursache dafür, dass bei der Konvektionsheizung die feinstaubbeladene (!) Luft zunehmend als „zu trocken“ empfunden wird („Kratzen im Hals“) und man daraufhin geneigt ist, neue Luftfeuchtigkeit mittels künstlicher Luftbefeuchtungsmaßnahmen nachzuliefern (anstatt besser von außen zu lüften). Ein feuchtwarmes, schlecht belüftbares Mikroklima in Wandecken und hinter Schränken kann die Bildung von Schimmelpilzen begünstigen.

Die Bestverträglichkeit der Infrarot-Heizung

Haben Sie schon einmal das Klima in einer Infrarot-Kabine genossen? Die Wärme stammt nicht aus einer Luftbeheizung, sondern aus direkter Wärmestrahlung – physikalisch ausgedrückt: aus Energiestrahlung im Infrarot-Bereich. Kein Luftzug, sondern ruhige Atmosphäre. So ist es auch bei einer Raumheizung durch wärmetemperierte Strahlungsflächen („Temperaturstrahler“). Da genießen Sie die „Wellness“-Wirkungen der Infrarot-Strahlung im IR-C-Bereich, das bedeutet neben dem bereits Erwähnten: homogene und stabile Luftfeuchtigkeit, Steigerung der Hautdurchblutung, Stärkung des Immunsystems und damit Anregung des Stoffwechsels und der „Entschlackung“. Und die gleichmäßige Erwärmung aller Umschließungsflächen des Wohnraums – richtige Bemessung und Bauform von IR-Heizkörpern vorausgesetzt – entzieht dem Schimmel den Nährboden und lässt muffigen Geruch verschwinden.

Wenn aus hygienischen Gründen die Raumluft, in der kalten Jahreszeit sinnvollerweise mittels Stoßlüftung, ausgetauscht werden muss (übrigens bei Strahlungsheizung seltener als bei Konvektionsbeheizung), ist die Raumbehaglichkeit aufgrund der temperierten Wände viel rascher und vor allem energiesparender wieder hergestellt als bei Luftheizung.

Strahlungsheizbetrieb mit Warmwasser oder elektrischem Strom

Strahlungswärme kann grundsätzlich auf unterschiedliche Weise bereitgestellt werden, etwa durch Warmwasser mittels durchströmter Sockelleisten, Wasserrohre und flacher Wandheizkörper oder erzeugt durch elektrischen Strom. In diesem Fall sind an der Zimmerwand montierte flache Heizplatten am energieeffizientesten, die mittels elektrischer Heizelemente im Platteninneren erhitzt werden (Widerstandsfolien ohne Speichermasse) und an der Rückseite reflektorisch ausgestattet und thermisch isoliert sind, um ein Maximum an aufgenommener elektrischer Energie an der vorderen Strahlseite zu emittieren. Je dünner die Platte ist, desto höher ist der Anteil der aus der aufgenommenen elektrischen Energie erzeugten Wärmestrahlung. Damit ist die Absicht verbunden, den konvektiven Luftstrom nach oben möglichst gering zu halten.

Als Sonderform einer Strahlungsheizung kann die Hypokaustenheizung der Römer angesehen werden. Das war eine reine Strahlungsheizung durch temperierte Wohnraum-Innenflächen, die mittels Hohlziegeln oder Tonrohren durch Warmluft erwärmt wurden. Die eingeschlossene Warmluft war also nur das Mittel zur Erzeugung der Strahlungswärme und nicht das Transportmedium zur konvektiven Wärmeverteilung im Wohnraum.

Der fundamentale Irrtum der an Luftbeheizung orientierten Heizbranche

Um in den folgenden Abschnitten zu illustrieren, wie die Luftheizungsbranche und ihre medialen Wortführer auf Basis falscher bauphysikalischer Prämisse die IR-Strahlungsheizung abwerten, seien hier eingangs zwei aktuelle Zitate vorgeführt:

1. „Der Verein für Konsumenteninformation (VKI) hat für die verschiedenen Energieformen die Kosten pro Kilowattstunde erhoben. […] Heizen mit Tagstrom ist mit Abstand am teuersten. Die Kilowattstunde kostet 18,37 Cent.“
        Aus einem Bericht der ORF-„Help“-Redaktion (http://help.orf.at/stories/1706808/), 23.10.2012.
   
   
2. „Eine elektrische Infrarot-Heizung, die keinen Speicherkern hat, taugt nicht.“
        Von einem Heizungsverkäufer geäußerte Meinung an einem Messestand, 2011.

Kommentar: Der VKI vergleicht unterschiedliche Heizenergieformen auf Hundertstel (!) Cent „genau“ – ungeachtet der Bauart und Wirkung unterschiedlicher Heizkörper und ohne spezifische Betrachtung der zu beheizenden Objekte, völlig undifferenziert und daher bar jeder Nachvollziehbarkeit und Seriosität. Am Kuriosesten ist wohl der monetäre Vergleich pro Kilowattstunde. Dazu weist der Forschungsbericht der Universität Kaiserslautern („Beispielhafte Vergleichsmessung zwischen Infrarotstrahlungsheizung und Gasheizung im Altbaubereich“ , 2009) darauf hin, dass der kWh-Verbrauch bei verschiedenen Heizmittel sehr unterschiedlich ist. Speziell zum Vergleich von Gas und Strom heißt es (Seite 36):

„Da der Gasverbrauch der Gasheizung in Kilowattstunden mindestens [!] das 2,5fache des Stromverbrauchs einer Infrarotheizung ist, muss der Gaspreis mit diesem Verbrauchskorrektur-Faktor gewichtet werden.“

Ungeachtet solcher simplen Einsichten „vergleicht“ der VKI – und aufgrund unkritischer Übernahme auch die ORF-„Help“-Redaktion – unterschiedliche Heizmittel ohne jede spezifische Gewichtung:

„Holz“ wird mit „3,64 Cent/kWh am billigsten“  bewertet (welches Holz – mit welcher Holzfeuchtigkeit und welchem Brennwert? Hartholz wie Buche/Esche mit höherem Brennwert oder Weichholz wie Fichte/Tanne mit wesentlich geringerem Brennwert? Scheitholz, Hackschnitzel oder Holzbriketts – woraus? Als Richtwert gilt bei Stückholz: 1.000 l Heizöl ~ 7,5 rm Fichte bzw. 5 rm Buche, bei Hackgut: 1000 l Heizöl EL = 13 Srm Fichte bzw. 9,5 Srm Buche), „Erdwärmepumpe mit 3,75 Cent“, „Pellets-Zentralheizung mit 5,82 Cent/kWh“ (Pellets welcher Wassergehaltsklasse? welcher Eigenschaftsklasse? aus Vollbäumen, Wald- oder Industrie-Restholz?), die „gängigen Heizformen Erdgas oder Heizöl mit 7,65 Cent bzw. 10,72 Cent bereits deutlich teurer“, und zuletzt das Heizen mit Tagstrom auf Basis des Strompreises von „18,37 Cent“ pro Kilowattstunde „mit Abstand am teuersten“.

Eine Gewichtung des hier angegebenen Gaspreises mit dem Faktor von („mindestens“!) 2,5 ergäbe aber mindestens 19,13 Cent/kWh (7,65 mal 2,5), also einen höheren Kilowattstundenpreis als der angegebene Strompreis von 18,37!

Die grundsätzlich zu unterscheidende Frage, ob mit diesen Energieformen (a) konvektiv-thermodynamisch die Raumluft beheizt oder (b) elektromagnetisch-quantenmechanisch Wärmestrahlung erzeugt und damit vorrangig die Umschließungsflächen beheizt werden, bleibt ausgeblendet und liegt entweder außerhalb der bewussten Wahrnehmung oder abseits des faktischen Informations(un-?)willens der „Konsumenteninformant/innen“.

Betrachtungen zur Gesundheitsverträglichkeit und Ökobilanz von Heizmitteln

Leider ist es in unserer kurzsichtigen Wegwerfgesellschaft üblich, beim Erwerb von Konsumartikeln und Gebrauchsgegenständen Kaufentscheidungen allein aufgrund der monetären Anschaffungspreise zu treffen, nach der Formel: Billigstpreis = Bestpreis. Bei Energie verbrauchenden Geräten und Wartung erfordernden Anlagen werden zwar mitunter auch noch Betriebs- und Lebenszykluskosten (siehe diesbezüglichen Abschnitt) berücksichtigt. Dagegen bleiben die Umstände der Rohstoffgestehung, die Vertriebswege und die sozialen und ökologischen Aspekte wie faire Arbeitsbedingungen und natur- und ressourcenschonende Produktionsabläufe meist außen vor. Es ist aber gesamtwirtschaftlich nicht gleichgültig, ob beispielsweise der Rohstoff „Holz“ aus nachhaltiger Waldwirtschaft oder aus naturfernen Plantagenwäldern der südlichen Hemisphäre, aus der näheren Wohngegend oder aus ferneren Ländern wie Bulgarien oder gar aus den Tropen stammt (z.B. „tropical wood pellets" aus Kamerun) oder aus nordamerikanischen Feuchtgebieten, die großflächig im Kahlschlag industriell abgeräumt werden. Im Interesse nachhaltiger Wirtschaft und einer ganzheitlichen Ökobilanz ist es auch nicht egal, wie viel Strom (und aus welchen Ressourcen – etwa Atomstrom?) beim Zerschnetzeln für Holzbriketts, Hackschnitzel und Holzpellets verbraucht wird, wie viel Prozent Presshilfsmittel aus nahrungsmitteltauglichen Mehlen dem Pressgut zugesetzt wird, die nicht mehr für die Erzeugung von Nahrungsmitteln zur Verfügung stehen, und ob ein Nachhaltigkeitszertifikat vorliegt oder nicht. Selbst Totholz aus heimischen Wäldern – Waldrestholz aus der Forstwirtschaft – als Rohstoff zur Pressgutherstellung kann eine Gefahr für den Artenreichtum im Wald darstellen, da totholzabbauende Organismen dann in der Nahrungskette fehlen.

Laut Udo Mantau, Professor für die Ökonomie der Holz- und Forstwirtschaft an der Universität Hamburg, kommt Brennholz eine immer größere Bedeutung zu: Mehr als 20 % der nutzbaren Menge Holz wird in privaten Haushalten verbrannt, weitere 30 % in Bioenergieanlagen (zitiert unter „Woher stammt unser Brennholz, Herr Mantau?“, in: DER SPIEGEL 3/2014, Seite 50). Das bedeutet: Es landet mehr Holz im Kamin als in der Möbelfabrik, dadurch ist der Holzpreis gestiegen. Dazu kommt ein weiteres Problem, so Prof. Mantau:

„Üblicherweise wurde nur jenes Holz in den Kamin gesteckt, das sonst nicht mehr verarbeitet werden konnte. Aber inzwischen wird auch viel Holz verbrannt, das man besser nutzen könnte, das betrifft vor allem Nadelhölzer. [...] Je knapper das Brennholz wird, desto häufiger wird es auch importiert. Erste Meldungen deuten darauf hin, dass Holz verstärkt aus Osteuropa geliefert wird. [...] Nicht alles Holz, das aus dem Ausland stammt, unterliegt den Regeln nachhaltiger Forstwirtschaft.“

Nicht zuletzt stellt sich die Frage der Umweltbelastung von Einzelraumfeuerungsanlagen wie Kaminöfen, Kachelöfen, Herden und offenen Kaminen für die Betreiber selbst, für ihre Nachbarn und ihr ganzes Wohnumfeld. Beim Verbrennen von Holz wird, bezogen auf den Energiegehalt, 3500-mal so viel an Partikelmasse freigesetzt wie beim Heizen mit Erdgas. Bei der Verbrennung von Festbrennstoffen (Biomasse, Kohle) können hohe spezifische Emissionen von Feinstaub auftreten (Schwebestaub, Aerosole). Wenn sture Cent/kWh-Vergleiche wie oben publiziert werden und dabei „Holz“ die Geldspar-Hitliste anführt, heizt dies einen Umstieg auf Holzheizsysteme noch mehr an, als dies angesichts steigender Öl- und Gaspreise ohnedies vermehrt der Fall ist. Wird mehr Holz verbrannt, so wird neben Schadstoffen wie NOx (Stickoxide) auch mehr Staub emittiert und in die Atemluft abgegeben, zumal NOx zugleich eine der Vorläufersubstanzen für sekundär gebildete Feinstoffpartikel ist. Und 97 Prozent des Gesamtstaubs aus Kaminen und Öfen besteht aus gesundheitsgefährdendem Feinstaub. Das sind laut Fachdefinition jene Partikel, deren aerodynamischer Durchmesser kleiner als 10 Mikrometer (µm) ist („PM10“) und die über den Kehlkopf in die Lunge transportiert werden können. Ultrafeinstaub (< 0,1 µm) gelangt über die Lungenalveolen und die Blut-Luft-Schranke in den Blutkreislauf und in die Organe. Tatsächlich pusten die prassenden Feuerstellen große Mengen von Schwebeteilchen und Schadstoffen in die Wohngebiete, Tendenz steigend. Auch wenn Feinstaub aus Dieselruss (Stichwort: Ferntransporter) noch gefährlicher ist als Feinstaub aus Holzfeuerungsanlagen, können die Schwebeteilchen in der Kaminluft Erkrankungen der Atemwege und des Herz-Kreislauf-Systems verursachen.

• „Schöne grüne Siedlungen am Rande der Stadt, in die die Leute wegen der sauberen Luft und der Ruhe gezogen sind, haben plötzlich ein Feinstaubproblem“, wird eine Umweltmedizinerin vom Leibniz-Institut für umweltmedizinische Forschung in Düsseldorf zitiert. „Die gesetzlichen Maßnahmen zum Reinhalten der Luft werden konterkariert“.
• Ein weiteres Beispiel aus Österreich: Das Lavanttal hat die höchste Feinstaubbelastung Kärntens. Angesichts des zunehmenden Problems hat die Umweltlandesrätin die Bevölkerung zur Erneuerung alter Heizungsanlagen aufgerufen. Denn die Ursachen der überdurchschnittlichen Schadstoffbelastung im Lavanttal können auf den Hausbrand, kombiniert mit der Wetterlage, zurückgeführt werden (kaernten.orf.at-Bericht vom 18.10.2010).
• Unmittelbar vor Weihnachten 2013 eine aktuelle Nachricht aus Griechenland: Weil immer mehr Griechen am Rande der Existenz leben – rund ein Drittel der Bevölkerung gilt mittlerweile als armutsgefährdet – und daher aus purer Not mit Holz heizen, hat die Luftverschmutzung in fast allen Städten des Landes bedrohliche Ausmaße angenommen. Im Zentrum Athens und in den nördlichen Vororten wurden alarmierende Werte von über 100 Mikrogramm Staubpartikeln pro Kubikmeter gemessen, teilte die zuständige Stelle des Umweltministeriums mit. Vielerorts gab es beißenden Geruch, Rauchschwaden lagen über Wohngebieten und viele Menschen klagten über tränende Augen und Brennen im Hals. Infolge dessen unterzeichneten die für Gesundheit und Umwelt zuständigen Minister eine neue Verordnung, die sofort in Kraft trat: Sobald erhöhte Werte von Staubpartikeln in der Luft gemessen werden, soll der Strom für Arbeitslose und notleidende Familien am betreffenden und dem darauffolgenden Tag kostenlos sein, damit diese ihre Wohnungen mit Heizstrahlern wärmen können.

Heizen mit Holz macht daher nur Sinn, wenn dabei Staub und schlechte Gerüche auf das technisch mögliche Niveau reduziert werden. Dies kann durch moderne Feuerungsanlagen, durch ausreichend getrocknetes Holz und durch die richtige Beschickung erreicht werden. Die weniger gute Nachricht: Filter, die den Feinstaub aus dem Abgas holen sollen, haben sich in der Praxis kaum bewehrt (vgl. „Schädliche Kamine“ in: DER SPIEGEL, 51/2013, Seite 53). Eine wünschenswerte Alternative wäre immerhin der Austausch alter Allesbrenner auf moderne Stückholzvergaserkessel in Verbindung mit einem Pufferspeicher. Die Lambdasondensteuerung misst kontinuierlich den Restsauerstoffgehalt der Abgase, errechnet über diesen Wert die bei unterschiedlichen Brennstoffqualitäten erforderliche Menge an Sekundärluft und führt sie zwecks optimaler Verbrennung dosiert der Brennkammer zu. Allerdings erfordern solche Lösungen entsprechenden Platzbedarf für die Lagerung der Brennstoffe, und im städtischen Bereich ist die Pumpförderung von Pellets in Wohnungen höherer Stockwerke nach oben hin limitiert, wobei im mehrgeschoßigen Altbau-Wohngebiet meist auch kein Lift vorhanden ist.

Fazit: Ein Vergleich unterschiedlicher Heizmittel sollte also eine ganzheitliche Betrachtung einschließen. Wenn volkswirtschaftliche Folgekosten und Belastungen des Gesundheitssystems nicht, wie üblich, weitgehend extern blieben, d.h. auf die Allgemeinheit übergewälzt, sondern statt dessen – etwa in Form von erhöhten Steuern auf umwelt- und gesundheitsbelastende Heizsysteme – internalisiert würden, sähe der Vergleich ganz anders aus. Denn Infrarot-Heizplatten geben ruhige, schadstofffreie Strahlungswärme ab wie die Sonne. Ihre gesundheitlichen, ökologischen, volkswirtschaftlichen wie auch praktischen Vorzüge zur Einzelraumbeheizung sind unübertreffbar.

Warmluftheizung und Strahlungsheizung – physikalische Grundlagen zweier unterschiedlicher Heizsysteme

a) Raumbeheizung durch thermische Konvektion bedeutet Wärmeübertragung durch Warmluftströmung: Erzeugung warmer Luft als Transportmedium zur möglichst gleichmäßigen Verteilung der Wärme im ganzen Wohnraum. Die Berechnung erfolgt auf Basis der klassischen Physik, der kinetischen Wärmelehre (Thermodynamik). Maßgebend dabei sind die erforderlichen Temperaturdifferenzen zwischen Heizkörper und Luft, damit die Konvektion wirksam wird: Es werden am Heizkörper „Übertemperaturen“ gegenüber der Raumluft erzeugt (etwa 50 K) entsprechend dem 2. Hauptsatz der Thermodynamik, wonach Wärme vom höheren zum niedrigeren Temperaturniveau fließt. Dieser konvektive Wärmeübergang wird durch den Wärmeübergangskoeffizienten hc mit der Dimension W/m²K charakterisiert.

b) Vollkommen andere physikalische Grundlagen hat die Wärmestrahlung (oder besser: Energiestrahlung als Infrarot-Strahler) temperierter Flächen zur Raumbeheizung: Als elektromagnetische Strahlung beruht sie auf der Emission von Energiequanten – sie ist in Photonen quantisiert. Wie Materie aus Atomen aufgebaut ist, so besteht die IR-Strahlung aus kleinsten Energiepaketen, sogenannten Quanten. Die Energie eines Quantums ist dabei eine Konstante, multipliziert mit der Frequenz der Strahlung. Diese Teilchen ohne Ruhemasse fliegen immer mit Lichtgeschwindigkeit, was die hohe Leistungsfähigkeit einer Strahlungsheizung erklärt. Trifft Energiestrahlung auf feste oder flüssige Substanzen und wird sie absorbiert, dann bewirkt dies eine Erhöhung ihrer Temperatur und damit eine Energiezunahme, die sofort wieder zur Emission von Wärme- (Energie-) Strahlung führt. Unpolarisiert emittierte Strahlung wird in einem Innenraum, der einer „Planckschen Hohlraumstrahlung“ gleichkommt, durch fortwährende Prozesse wie Absorption, Streuung, Reflektion und Doppelbrechung schließlich zu einer polarisierten Strahlung.

Die Art des Wärmetransports macht den Unterschied

Der fundamentale physikalische Unterschied zwischen den beiden Heizsystemen liegt also im Wärmetransport, der bei der Konvektionsheizung durch die Aufwärtsströmung warmer Luft als Transportmedium wirksam wird, während sich bei der Infrarotheizung der Wärmetransport in Form direkter Energiestrahlung in Energiequanten ohne Transportmedium vollzieht. „Luftbehandlung“ durch Strahlung gibt es nicht. Da trockene Luft aufgrund ihres Durchlass-„Fensters“ im mittleren IR-Bereich, etwa zwischen 7 und 14 µm, Energiestrahlen fast ungehindert ausbreiten lässt, d.h. „diatherm“ ist (ihr Emissionsgrad bzw. Strahlungsfaktor ε ist praktisch gleich Null), wird sie erst sekundär an den Grenzflächen der wärmetemperierten Oberflächen der Wände, des Bodens und des Plafonds wie auch des Mobilars durch Wärmeleitung (Konduktion) erwärmt, aber nicht durch die Strahlung selbst. Deswegen bleibt sie kühler als diese, man fühlt sich dabei wohl und angenehm. (Im Gegensatz zur Konvektion bilden sich bei reiner Wärmeleitung in Flüssigkeiten und Gasen bzw. Gasgemischen wie der Luft keine Wirbel.) Der ununterbrochene Wärmestrahlungsaustausch zwischen allen Oberflächen des Raumes mit Lichtgeschwindigkeit führt zu einer konvergenten Temperaturangleichung untereinander. Die jeweils höher temperierten Flächen geben an die niedriger temperierten Flächen Energie durch Strahlung ab, sodass dadurch gleich temperierte Umfassungsflächen einschließlich der Möbel und damit ein gleichmäßiges Wärmestrahlungsklima entsteht.

Zusammenfassung und Ergänzung

Zusammenfassend ist festzuhalten, dass die Konvektions-Heiztechnik auf thermodynamischen Grundlagen beruht, die Strahlungs- (Energie-) Heiztechnik dagegen auf quantenmechanischen Grundlagen. Diesbezüglich ist jede Vermischung der Betrachtung und Berechnung methodisch falsch: Bei der Strahlungsheizung sind Wärmeübergangsbetrachtungen irrelevant und daher die Einbeziehung von „Übertemperaturen“ überflüssig. Entscheidend dagegen ist die Berücksichtigung permanenter Absorption der Strahlung an den bestrahlten Oberflächen und ihrer sofortigen Wiederabstrahlung der erhöhten Energie in Form von Wärmewellen. Das Naturgesetz, dem dies unterliegt, wurde von Josef Stefan 1879 entdeckt und von Ludwig Boltzmann 1884 theoretisch begründet. Dieses „Stefan-Boltzmannsche Gesetz“ besagt, dass jeder Körper, dessen Oberflächentemperatur höher ist als der absolute Nullpunkt (null Kelvin = minus 273 °Celsius), elektromagnetische (Wärme-) Strahlung abgibt, die sich proportional zur 4. Potenz der absoluten Temperatur verhält.

Zwar wird auch in der Quantenphysik und damit bei der Strahlungsheizung der Energieerhaltungssatz gewahrt. Aber die „Energieerhaltung“ muss weiter gefasst werden und kann nicht nur auf die Newtonsche Physik der klassischen Wärmelehre beschränkt bleiben. Der 1. Hauptsatz der Thermodynamik muss bei der Strahlungsheizung die atomistischen Regeln der Quantenphysik miteinbeziehen.

Fünf Kritikpunkte an der irregeleiteten Bewertung der Strahlungsheizung

Als Quintessenz lassen sich folgende Kritikpunkte formulieren:

1. Thermodynamik und Quantenphysik können nicht gemischt werden – das würde physikalische Utopie bedeuten! Eine Miteinbeziehung thermodynamischer Faktoren bei der Betrachtung der Strahlungs- (Energie-) Heizung als Infrarot-Strahler ist ein krasser Missgriff, weil die Strahlungsleistung, unabhängig von Temperaturdifferenzen, ausschließlich von quantenmechanischen Prozessen abhängt, und zwar von der naturgesetzlichen Oberflächen-Abstrahlung proportional zur 4. Potenz der Kelvin-Temperatur. Sie hängt daher nicht von Wärmeübergang, Übertemperatur, Einstrahlzahl und primärer Lufterwärmung wie bei thermodynamischen Prozessen ab. Normen mit Leistungsangaben für konvektive Heizkörper sind für Strahlheizkörper (etwa „in Anlehnung an DIN EN 442“) nicht anwendbar.
   
   
2. Wenn nur eine einmalige Reflektion und nicht auch die Rolle aller strahlungsintensiven und absorbierenden Flächen und Einrichtungen berücksichtigt werden bzw. wenn bereits die erste Absorption als „Endzustand“ der Strahlung betrachtet wird, fehlt so die in Baustoffen durch Absorption gebundene Energiemenge bei einer umfassenden Energiebilanz und verfälscht damit die tatsächlichen Energiebewegungen. Falsche Berechnungsgrundlagen für den Strahlungsaustausch wie die Einbeziehung der „Übertemperatur“ führen zu extremen Überdimensionierungen gegenüber der Konvektionsheizung und damit zu einer krassen Unterbewertung der Strahlungsheizung.
   
   
3. Die Wärmestrahlung eines geschlossenen Wohnraums ist infolge permanenter Absorptionen, Streuungen und Reflektionen immer als polarisierte Hohlraumstrahlung zu betrachten und nicht als unpolarisierte Halbraumstrahlung wie etwa die Abstrahlung einer Gebäudeaußenwand in die freie Landschaft. Reflektierte, nicht absorbierte Innenraumstrahlung geht nicht verloren, sondern wird so oft reflektiert, bis auch sie absorbiert und nach Kirchhoffs Gesetz wieder emittiert wird. Daher liegt der Emissionsgrad ε für Innenräume stets bei 1,00 – so wie bei den experimentellen Versuchen Max Plancks für einen Hohlraumstrahler, dem „Schwarzen Strahler“. So darf für IR-Heizungen nicht eine unpolarisierte Halbraumstrahlung in Rechnung gestellt und infolge dessen die Strahlungsleistung halbiert werden, wie in einschlägigen Fachpublikationen, wo der Faktor 2 in Max Plancks gefundener Formel einfach weggelassen wird.
   
   
4. Schließlich muss berücksichtigt werden, dass auch bei unterbrochener elektrischer Leistungsaufnahme durch einen Thermostaten dennoch weiterhin kontinuierlich eine ständige Leistungsabgabe durch die temperierten Strahlungsflächen im Innenraum erfolgt. Unterbleibt diese Unterscheidung zwischen elektrischer Leistungsaufnahme in Watt und quantenmechanischer Leistungsabgabe (Wärmestrahlung mittels Photonen in Abhängigkeit von der Oberflächentemperatur der Strahlfläche), kommt es zu grotesken Missverständnissen und Fehlbewertungen wie bei den beiden obigen Zitaten. Deswegen werden großvolumige stromfressende Nachtspeicheröfen, leistungsaufnahmestarke Heizlüfter und fahrbare elektrische „Radiatoren“ mit schwerem Speicherkern zwecks kontinuierlicher Luftheizung als „Warmluftschleuder“ auf thermodynamischer Basis in einen Topf mit elektrisch betriebenen, flachen IR-Wärmestrahlplatten geworfen. Deswegen wird „Heizen mit Tagstrom“ pauschal als „mit Abstand am teuersten“ diskreditiert (VKI, siehe oben). Bei dezentralen Heizsystemen mit flachen, technisch optimierten Infrarot-Einzelheizungen (um die es in diesem Aufsatz geht) ist das schlanke Flachheizpaneel nicht der Wärmespeicher, wie in dem zweiten Zitat missverstanden, und soll es auch gar nicht sein, sondern dieses dient als Erzeuger der elektromagnetischen Energiestrahlung zwecks direkter Energieübertragung an die Innenraumflächen, die ihrerseits diese Energie absorbieren, speichern und wiederum als Wärmeenergie zurückstrahlen. So wird der gesamte Innenraum, insbesondere die Umschließungsflächen und die Zimmereinrichtung, als Wärmespeicher genutzt.
   
   
5. Wenn Fachbücher den Strahlungsaustausch zweier gegenüberliegender temperierter Flächen nur als Energiestrahlungsdifferenz in Rechnung stellen und diese faktisch als Strahlungsleistung interpretieren, liegt ein fataler Denkfehler vor, aufgrund dessen die Strahlungsheizung gleichsam diskriminierend und benachteiligend ebenfalls kolossal unterbewertet wird. In Wirklichkeit sind bei einem Strahlungsaustausch die Gesamtenergie der temperierten Flächen zu berücksichtigen und die Strahlungsleistungen zu summieren. Die gemäß einer solchen „Strahlentheorie“ verwendeten üblichen Formeln sind nicht verwendbar, sie sind falsch. Thermodynamische Gedankengänge mit ihren Differenzbildungen sind auf elektromagnetische Gedankengänge mit ihrer quantenphysikalischen Naturgesetzlichkeit nicht übertragbar.

Fazit: Aufgrund dieser unwiderlegbaren Sachverhalte resümiert Claus Meier [2009, Seite 24] in Anlehnung an A. Eisenschinks „Pionierveröffentlichung“ der Wiederentdeckung der Strahlungsheizung („Falsch geheizt ist halb gestorben“, 1987 - nur noch antiquarisch, dann aber nur zu Liebhaberpreisen meist im dreistelligen Euro-Bereich erhältlich!):

„Diese physikalischen Vorzüge erzwingen geradezu die Wahl einer Strahlungsheizung. Das bisherige Ziel der Heiztechnik, mit einer Konvektionsheizung Raumlufttemperaturen zu gewährleisten, muss aufgegeben werden zugunsten der Aufgabe, aus grundsätzlichen physiologischen, ökologischen und ökonomischen Erwägungen heraus mit einer Strahlungsheizung temperierte Raumumfassungsflächen zu erzielen.  E s   w ä r e   d e s h a l b   g e r a d e z u   u n k l u g ,   s i c h   a u f   d i e   ü b l i c h   g e w o r d e n e n   K o n v e k t i o n s h e i z u n g e n   z u   k o n z e n t r i e r e n ,   d e n n   d a m i t   w i r d   e i n e   w i d e r s i n n i g e ,   e n e r g i e a u f w ä n d i g e   u n d   g e s u n d h e i t s g e f ä h r d e n d e   H e i z t e c h n i k   p r o t e g i e r t .“

Und der zitierte Bericht zum Forschungsprojekt der Universität Kaiserslautern, Arbeitskreis Ökologisches Bauen, kommt zu der schlichten Schlussfolgerung („Zusammenfassung“, Seite 2):

„Es konnte in der vorliegenden Untersuchung gezeigt werden, dass die Infrarotstrahlungsheizung eine sinnvolle Alternative zu herkömmlichen Heizsystemen darstellt. Bei richtiger Anwendung einer Infrarotstrahlungsheizung ergeben sich sowohl Vorteile beim Energieverbrauch als auch bei den Kosten und der CO2-Bilanz.“

Mythos U-Wert und Dämmstoff-Lobby -
     Warum beim Heizen mit Infrarot-Strahlung
     Wärmedämmungen und teure Wärmeschutzverglasungen überflüssig sind

Bitte lesen Sie dazu folgenden Artikel: „Teure Dämmung lohnt oft nicht – und soll obendrein höchst gefährlich sein“
Quelle: http://www.welt.de/welt_print/article1820196/Teure-Daemmung-lohnt-oft-nicht.html

So auch den Abschnitt: „Vorsicht vor Wärmedämm-Verbundsystemen (WDVS)“ in dem Artikel:
     „Dramatische Fehlentwicklungen am Heizungssektor – Problematik und Lösung“

Weitere Details, auch zur Frage der Entbehrlichkeit teurer Wärmeschutzverglasungen,
finden Sie in dem unten angegebenen Sachbuch von Claus Meier:
„Phänomen Strahlungsheizung. Ein humanes Heizsystem wird rehabilitiert.“

Fakten zur Strom- und Gaspreisentwicklung

Ergänzend zu den bisherigen Ausführungen betreffend Effizienz und Überlegenheit von Strahlungsheizungen gegenüber Konvektionsheizungen und zum Hinweis auf die Notwendigkeit der Gewichtung von Kilowattstunden durch Verbrauchskorrektur-Faktoren bei verschiedenen Heizmittel sind folgende Überlegungen zur aktuellen Preisentwicklung zu berücksichtigen.

Die Preise fossiler Brennstoffe steigen seit Jahren wesentlich stärker als die Strompreise. Laut oben zitiertem Forschungsbericht der Universität Kaiserslautern (Seite 36), sind sie

„in den letzten 10 Jahren [2009, Anm.] seit der Liberalisierung der Märkte um durchschnittlich ca. 2,25 % pro Jahr, die Gaspreise um ca. 7,1 % pro Jahr gestiegen. Die Kopplung der Gas- an die Ölpreise wird in absehbarer Zeit erhalten bleiben und beide fossilen Brennstoffe werden weiter verknappen. Die Steigerungen bei den Strompreisen wurden zu 40 % durch staatliche Abgaben verursacht, und es stellen sich erste Kostendämpfungseffekte durch regenerative Stromerzeugung ein. Daher ist eine Fortschreibung dieser unterschiedlichen Entwicklung sehr wahrscheinlich. D.h. der Gaspreis wird auch in Zukunft deutlich schneller steigen als der Strompreis. Unter dieser Annahme ist die Entwicklung gemäß den oben genannten Steigerungsraten in Bild 5.1 dargestellt. Die blauen Kurven zeigen die Entwicklung der Gaspreise, die grünen Kurven die der Strompreise jeweils über die Anzahl der Jahre ab 2009.“ Bild 5.1 des Forschungsberichts (siehe Abbildung rechts) zeigt einen schraffierten Überlappungsbereich, in dem die Gasverbrauchskosten höher werden können als die Stromverbrauchskosten. „Wird die Tatsache berücksichtigt, dass die Investitionskosten einer optimierten Infrarot-Heizung grob geschätzt höchstens die Hälfte derjenigen einer Gasheizung betragen, ist die kostenmäßige Überlegenheit wesentlich früher, eventuell sogar sofort erreicht“, schrieben die Verfasser des Forschungsberichts (Projektleiter Dr.-Ing. Peter Kosack) im Jahr 2009. Dieser Schnittpunkt der „Schere“ ist nunmehr (2013/14) mit Sicherheit erreicht, wie die aktuellen Berichte zu den Preisentwicklungen belegen. Dazu einige Beispiele:

„Inflation nur wenig gesunken wegen der Preistreiber Heizöl (+15 %) und Gas (+2,6).“
     oesterreich.orf.at-Bericht vom 14.03.2012

„E-Control: Strom war 2011 zu teuer. – Die Stromanbieter haben 2011 nach Ansicht der E-Control die gesunkenen Großhandelspreise nicht entsprechend an die Privatkunden weitergegeben. Bei den teuren Anbietern hätten die Haushaltspreise in der zweiten Jahreshälfte um rund zehn Prozent sinken müssen. Inklusive Netzkosten hätten die Preise zwischen vier bis sechs Prozent sinken müssen, sagte E-Control-Vorstand Walter Boltz am Donnerstag. […] Der heimische Stromverbraucherpreisindex (VPI) der Statistik Austria stieg [in 10 Jahren] zwischen 2001 und 2011 um 28,4 Prozent, und der Gas-VPI schnellte um 64,2 Prozent in die Höhe. […] 2011 erhöhte sich der Gas-VPI um 8,8 Prozent, der Strom-VPI blieb nahezu unverändert.“
     oesterreich.orf.at-Bericht vom 15.03.2012

„AK warnt vor ‚Kostenfalle Heizöl’: Im Vergleich zum Vorjahr sind die Preise im Durchschnitt um mehr als zehn Prozent gestiegen. […] Besonders dramatisch: Seit 2009 haben sich die Preise beinahe verdoppelt, heißt es in einer Aussendung der Arbeiterkammer (AK) Niederösterreich.“
     noe.orf.at-Bericht vom 12.10.2012

„E-Wirtschaft gibt sinkenden Strompreis nicht weiter. – Seit 2008 ist der Strompreis im Großhandel um 20 Prozent gesunken, die Haushalte hätten davon jedoch kaum etwas gemerkt, kritisiert die Regulierungsbehörde E-Control. Preissenkungen müssten an die Endkunden weitergegeben werden, lautete die erneute Forderung der Behörde.“
     help.orf.at-Bericht vom 13.03.2013

„US-Papierindustrie leidet unter explodierenden Gaspreisen. – Die Gaspreise sind in den USA in zwei Jahren um 150 Prozent gestiegen, trotz Fracking-Aktivitäten. Nach Berichten mehrerer US-Zeitungen schockiert dies energieintensive Unternehmenszweige, wie z.B. die US-Papierindustrie.“
     Presseaussendung des ÖBMV vom 30.01.2014

Gegen Ende 2013 stellt sich die Lage so dar:

„ E r n e u e r b a r e   E n e r g i e   w i r d   d u r c h   v e r m e h r t e n   A u s b a u   i m m e r   b i l l i g e r ,   f o s s i l e   E n e r g i e n   d u r c h   d i e   V e r k n a p p u n g   i m m e r   t e u r e r . Daher verdrängt Strom aus PV, Wind, Wasserkraft und Biomasse immer mehr den teuren Strom aus Öl, Gas, Kohle und Atomkraftwerken, was zu einer ständigen Verbilligung des Stromes an der Leipziger Börse führt. […]
Die Preissenkungen betreffen die Strommärkte, zu denen nur Stromkonzerne, regionale Energieversorger und Industriekonzerne Zugang haben. Dadurch können diese sich dank Photovoltaik und Windkraft – die immer weniger hoch gefördert werden müssen – billig tagesaktuell mit Strom eindecken. Nicht weitergegeben werden diese Vorteile an die Haushalte.“
     Wolfgang Löser in: „Der Energie-Rebell. Wärme, Kraft und Kraftstoff aus regionalen Quellen“, Okt. 2013

Die jüngsten Pläne (2014) der für Klimaschutz zuständigen dänischen EU-Kommissarin wie auch des deutschen Superministers für Wirtschaft und Energie gehen in die Richtung, die Zahl der Verschmutzungsrechte (Zertifikate für den Emissionshandel) beschleunigt abzubauen. Damit soll der Betrieb von Kohlekraftwerken deutlich teurer werden. Zugleich soll der Anteil des Grünstroms bis 2030 bei allen EU-Staaten verbindlich bei mindestens 30 % liegen. Dazu soll ein Konzept für die Europäisierung der Fördersysteme für erneuerbare Energien vorgelegt werden (sehr zum Ärger von Ländern wie Großbritannien, die lieber Atomkraftwerke bauen wollen und Ökostrom-Regeln ablehnen). Die wichtigen Industrie- und Umweltausschüsse des EU-Parlaments plädieren sogar für noch mehr Ökoziele als die EU-Kommissarin. Insgesamt zeigt daher auch die politische Entwicklung in Richtung Verteuerung von Energie aus fossilen Quellen und Preisvergünstigung aus erneuerbaren Ressourcen. Damit sollten die Vorbehalte gegen Infrarot-Heizlösungen aus Gründen der Energiekostenentwicklung auch bei Abhängigkeit von überregionalen Stromanbietern hinreichend entschärft sein.

Anschaulich dokumentiert dies die völlig unterschiedliche Entwicklung von Gas- und Strompreisindex. Nachstehend illustrieren dies die Diagramme nach der bekannten Weisheit: Ein Bild sagt mehr als tausend Worte:

Quelle: Österreichische Energieagentur (AEA) bzw. EEX Strompreisbörse

Zur Erläuterung:

• Der Österreichische Gaspreisindex (ÖGPI©) bildet den Energieanteil der endgültigen Endverbraucherpreise ab, die zusätzlich Netztarife, Steuern und Abgaben enthalten. Er ist aufgrund der Wirtschaftsflaute 2008/09 kurzfristig auf die Hälfte gefallen und seither meist kontinuierlich gestiegen.
• Der Österreichische Strompreisindex (ÖSPI©) wurde für Februar 2014 mit 74,15 errechnet (Basisjahr 2006 = 100), er ist somit in den letzten acht Jahren zeitübergreifend um ein Viertel gefallen, in den letzten fünf Jahren sogar um die Hälfte. Die vor allem  s e i t   J a h r e s b e g i n n   2 0 1 2   a n h a l t e n d e ,   k o n t i n u i e r l i c h   r ü c k l ä u f i g e   S t r o m p r e i s e n t w i c k l u n g   s e t z t   s i c h   u n g e b r o c h e n   f o r t ,  weil der Ausbau erneuerbarer Energieträger immer mehr greift. Laut AEA-Berechnung ist für Februar 2014 im Vergleich zum Februar des Vorjahres ein  R ü c k g a n g   v o n   2 0 , 4 %  zu erwarten.
  Der ÖSPI bildet nur die reine Energiekomponente ab, die einen Anteil von etwa 35% bis 40% am gesamten Strompreis hat. Die restlichen 60% bis 65% entfallen auf Netzgebühren, Steuern und Abgaben. Mit dem ÖSPI kann keine Aussage getroffen werden, wie die Energieanbieter ihre Preise gegenüber den Endkunden tatsächlich gestalten.

Plädoyer für eine versorgungssichere, dezentrale Stromerzeugung

Der Perspektive regionaler und dezentraler Stromversorgung sollte überragende Bedeutung zukommen. Diesbezüglich hat schon der zitierte Forschungsbericht 2009 hingewiesen (Seite 36):

„Regional gibt es von einigen Anbietern Sondertarife für sogenannten Direktheizungsstrom. Damit sind die Verbrauchskosten der Infrarotheizungen in der Regel sofort günstiger als die der Gasheizung.“

Eine dezentrale Versorgung mit elektrischem Strom aus erneuerbaren Ressourcen, der in der näheren Wohnregion erzeugt wird, ist sowohl betreffend „ökologischen Fußabdruck“ das Optimum an Nachhaltigkeit und Umweltverträglichkeit, weil auch der Strom-Ferntransport über Hoch- und Höchstspannungsleitungen nicht unproblematisch ist, als auch betreffend Versorgungssicherheit: Große Netze = große Stromausfälle! Dagegen: „Small is beautiful“, klein ist schön – und sicher! Daher: Netze in Bürgerhand! Wolfgang Löser (zitiertes Werk, Seite 95f.98) schreibt anhand eines Beispiels des 150-Einwohner-Ortes Feldheim in Brandenburg, das sich vom öffentlichen Stromnetz abgekoppelt hat:

„Hätte jeder Ort wie Feldheim sein autarkes Stromnetz, gäbe es keine Gefahr großflächiger Stromausfälle. Jeder Ort könnte seine Stromversorgung individuell bereitstellen, je nach Ressourcen: mit Windkraft, Photovoltaik, Holz, Batterien oder anderen Speichern [wie Schwungradspeicher und Elektroautos, zur Sicherung des Überschussstroms, Anm. d. Verf.]. Wenn in einem kleinen Netz der Strom ausfällt, sind nur relativ wenige Menschen betroffen. Auch kann die Stromversorgung wieder schnell hochgefahren werden. E i g e n v e r s o r g u n g   m i t   S t r o m   u n d   W ä r m e   ü b e r   k l e i n e ,   r e g i o n a l e   N e t z e   i s t   d i e   b e s t e   Z  i v i l s c h u t z m a ß n a h m e   ü b e r h a u p t .   A l l e s   m u s s   s i c h   w i e d e r   z u   d e z e n t r a l e n ,   r e g i o n a l e n   u n d   k l e i n e n   S t r u k t u r e n   e n t w i c k e l n ,   d i e   l e i c h t   ü b e r s c h a u b a r ,   k r i s e n f e s t   u n d   z u k u n f t s f ä h i g   s i n d .
Mit einem ungebrochenen Technikglauben und einem alles verherrlichenden Größenwahn, mit einem ‚immer höher, immer weiter, immer schneller’ werden wir den anstehenden Aufgaben nicht gewachsen sein. […] Die Energiewende wird nur gelingen, wenn neben den Kraftwerken auch die Netze in Bürgerhand übergehen.“

Zur gleichen Einschätzung und Perspektive kommt ein Kommentator zu den energiepolitischen Hintergründen der aktuellen Krise in der Ukraine. In den IPPNW-Informationen vom 19. März 2014 stellte er fest, dass eine dezentrale Energiewende – parallel zur friedenspolitischen Diplomatie – perspektivisch einen Ausweg aus den ständigen Krisen und Kriegen um Energie bieten kann:

„Langfristig sollte der Weg daher lauten: Die Energiewirtschaft sollte dezentral strukturiert sein mit kleinen Unternehmen, kommunalen Unternehmen und lokalen Energiegenossenschaften, die nicht wie die globale, miteinander eng verflochtene Öl- und Gaswirtschaft Staaten erpressen, bedrohen und mit Krisen und Kriegen überziehen können. Die schrittweise Durchsetzung einer dezentralen Energiewende auf der Basis erneuerbarer Energien ist daher der dringend gebotene Weg, der perspektivisch zur Auflösung der [Energie-, Anm.] Konzerne führt, die für die globale Gewalt verantwortlich sind.“

Fazit: „Eine Energiewirtschaft mit erneuerbaren Energien in Bürgerhand ist eine der wichtigsten Strategien, um Krisen und Kriege zu vermeiden“ („Local Power for Peace“). Die ärztliche Friedensorganisation IPPNW wirbt als IPPNW PEACE POWER NET WORK für die dezentrale Energiewende: „Jeder Bürger und jede Kommune kann so dazu beitragen, dass unsere Welt friedlicher wird.“

Unter dem Titel „Strom aus dem ‚Bürgerkraftwerk’ – Beteiligung an Kosten und Erträgen“  wurde eine interessante Reportage veröffentlicht, deren Thema im Vorspann folgendermaßen zusammengefasst wurde:

„Versorgungssicherheit und strategische Abhängigkeiten auf dem Energiesektor sind nicht erst seit dem Beschluss des Atomausstiegs in Deutschland ein Thema. Nicht dass es an ehrgeizigen Zielen für den großen Umbau mangeln würde, aber die sind zeitlich weit gesteckt. Vor diesem Hintergrund steigt der Zuspruch zu regionalen Initiativen, die das Heft bei der Energieversorgung selbst in die Hand nehmen.
Die Idee dahinter: Bürger beteiligen sich finanziell an der Errichtung der Anlagen und beziehen dafür eine entsprechende Menge Strom oder sind finanziell an der erwirtschafteten Leistung beteiligt. Nach diesem Modell wirbt die oberösterreichische Energie AG (EAG) unter dem Motto ‚Sonne kaufen und für die Zukunft vorsorgen’ für ein erst kürzlich vorgestelltes Projekt, in der oststeirischen Ökoregion Kaindorf wird ein weiteres gerade umgesetzt.“
     http://orf.at/stories/2101472/2101473/ - Publiziert am 13.03.2012

Exkurs zur aktuellen Solarstrom-Erzeugung - Photovoltaik, die Königin der Erneuerbaren Energien

Um dieser faktischen Preisentwicklung unterschiedlicher Heizmittel unter Berücksichtigung ihrer unterschiedlichen Umweltverträglichkeit Rechnung zu tragen, ergibt sich aus den bisherigen Ausführungen die naheliegende Konsequenz:
Wer in Kombination mit einer strombetriebenen Infrarot-Heizung auch noch in eine hauseigene Photovoltaik-Anlage investiert, trägt mit seiner Eigenstromerzeugung zur Deckung seines Heizenergiebedarfs bei. Motto: Besser Photovoltaik am Dach als Aktien im Keller.

Es werden immer wieder Fragen, Halbwahrheiten und längst überholte Einwände gegen Photovoltaik vorgebracht. Deshalb geht Wolfgang Löser (WL), Gründer des ersten energieautarken Bauernhofs Österreichs, in seinem aktuellen Buch darauf ein (zitiertes Werk, Seite 33ff.127). Drei der gängigsten Einwände und Argumente seien hier angeführt. Unter der Überschrift „’Experten’ gegen Photovoltaik“ schreibt er:

„Leider gehen noch immer viele Menschen diesen ‚Experten’ und den heutigen Energieanbietern auf den Leim und vertrauen auf deren hinterlistigen Aussagen. […]

• [Argument:] ‚Die Photovoltaik hat noch viel zu wenig Wirkungsgrad. Die Technologie muss noch erforscht und weiterentwickelt werden.’
  [Kommentar WL:] Jeder Pkw- oder Lkw-Verbrennungsmotor hat einen weit schlechteren Wirkungsgrad als die Photovoltaik – und keiner fragt danach. Zigmillionen Menschen nutzen noch immer diese verheerenden Energieschleudern, die nichts anderes sind als fahrbare Heizkessel.

• [Argument:] ‚Man steckt mehr Energie hinein als herauskommt.’
  [Kommentar WL:] In unseren Breiten produziert eine PV-Anlage in zwei bis drei Jahren so viel Energie wie für ihre Herstellung benötigt wird. Am Äquator beläuft sich die Energierücklaufzeit gar nur auf ein Jahr. Insgesamt kommt also auch in unseren Breiten bei der PV ca. 15-mal mehr Energie heraus als hineingesteckt wird. Außerdem erzeugen immer mehr Hersteller ihre Energie, die sie für die Produktion von Modulen, Silizium, Aluminium oder Wechselrichtern brauchen, mit eigenen Wind- und Solarkraftwerken selbst. Sie produzieren mit Gratisenergie.

• [Argument:] ‚Was passiert mit den PV-Modulen nach ihrer Nutzungsdauer?’
  [Kommentar WL:] Die Produktionsfirmen haben auch hier bereits vorgesorgt, die Module werden wiederverwertet, da es in Zukunft nicht mehr möglich sein wird, wertvolle Rohstoffe einfach wegzuwerfen.

Würde jeder Haushalt in Deutschland, Österreich, der Schweiz und anderswo nur ein oder zwei solcher Module [Anm.: „Solarkraftzwerge“] besitzen, wäre kein weiterer teurer Netzausbau auf Höchstspannungsebene mehr notwendig, denn die Energie würde immer mehr dort erzeugt werden, wo sie verbraucht wird. Jeder Einzelne könnte so Teil der Energiewende werden, einer Bürgerenergiewende.“

Wolfgang Löser hat die Erfahrung rasanter günstiger Preisentwicklung selber gemacht (Seite 124):

„Die Photovoltaik-Preisentwicklung hat alle überrascht, auch die Kenner der Materien. Mitte 2010 zahlten wir für unsere 5-kWp-Anlage 24.000 Euro, abzüglich der 50-%-Förderung des Landes Niederösterreich waren es 12.000 Euro. Heute kostet die Anlage ohne Förderung weniger, als wir damals selbst zahlten. Es wird sich im Preisverfall der PV noch viel tun, dieser Trend ist nicht zu stoppen.  A u s   P h o t o v o l t a i k   s e l b s t   e r z e u g t e r   S t r o m   i s t   h e u t e   w e i t   b i l l i g e r   a l s   d e r   S t r o m   v o m   N e t z a n b i e t e r ,   d a s   h e i ß t ,   d a s s   d i e   N e t z p a r i t ä t   b e r e i t s   e r r e i c h t   w u r d e .  Es gibt bereits Anbieter, die Anlagen inkl. Montage und Wechselrichter um 1.500 Euro/kWp anbieten + Stromspeicher ab ca. 3.000 Euro. Steigende Strompreise sind dann das Problem der anderen.“

Einen Meilenstein in der Geschichte der Photovoltaik setzte der Schweizer Ingenieur Markus Real mit dem Projekt „Megawatt – Alpha Real sucht 333 3kW-Kraftwerksbesitzer“. Er war der Überzeugung, dass es ökonomisch sinnvoller sei, jedes Haus mit einer eigenen PV-Anlage zu bestücken, als eine dezentrale Energiewandlung zu bevorzugen. Er trat mit 333 auf einzelnen Gebäuden installierten 3-kW-Dachanlagen in Zürich den Beweis an. Dies war der Anfang einer Bewegung, in deren Zuge auch das 1000-Dächer-Programm der Bundesrepublik Deutschland aufgelegt wurde.

Angesichts des vermehrten Dargebots von dezentral produziertem E-Strom bis hin zur privaten Eigenstromerzeugung lohnt sich ein aktueller (2013/14) Blick auf die jüngsten technischen Entwicklungen der Photovoltaik (PV), der direkten Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie mittels Halbleitersolarzellen.

• Lange Zeit wurden Photovoltaikanlagen wegen der teuren, energieaufwändigen Herstellung hochreinen Solarsiliciums und ihrer negativen Energiebilanz kritisiert und die staatliche Förderung der ursprünglichen „Dickschicht“-Technologie infrage gestellt. Dazu kamen anfangs schlechte Wandlungswirkungsgrade der PV-Module (< 10%) und aufgrund raschen Alterungsprozesses der Solarzellen eine Lebensdauer, die geringer war als ihre energetische Amortisation (Energierücklaufzeit). Das bedeutete einen „Erntefaktor“ (internat.: ERoEI) kleiner als 1: Die genutzte Energie ist geringer als die investierte Energie.
  
  
• Ähnlich verhielt es sich mit den ersten Windkraftanlagen, doch seit den 1990ern amortisieren sich die heutigen ausgereiften WK-Serienanlagen energetisch in wenigen Monaten. Auch im Bereich der Photovoltaik haben sich infolge der technischen Weiterentwicklung der mono- und multikristallinen Solarzellen die Amortisationszeiten auf 1,7 bis 4,5 Jahre drastisch verkürzt, die Wirkungsgrade von Silicium-Solarzellen haben sich auf 15 bis 22 % und die Lebensdauer auf 25 bis 30 Jahre erhöht. Das bedeutet eine positive Energiebilanz, insbesondere nach den Preisrutschen der letzten Jahre durch Module aus kristallinem Silicium, gefertigt in China.
  
  
• Zudem hat die Erfindung der „Dünnschicht“-Technologie mit amorphem (a-Si) und mikrokristallinem (µ-Si) Silicium zu enormer Materialeinsparung und damit Kostenreduktion geführt. Statt dem aufwändigen Prozess des Zersägens von Siliciumblöcken („Wafern“) bei der Dickschicht-Technologie werden 100-mal dünnere Zellen durch Abscheiden aus der Gasphase direkt auf ein Trägermaterial (Substrat) aufgebracht. Das kann Glas oder Metallblech, vor allem aber flexibler und sogar aufrollbarer Kunststoff sein. Zunächst noch mit geringerem Wirkungsgrad (bis vor wenigen Jahren nur 5 bis 13 %), wurden in den letzten Jahren auf Basis anderer Materialien als Silicium, vornehmlich Kupfer/Indium/Gallium/Tellur/Schwefel/Selen, die Wirkungsgrade der Silicium-Dickschicht-Technologie erreicht, im Einzelfall bei Forschungsprojekten sogar > 20 % (Chalkopyrit/Kupferkies, CIS/CIGS). So können diese bereits mit den besten multikristallinen Silicium-Solarzellen mithalten.
  
  
• Im Gegensatz zur herkömmlichen PV-Technologie ist die Dünnschicht-Technologie auch bei diffusem Sonnenlicht einsetzbar. Zu beachten bleibt aber, dass den niedrigeren Herstellungs- und Anschaffungskosten das Erfordernis größerer Flächen gegenübersteht. Dennoch ist auch bei geringerer Fläche mit einer Kostenersparnis zu rechnen, zumal ihre Energierücklaufzeit wesentlich kürzer ist (2011: zwischen 0,8 bis 1,5 Jahren) als bei den energieintensiven Wafer-Technologien.
  
  
• Als weiteres Plus neuerer Forschung hinsichtlich der Umweltverträglichkeit zählt die Ersetzbarkeit des besonders kostspieligen Elements Indium durch das Kupfer-Zink-Zinnsulfid Kesterit (abgekürzt: CZTS). Im Gegensatz zu den anderen bisher in Dünnschicht-Solarzellen verwendeten Cadmium-, Indium- und Gallium-haltigen Verbindungshalbleitern stellt Kesterit ein Absorbermaterial dar, das vollständig aus reichlich vorhandenen und ungiftigen Komponenten besteht.
  
  
• Aufgrund des Nichterfordernisses direkter Sonnenbestrahlung sind die Einsatzmöglichkeiten von Dünnschicht-Solarmodulen um ein Vielfaches höher. Ihre Eignung umfasst beispielsweise wenig belastungsfähige, ältere Dächer und beschattete oder auch stark verwinkelte Dachflächen. Findige Innovationen wie stromerzeugende Jalousie-Lamellen durch Beschichtung mit flexiblen Dünnschicht-Solarzellen oder die Beschichtung von Standard-Dachziegeln geben einen Ausblick auf ein weites Anwendungsfeld. Die Vorteile der relativ leichten und flexibel zuschneidbaren Dünnschicht-Solarmodule sprechen für sich. Nicht von ungefähr ist seit 2007 ein deutlich erhöhter Anstieg ihrer Verwendung zu verzeichnen. Ihr Erntefaktor (ERoEI, s.o.) liegt bei 30 – sie produzieren in ihrer Lebenszeit dreißigmal so viel Energie, wie für ihre Herstellung nötig ist, ebenso viel wie eine moderne Windturbine.
  (Anmerkung: Bei dem italienischen Flugwindkraftwerk der Fima KiteGen, einem innovativen Flugdrachen-Segel in großer Höhe zur Windkraft-Stromerzeugung, wird sogar mit einem Erntefaktor von 375 (!) gerechnet. Die Abschreibungsdauer beträgt ein Zwanzigstel gegenüber jener eines leistungsgleichen traditionellen Windparks.)
  
  
• Pressemeldung: „Sonnenenergie 2013 in Österreich auf Rekordkurs“. Trotz der deutlichen Reduzierung der Förderung für Solarstrom-Erzeugung wurde 2013 zum erfolgreichsten Jahr: Zehntausend neue Photovoltaik-Anlagen mit insgesamt 250 Megawatt haben Einfamilienhaus-Besitzer in Österreich installiert. Nachdem derzeit etwa ein Prozent des Stromverbrauchs aus Solarenergie stammt (davon 40 % in Niederösterreich erzeugt), rechnet der Präsident des Photovoltaik-Verbundes, dass das Ziel, 2020 acht Prozent aus Sonnenstrom zu erzeugen, in Reichweite ist, zumal die Ökostromförderung hohe Einspeisetarife sichert (KURIER-Bericht 25.12.2013). Inzwischen wird privaten Haushalten die Installation kompletter Solaranlagen inklusive Speicherbatterie mit 10 kW Speicherkapazität angeboten. So muss der dezentral in Haushalten erzeugte Sonnenstrom nicht ins Stromnetz eingespeist werden, wo er zeitweise zu Leitungsüberlastungen führt, sondern soll zu Hause gespeichert werden, sodass über Mittag erzeugter Sonnenstrom am Abend verfügbar ist. Es genügt in Zukunft, erneuerbare Energie zwecks nötiger „Anschubinvestition“ zu fördern und nicht als Dauerförderung, und Photovoltaik-Anlagen sollten nur noch in Kombination mit Speicherbatterien gefördert werden.
  

• Fazit: Die Investition in ein Infrarot-Strahlungsheizsystem ist umso effizienter, wenn sie mit einer Eigenstromerzeugung mittels moderner Dünnschicht-Solartechnik kombiniert werden kann.
  
  
• Kurz vor Jahresende 2013 wurde gemeldet, dass Russland in diesem Kalenderjahr so viel Gas wie nie zuvor an Europa geliefert hat. Nach vorläufigen Zahlen sind die Lieferungen in die Europäische Union und in die Türkei um 16 Prozent gestiegen. Gasprom ist Europas wichtigster Erdgaslieferant und deckt etwa ein Drittel des Erdgasbedarfs in Europa ab. Eine forcierte regionale Eigenstromerzeugung, insbesondere zum Heizen mit Strahlungswärme anstelle von Konvektionsheizungen mit Gas, wäre daher ein wichtiger Schritt in Richtung Energieautarkie, Milderung der Abhängigkeit von ausländischen fossilen Energieträgern und aus nationalökonomischer Sicht eine Einsparung an Devisenzahlungen ans Ausland.

Lebenszykluskosten und Vollkostenvergleiche unterschiedlicher Heizsysteme

Um eine Kundenempfehlung für das günstigste Heizsystem abzugeben, ist mehr als nur ein bloßer Vergleich von Cent/kWh pro Heizmittel erforderlich: Die gesamten Lebenszykluskosten sind zu betrachten.

• Das wurde unter anderem in einer Studie der Österreichischen Gesellschaft für Umwelt und Technik (ÖGUT) unternommen („Vollkostenvergleich von Heizsystemen für Einfamilienhäuser“, 2011). Darin wurden die Kapitalkosten und laufenden Kosten von Heizungsanlagen unter verschiedenen Heizwärmeverbräuchen und Energiepreisszenarien verglichen. Danach „rechnen“ sich Pelletheizungen bei geringeren oder gleich bleibenden Energiepreisen im Vergleich zu fossilen Heizsystemen nur für deutlich überdurchschnittliche Wärmeverbraucher. Je mehr Energie (vor allem bei Niedrigenergiehäusern) durch Wärmedämmung eingespart wird, desto mehr schlagen die hohen Anlagenerrichtungskosten im Gesamtpreis über die Lebensdauer durch. Pelletheizungen stellen dann „unter Annahme konstant niedriger Energiepreise u.U. sogar das teuerste Heizsystem dar“. Pelletheizkessel brächten aber neben Scheitholzheizungen die niedrigsten Gesamtkosten, wenn die Heizkosten fossiler Brennstoffe noch weiter steigen, so die ÖGUT-Studie.  K e i n e   B e r ü c k s i c h t i g u n g   i n   d e r   S t u d i e   f a n d   d i e   I n f r a r o t - H e i z u n g   m i t t e l s   e l e k t r i s c h   b e t r i e b e n e r   F l a c h h e i z k ö r p e r .

• Zu dem Ergebnis, dass eine Pelletheizung für ein Einfamilienhaus (EFH) bei einem Vollkostenvergleich bei weitem am teuersten ist (abgesehen von den bekannten Nachteilen wie hoher Energiebedarf bei der Produktion, Luftbelastung, Asche-Entsorgung und Feinstaub), kommt auch ein >>> Schweizer Kostenvergleich.

• Im Mai 2013 fand eine Veranstaltung zum Thema „Erneuerbare Wärme – Schlüssel zur Energiewende“ statt. In einem der Vorträge wurden „Heizsysteme im Vollkostenvergleich“ dargestellt, präsentiert von der Österreichischen Energieagentur (Austrian Energy Agency, AEA). Darin bestätigte sich die Beobachtung, dass in Kostenvergleichen üblicherweise nicht zwischen Strom für Konvektionsheizung und Strom für Wärmestrahlungsheizung unterschieden wird, was jedoch einen fundamentalen Unterschied bedeutet. Es versteht sich aber, dass diese unterlassene Unterscheidung den Interessen des Veranstalters, des Österreichischen Biomasseverbandes (ÖBMV), entgegenkommt. Dementsprechend fällt der in dem Vortrag präsentierte Vergleich für ein Einfamilienhaus (EFH) bei einer Nutzfläche 130 m² betreffend „Verbrauchsgebundene Kosten“ denkbar unterschiedlich aus: „Holzheizungen“ aller Art werden als am billigsten ausgewiesen (Vergleichssieger: „Holzkachelofen“), „Elektrische Direktheizungen neu“ und „alt“ (als Vergleichsschlusslichter) im Gegensatz zu allen anderen Heizsystemen als am teuersten, sowohl bei einem unsanierten EFH (Abb. links) wie bei einem sanierten (Abb. rechts):

Diese Einschätzung ist nicht zuletzt deshalb mehr als problematisch, weil ein „Holzkachelofen alt“ – somit ohne modernen Feinstaubfilter! – in einem „sanierten“ EFH absolut fehl am Platz ist. Es passt aber zur üblichen Gewohnheit, die Feinstaubproblematik bei der pauschalen Betrachtung von Holz als Heizmittel in Privathäusern auszuklammern. Es muss konstatiert werden, dass damit für die Bevölkerung ein falsches Signal gesetzt wird.

Zudem lautet die in dem Vortrag der ÖBMV-Veranstaltung gewählte Annahme betreffend Strom als Heizmittel: „Elektrische Heizung (Direktstromheizung, Nachtstromheizung)“:

Dass diese Nichtunterscheidung bei „Direktstromheizung“ zwischen Konvektionswärme und Strahlungswärme eine eklatante fachliche Fehlleistung bedeutet, wurde unter Berufung auf Prof. Dr. Claus Meier bereits ausführlich dargelegt: Nachtstromheizungen als Konvektionsheizungen sind bekanntermaßen tatsächlich regelrechte „Stromfresser“ – ganz im Gegensatz zu elektrischen Infrarot-Flachheizpaneelen bei völlig unterschiedlicher Wirkweise (siehe oben: „Fünf Kritikpunkte an der irregeleiteten Bewertung der Strahlungsheizung", Punkt 4).

Die beiden dargelegten Kritikpunkte sind umso bemerkenswerter, als die Selbstdarstellung der AEA lautet:
„Die Österreichische Energieagentur ist  d a s   n a t i o n a l e   K o m p e t e n z z e n t r u m  für Energie.“

• Wenig überraschend erlaubt auch der von www.holzwaerme.at beauftragte AEE-„Umstiegsrechner“ neben Öl-, Gas- und Flüssiggasheizung nur die undifferenzierte Wahl einer „Stromheizung / kWh“ ohne Unterscheidung zwischen Konvektions- und Strahlungsheizung (siehe Abb.).

  

• Bemerkenswert ist auch ein Schweizer „Kostenvergleich verschiedener Heizsysteme“. Als Beispielhaus dient die 168 m²-Wohnfläche eines sehr gut wärmegedämmten Gebäudes. Gegenübergestellt wurden Ölheizung, Gasheizung, Wärmepumpe, Pellet-Heizung, E-Nachtstromheizung (bei durchschnittlich 16 Cent pro kWh für Nachtstrom im Sondervertrag) und zuletzt das Energie Plus Klimatisierungssystem des Verfassers der Vergleichsstudie, der GEN AG Klimatisierung. Nicht überraschend, dass deren System bei den verbrauchsgebundenen Kosten bei weitem am günstigsten und die E-Nachtstromheizung bei weitem am teuersten abschneidet, während es sich bei den Investitionskosten umgekehrt verhält. Die kapitalgebundenen jährlichen Kosten liegen bei Wärmepumpe und Pelletheizung höher als bei Energie Plus, die jährlichen Wartungskosten sind bei Öl und – an zweiter Stelle – bei Pellets am höchsten. Einschließlich Amortisation und Betrieb erweisen sich die Gesamtjahreskosten – kaum überraschend – bei Energie Plus deutlich am niedrigsten, bei E-Nacht am teuersten und Pelletheizung am zweitteuersten.

Positiv ist zu vermerken, dass nachdrücklich auf die sonst oft vernachlässigten Nebenkosten einer Heizanlage hingewiesen wird, wie z.B. „die Stromkosten, die ein Heizsystem benötigt, um überhaupt funktionstüchtig zu sein (Brenner, elektrischer Antrieb des Förderbandes bei Pelletheizungen, elektronische Steuerung usw.), oder Wartung, Reparatur, Kaminfeger u.v.m.“  Zudem werden auch die Verluste berücksichtigt, die bei modernen Ölheizungsanlagen mit Brennwerttechnik ca. 12 % ausmachen. Dazu kommen Abstrahlverluste durch die Rohrleitungen und die Zirkulationseinrichtung mit Pumpe, was auch für die Gas- und Pelletheizung zutrifft (Verteilungsverluste auch bei Wärmepumpe).  B l e i b t   n u r   z u   e r g ä n z e n ,   d a s s   a l l   d i e s e   N a c h t e i l e   b e i   d e r   H e i z l ö s u n g   m i t t e l s   I n f r a r o t - F l a c h h e i z p a n e e l e n   e n t f a l l e n .  Daraus ergeben sich zwei wesentliche Kritikpunkte an dem Schweizer Kostenvergleich:

(1) Es wurden die Gesamtkosten für die nächsten 10, 20 und 30 Jahre aufgrund einer angenommenen allgemeinen Energiekostensteigerung von 3,5% pro Jahr für alle untersuchten Heizsysteme hochgerechnet. Eine derartige Annahme für alle Energieträger in gleicher Weise, ob fossil oder erneuerbar, ist freilich fernab jeder Realität und eher als „Kaffeesudlesen“ zu qualifizieren, aus der Sicht von GEN AG aber verständlich: Bei einer als gleichmäßig angenommenen Kostensteigerung von Heizenergien welcher Art auch immer und für alle Heizsysteme ohne Unterschied würde die Energie Plus Technologie mit den Jahren vergleichsweise immer günstiger und ginge die Kostenschere gegenüber allen anderen Heizsystemen immer weiter auf, je länger in die Zukunft hochgerechnet wird. Dass diese Annahme einer  g l e i c h m ä ß i g e n  Kosten s t e i g e r u n g  etwa von Heizöl, Gas  u n d   S t r o m  (ohne Variante etwa auch für Eigenstromerzeugung) für die kommenden 30 Jahre besonders grotesk ist, zeigen die bisherigen Ausführungen (siehe die drei vorhergehenden Abschnitte „Fakten“, „Plädoyer“ und „Exkurs“).

(2) Als elektrisch betriebene Heizung berücksichtigt der Vergleich nur eine Nachtstromspeicher-Heizung bzw. „Direktheizung“. Mit anderen Worten: Es wurden nur Wärmekonvektionsheizungen mit dem Energie Plus System verglichen, unter Ausschluss von echten Wärmestrahlungsheizungen.

Immerhin wurde im Resumee auf Faktoren wie Umweltverträglichkeit hingewiesen (Seite 16):

„Selbst die Verwendung nachwachsender Brennstoffe wie Holz oder Biomasse bedingt immer einen Verbrennungsprozess und damit eine Russpartikel- u./o. CO2-Belastung. Dies belastet nicht nur die Umwelt, sondern auch unsere eigene Gesundheit. Die Verwendung 100% reiner Energiequellen, wie ein Mix aus solarer (Sonne) und geothermischer (Erde) Wärme, stehen heute für Wohlgefühl und individueller Wohnfreiheit. Wenn man dabei auch noch den Wegfall heizsystembezogener Baukomponenten wie z.B. dem Kamin, dem Tank- o. Lagerraum, dem Wegfall von Heizkörpern, usw. betrachtet, dann schafft man auch noch, ganz nebenbei, vergrößere Wohnnutzfläche.“

Das ist in der Tat ein passendes Schlusswort für unsere Expertise, denn praktisch all diese Anforderungen erfüllt eine Infrarot-Strahlungsheizung mittels Flachheizpaneelen, betrieben mit Strom aus erneuerbaren Energien, allerdings ohne die gewaltigen Investitionskosten bei Pelletheizung und Wärmepumpe oder (fast ein Vierfaches davon) bei der Energie Plus Technologie.

Praktische Hinweise, Begriffsabklärungen, unseriöse Werbeaussagen

• Zunächst zur Abklärung der Begriffe: Es gibt weder die „reine“ Konvektionsheizung, noch die „reine“ Strahlungsheizung. Jeder Wärmespender gibt sowohl warme Luft als auch Wärmestrahlung ab. Grob zwischen den beiden Beheizungssystemen unterscheidend sollte aber von „Konvektionsheizung“ nur dann gesprochen werden, wenn der durch Luftströmung über die Heizkörper oder Heizflächen in den Raum abgegebene Anteil der Energiemenge mehr als 50 % beträgt, und analog dazu von „Strahlungsheizung“, wenn der Anteil der durch Strahlung abgegebenen Energiemenge mehr als 50 % beträgt. So gesehen gibt es praktisch nur Mischformen, entscheidend dabei ist aber das Mischungsverhältnis. Abgesehen von der Bauform des Heizkörpers (wie bereits erwähnt: Kamineffekte etc.) sind auch die Oberflächentemperatur sowie die Oberflächengröße der freien Strahlfläche (somit nicht die Lamellenoberflächen!) entscheidend für das Mischungsverhältnis: je mehr Temperatur und Fläche, desto mehr überwiegt der Strahlungsanteil. Die klassische Strahlungsheizung beginnt erst bei einer Oberflächentemperatur von 80°C.
  
  
• Unterputz-Großflächenheizungen (Decken-, Wand- oder Fußbodenheizungen) wie auch Heizleisten mit deutlich weniger als 60°C Oberflächentemperatur verdienen nicht die Bezeichnung „Strahlungsheizungen“, weil sie in der Regel weniger als 50 % der zugeführten Energie in Form von Strahlung in den Raum abgeben. Dabei gilt: Je niedriger die Oberflächentemperatur der Strahlfläche, desto größer müsste diese sein.
  
  
• Heizleisten (Fußleistenheizungen), meist an den Innenseiten von Außenwänden verlegt, bauen einen dünnen Warmluftschleier auf, der sich langsam an den Wänden oder Glasflächen nach oben bewegt. Der Vorteil gegenüber konventionellen Konvektionsheizungen liegt darin, dass vornehmlich die Wände erwärmt werden und der Luftstrom langsamer ist.
  
  
• Ein IR-Heizungshersteller oder Vertreter, der für seine Infrarot-Heizung mit großer Speichermasse wirbt, müsste zugestehen, dass sein Strahler jeweils nach dem Einschalten vergleichsweise lange Zeit braucht, bis er sich wesentlich über die Umgebungstemperatur hinaus erwärmt hat, und dass er auch über die Umgebungstemperatur hinaus noch einige Zeit (jedenfalls bis zum Erreichen von etwa 60°C) nur als (eher schwache) Konvektionsheizung funktioniert.

Der Verfasser dieses Textes hat mit einem von ihm bevorzugten IR-Flachheiz-Modell einen Aufheiztest unternommen. Bereits nach einer Minute wurde gegenüber der Umgebungstemperatur von 18°C eine Oberflächentemperatur an der Strahlplatte von 27,5°C erreicht, und nach etwas mehr als vier weiteren Minuten wurde bereits die 60°C-Grenze überschritten.
In dem Forschungsbericht der Universität Kaiserslautern wird zusammengefasst (Seite 20):

„Die Vorteile als Infrarotstrahler gehen dann insgesamt bei der Nutzung solcher Strahler umso mehr verloren, je höher die Speichermasse ist. Viele solcher ‚Infrarotstrahler’ sind deshalb nur Konvektionsheizungen mit erhöhtem Strahlungsanteil.“

• Was ist von elektrischen Heizfolien zu halten, die nahe der Wand- (oder Boden-) Oberfläche eingebaut sind? Zunächst ein Aspekt betreffend das Verhältnis Konvektion zu Strahlung, wenn diese Folien, wie es im Forschungsbericht heißt,

„zwar gegenüber klassischen Flächenheizungen große Oberflächentemperaturen erreichen, aber die komplette Wand als rückwärtige Speichermasse haben. Insgesamt geben sie weniger als 50 % der zugeführten elektrischen Energie als Infrarotstrahlung ab. In der Regel entsteht bei bodennaher Montage zusätzlich durch großflächige Konvektion ein Luftschleier, ähnlich wie bei der Heizleiste.“

Weitere Nachteile der räumlichen Anordnung von Strahlungsheizungen in oder an der Decke, im Boden oder unter der Wandoberfläche können bei Claus Meier nachgelesen werden („Phänomen Strahlungsheizung“, siehe Literaturzitat unten, Seite 102ff).

Der zweite Aspekt, der bei elektrischen Heizfolien oder Heizschleifen im Boden oder in der Wand aufgrund entsprechender messtechnischer Erfahrungen des Verfassers fatale Auswirkungen hat, betrifft die beim Betrieb auftretenden hohen elektrischen und magnetischen Wechselfelder. Beispielsweise wurde an der Bodenoberfläche genau dort, wo an einem häufig benützten Wohnzimmertisch-Sitzplatz die Fußsohlen platziert sind, ein niederfrequentes Magnetfeld (zudem auch noch mit hohem Oberwellen-Anteil) von bis knapp unter zehntausend Nanotesla (10.000 nT bzw. 10 µT) gemessen. Der baubiologische Richtwert für Schlafplätze ist als „unauffällig“ mit < 20 nT, aber schon ab 500 nT mit der kritischen Bewertung „extrem auffällig“ eingestuft. Offenbar waren bei diesem Fallbeispiel unkompensierte Ein-Leiter-Schleifen verlegt.

• Elektrobiologisch am günstigsten sind Flachheizpaneele in Kassetten- oder „Sandwich“-Bauweise aus Metall und einem Steckdosenanschluss mit geschirmter Kabelleitung. Auf diese Weise sind die elektrischen Wechselfelder – mit oder ohne Heizbetrieb – komplett abgeschirmt („Faradayscher Käfig“), und die Magnetfeld-Immission (während des Heizbetriebs) zumindest auf die Heizplatte selbst beschränkt.
  
  
• Wo sollen Flachheizplatten angebracht werden? Hier einige allgemeine Hinweise: Als optimal gilt Bildhöhe oder unter Fenstern, sofern die Strahlrichtung auf mindestens zwei bis drei Metern frei von Einrichtungsgegenständen bleibt. Werden zwei Platten benötigt, empfehlen sich Wände, die in rechtem Winkel zu einander stehen. Ein direktes Gegenüber ist ungünstig (gegenseitige „Aufheizung“ statt Bestrahlung kühler Wände), so auch die frontale Bestrahlung von Fensterflächen. Zwar ist normales Fensterglas für IR-C-Strahlung undurchlässig (Glashaus-Effekt! deshalb sind bei Umstellung auf IR-Heizung teure Wärmeschutzverglasungen überflüssig), aber bei frontaler (nicht schräger) Direktbestrahlung ist die Strahlungsabsorption der Glasscheiben am höchsten und damit auch die (teilweise) Wärmetransmission nach außen, verbunden mit dementsprechendem Wärmeverlust.
  Bei Platzmangel an den Wänden und einer unausweichlichen Deckenmontage ist bei einer Raumhöhe von weniger als drei Metern von Modellen mit mehr als 450 Watt eher abzuraten, vor allem an Plätzen längerer aufrechter Aufenthalte.
  
  
• Manche Firmen werben mit einem Strahlungs-„Wirkungsgrad“ von weit über 90 Prozent. Das ist bei Dunkelstrahlern (IR-Strahler, dessen Strahlungsmaximum im Infrarot-C-Bereich liegt und daher keinen sichtbaren Lichtanteil abgibt) aus technischen Gründen gar nicht möglich. Sie könnten wohl nur den Emissionsgrad ε (auch: Strahlungsfaktor, Strahlungszahl) meinen, oder die Wandlung von aufgenommener elektrischer Energie in Wärmeenergie insgesamt (also Konvektions- und Strahlungsanteil gemeinsam), aber nicht den Strahlungsanteil alleine. So verspricht eine Salzburger Firma aus Kuchl, bar einfachster physikalischer Kenntnisse, in ihrem „Technischen Datenblatt“ sogar einen „Wirkungsgrad von etwa 200 %“, siehe den skurrilen Rechtschreibfehler-Text in Faksimile:

Zu solchen (mutmaßlichen) Kundenbetrügereien heißt es im Forschungsbericht unter der Überschrift „Kritische Anmerkungen zu Inhalten auf Internetseiten und Werbeaussagen in Herstellerprospekten“ (Seite 39) unter anderem:

„Durch falsche Anwendungen der strahlenphysikalischen Gleichungen wird vielfach behauptet, dass von Infrarotstrahlern mehr Strahlungsleistungen abgegeben als in Form elektrischer Leistung zugeführt wird. Der Infrarotstrahler wäre dann ein Perpetuum Mobile, d.h. es wäre ein Verstoß gegen den Energieerhaltungssatz der Physik. Solche Aussagen sind unsinnig bis unseriös.“

• Als Mindestgarantiezeit gelten zwei Jahre, viele bieten mehrere Jahre, etwa vier oder fünf für teurere Modelle. Allerdings wird es „inflationär“, wenn mit hohen Garantiezeiten (etwa zehn Jahre oder mehr) gelockt wird. Ein seriöser Hersteller meinte einmal dazu: „Mit Garantien wird gerne um sich geworfen! Und wenn es dann wirklich zum Schadensfall kommt, gibt es diese Firmen nicht mehr.“
  
  
• Bei fix integrierten elektronischen Einbauten („ALL-IN-ONE“) wie etwa programmierbaren Thermostaten und Steuerungen ist Vorsicht geboten. Abgesehen davon, dass Elektronik grundsätzlich heikel und u.U. stör- oder fehleranfällig ist, erzeugen Mikroprozessoren und elektronische Schaltnetzteile Oberwellen, insbesondere beim Ein- und Ausschalten. Hochfrequente Spannungstransienten, die dann an der elektrischen Leitung mitschwingen, sind die biologisch aktive Komponente der „schmutzigen Elektrizität“ („dirty electricity“) und sollten als kanzerogener Risikofaktor zumindest vom Schlafplatz ferngehalten werden. Als Thermostat empfiehlt sich daher ein separates Produkt, am einfachsten ein Steckthermostat empirisch einstellbar mit Kabel oder mit digitaler Temperatur- und Zeiteinstellung ohne Kabel. Die oben zitierte Salzburger Firma bietet zwar für das Paneel 6 Jahre Garantie, aber für die Mikroprozessorsteuerung nur 2 Jahre Garantie. Was ist, wenn nach etwas mehr als 2 Jahren der Garantiefall für einen Steuerungsdefekt eintritt (was nicht ganz unwahrscheinlich ist)? Dann muss dennoch das ganze Heizpaneel eingeschickt werden.
  
  
• Eine Salzburger Herstellerfirma unterfüttert ihre Argumente zugunsten ihrer IR-Heizpaneele mit der abenteuerlichen Behauptung, dass bereits „in wenigen Jahren Freie Energie zur Verfügung“ stehen werde. Gemeint ist „Freie Energie“ im Sinne der Parawissenschaften. Die serienmäßige Verfügbarmachung dieser „Freien Energie“ würde dann die bisher übliche Eigenstromerzeugung überflüssig machen, weil sie zum Betrieb der IR-Paneele unbegrenzt und kostenfrei verfügbar sein werde, wodurch die Unabhängigkeit von den Stromkonzernen ein für allemal erreicht wäre.
  Der Verfasser hat bei den Geschäftsführern nachgefragt, in welchem Zeitrahmen das wohl möglich sein werde, und bekam (2009) die Antwort, dass für die darauffolgenden „zwei bis drei Jahre“ damit zu rechnen sei. Sie selbst seien bei einigen Firmen, die an solchen „Systemen“ arbeiteten, vorstellig geworden und hätten sich überzeugen lassen, dass offenbar ein „Durchbruch“ bevorstehe.
  Es ist wohl nicht von der Hand zu weisen, dass eine derartige Versprechung als krasser Kundenbetrug zu werten und geeignet ist, der Seriosität ökologischer Heizlösungen auf solarer Basis empfindlichen Abbruch zu verleihen.
  
  
• WICHTIG („Last but not least“): Bei der Anschaffung von elektrischen Heizkörpern – welcher Art auch immer – ist ein konzessionierter Elektriker zu konsultieren: Sind die Elektroinstallationen des Wohnraums auf dem Stand der Technik? Ist der Stromkreis ausreichend geerdet (Schutzerdung)? Sind die vorhandenen Leiterquerschnitte und die elektrische Sicherung für den elektrischen Leistungszuwachs noch ausreichend belastbar?

Schlusswort

Ungeachtet merkantiler Interessen, aufgrund derer die wahren Sachverhalte über die eklatanten Vorteile quantenmechanischer Strahlungsheizung gegenüber thermodynamischer Raumluftbeheizung ignoriert, verschwiegen oder mittels Desinformation verhindert werden mögen, gibt es heutzutage ausreichend Möglichkeiten, sein Domizil mit einem angepassten Infrarot-Flachheizsystem aus- oder nachzurüsten. Diesbezüglich sei aber darauf hingewiesen, dass der Markt Produkte sehr unterschiedlicher Qualität und Seriosität zu bieten hat. Um dies zu illustrieren: Geräte aus Fernost – manchmal aus derselben Produktionsstätte, aber mit unterschiedlichen „No-name-Markennamen“ versehen –, die auf Baumärkten um Spottpreise angeboten werden, können bedeutende Sicherheitsmängel aufweisen, insbesondere betreffend das eingesetzte Heizelement. Dieses stellt gleichsam das Herzstück des Flachheizgerätes dar, daher ist Vorsicht geboten. Das renommierte Prädikat „Made in Germany“ etwa bedeutet nur, dass mindestens sechzig Prozent aus Deutschland stammen muss.
Ein Hersteller lobt seine „modernste Technologie entwickelt in Österreich“, produziert allerdings – unerwähnterweise – in China.

Wichtig zu beachten: Der Hersteller und Inverkehrbringer muss über eine gültige WEEE-Registrierung verfügen, was viele sich ersparen, weil sie mit Kosten verbunden ist. Die Produkte müssen der EU-Gefahrenstoff-Richtlinie für Elektro- und Elektronikgeräte bzw. deren Umsetzung in innerstaatliches Recht entsprechen. Die 2002/95/EG (RoHS1) wurde durch die Neufassung 2011/65/EU (RoHS 2) abgelöst, die am 3. Januar 2013 inkraft getreten ist.

Nachsatz

Damit sollten einige der wichtigsten praktischen Fragen behandelt sein. Weitergehend können anhand von 10 Bewertungs- und Entscheidungskriterien in Frage kommende Geräte kritisch abgecheckt werden:

„Infrarot-Flachheizungen - Vergleichstest verschiedener Markengeräte"
(für kritische Konsumenten/innen) [A4-Seite zum Download, pdf 42 KB]

Weitere Informationen auf der Internetseite: www.infrarot-heizung.oeko-treff.at

© Dipl.-Ing. Fritz Weber, Erstfassung Dezember 2013 mit Strom aus erneuerbaren Energieträgern,
ergänzt und aktualisiert 2014.

Diese Expertise wurde in gekürzter Form bzw. ihre Erstfassung veröffentlicht unter:
„Infrarotheizung: Gesundheitsverträglich und energieeffizient heizen mit Infrarot-Strahlung –
die optimale Heiztechnik der Zukunft“    

Quellenangabe: Eine Reihe von technischen Angaben und Erklärungen dieses Textes basieren auf den Ausführungen des hervorragenden wissenschaftlich-technischen Fachbuches von Claus Meier:
„Phänomen Strahlungsheizung. Ein humanes Heizsystem wird rehabilitiert.“
2. durchgesehene Auflage 2009, expert verlag.
Prof. Dr.-Ing. habil. Claus Meier, Architekt, Wissenschaftlicher Direktor a.D. der Stadt Nürnberg und Bausachverständiger, hat weitere kritische Fachbücher im selben Verlag verfasst wie:

„Mythos Bauphysik. Spiegelbild der Gesellschaft – Irrtümer, Fehldeutungen, Missbrauch, Wegweisungen“

„Richtig bauen. Bauphysik im Zwielicht – Probleme und Lösung“