Direkt-elektrisches Heizen mit Strom

Elektrische Heizsysteme wandeln elektrische Energie in thermische Energie um und gliedern sich in direkt-elektrische Systeme sowie thermodynamische Wärmepumpensysteme. 

Wir geben Ihnen in diesem Beitrag einen Überblick über die verschiedenen Möglichkeiten, mit Strom zu heizen, und erklären die Vorteile der jeweiligen Systeme.

Wie funktioniert das direkt-elektrische Heizen mit Strom?

Direkt-elektrische Heizsysteme nutzen das Prinzip der elektrothermischen Wandlung. Im Zentrum des Systems steht ein elektrischer Heizleiter, der als ohmscher Widerstand fungiert. Beim Durchfließen von elektrischem Strom entsteht durch Verlustleistung thermische Energie. Diese Wärme wird anschließend über unterschiedliche Mechanismen – wie Konvektion über Heizkörperstrukturen oder Wärmestrahlung bei Flächenheizungen – an die Raumluft abgegeben.

Sämtliche direkt-elektrische Heizsysteme weisen einen physikalischen Wirkungsgrad von maximal 100 % bezogen auf die eingesetzte elektrische Energie auf. Das bedeutet, dass aus einer Kilowattstunde elektrischer Arbeit genau eine Kilowattstunde thermische Energie erzeugt wird. Systemtechnisch unterscheiden sich direkt-elektrische Systeme damit von thermodynamischen Wärmepumpensystemen, welche unter Nutzbarmachung von Umgebungswärme ein höheres Verhältnis von erzeugter Nutzwärme zu eingesetzter elektrischer Arbeit erreichen.

Welche direkt-elektrischen Heizsysteme gibt es?

Es gibt unterschiedliche Möglichkeiten, mit Strom zu heizen. Diese Systeme unterscheiden sich im Aufbau, in der Heizleistung und der Energieeffizienz sowie in den Anschaffungs- und Betriebskosten. Zudem geben die unterschiedlichen elektrischen Heizsysteme die Wärme entweder direkt oder zeitversetzt an die Raumluft ab.

Heizlüfter und Konvektoren

Heizlüfter und Konvektoren gehören zu den direkt-elektrischen Systemen zur temporären Raumtemperierung. Beide Geräteklassen nutzen einen ohmschen Heizleiter, wobei Konvektoren häufig als ortsfeste, festverdrahtete Wandgeräte ausgeführt sind, während Heizlüfter als mobile Steckdosen-Geräte konzipiert sind und die Wärme zusätzlich über ein integriertes Gebläse verteilen.

• Betriebsverhalten: Die thermische Energiebereitstellung erfolgt zeitlich unmittelbar nach dem Einschalten des elektrischen Stroms.

• Einsatzbereich: Aufgrund ihrer kompakten Bauform und der punktuellen Wärmeabgabe über die Raumluft werden diese Systeme primär zur kurzfristigen Aufheizung einzelner Zonen oder temporär genutzter Bereiche verwendet.

• Energetische Einordnung: Bedingt durch den physikalischen Wirkungsgrad von maximal 100 % bei direkt-elektrischen Systemen führt ein kontinuierlicher Betrieb zu einem hohen spezifischen Energiebedarf im Vergleich zu flächendeckenden Heizsystemen oder Wärmepumpenanlagen.

Infrarotheizungen

Infrarotheizungen arbeiten auf Basis elektromagnetischer Strahlung im Infrarotbereich. Im Gegensatz zu konvektiven Systemen erfolgt die Wärmeübertragung primär direkt auf umschließende Oberflächen, Bauteile und im Raum befindliche Körper, ohne die Raumluft direkt zu erhitzen. Die Raumluft erwärmt sich in der Folge sekundär durch den konvektiven Wärmeübergang an diesen temperierten Oberflächen.

• Physikalisches Wirkprinzip und Behaglichkeit: Die empfundene thermische Behaglichkeit wird durch die operative Raumtemperatur bestimmt, welche sich aus einer Kombination von Lufttemperatur und mittlerer Strahlungstemperatur der Umfassungsflächen zusammensetzt. Durch höhere Oberflächentemperaturen kann eine adäquate Behaglichkeit bei niedrigeren Lufttemperaturen erreicht werden, da der Strahlungsaustausch zwischen dem menschlichen Körper und den Wandflächen optimiert wird.

• Bauformen und Integration: Infrarotsysteme sind in verschiedenen Ausführungen verfügbar, darunter mobile oder stationäre Wand- und Deckenpaneele, Flächenheizungen sowie integrierte Elemente in Raummöbeln oder als mobile Strahler.

• Einsatzbereiche: Die Systeme werden sowohl zur punktuellen und ergänzenden Raumtemperierung in bestimmten Zonen als auch zur vollständigen Beheizung von Gebäuden mit entsprechenden energetischen Standards eingesetzt.

Elektrospeicherheizungen

Elektrospeicherheizungen nutzen die elektrothermische Wandlung mittels integrierter Heizleiter, führen die thermische Energie jedoch anstelle einer sofortigen Abgabe einem integrierten massiven Wärmespeicher zu. Die Wärmeabgabe erfolgt zeitversetzt, typischerweise über gesteuerte Gebläsekonvektion oder natürliche Wärmeabgabe an den Raum.

• Historischer Kontext und Betriebsmodell: Die Konzeption dieser Systeme basierte auf der Auslastung von Großkraftwerken in Schwachlastphasen (Nachtstunden), welche durch spezielle Niedrigtarife wirtschaftlich begünstigt wurde. Im Zuge moderner Netzzusammenhänge und variabler, marktgetriebener Stromtarife ist der Einsatz pauschaler Nachtstromtarife rückläufig, weshalb Neuinstallationen unüblich geworden sind.

• Energetische Einordnung: Speicherheizungen weisen – bedingt durch den rein elektrischen Betrieb und die Zwischenspeicherung – einen hohen spezifischen Strombedarf auf.

Elektrische Fußbodenheizungen

Elektrische Fußbodenheizungen arbeiten auf Basis flächig verlegter Widerstandsleiter. Die Installation erfolgt durch das Auslegen vorgefertigter Heizmatten oder -leiter direkt unter dem Fußbodenbelag (beispielsweise im Estrich oder in einer Ausgleichsmasse).

• Wärmeübertragung: Im Gegensatz zu konvektiven Systemen erfolgt die Wärmeabgabe primär über die großflächige Erwärmung des Bodenbelags. Dies erzeugt eine Kombination aus Wärmestrahlung und geringem konvektiven Anteil an die Raumluft.

• Systemeigenschaften: Durch die direkte Integration in die Fußbodenkonstruktion bieten sie eine gleichmäßige vertikale Temperaturverteilung im Raum. Der Betrieb erfordert eine präzise Steuerung (z. B. über Raum- und Bodenfühler), um den elektrischen Energieeinsatz bedarfsgerecht zu regeln.

Technische Merkmale und Systemvorteile direkt-elektrischer Heizsysteme

Direkt-elektrische Heizsysteme weisen spezifische technische und betriebliche Eigenschaften auf, die sich aus dem Verzicht auf fossile Brennstoffe und zentrale hydraulische Verteilnetze ergeben:

• Lokale Emissionsfreiheit: Da keine Verbrennungsprozesse direkt am Gebäude stattfinden, arbeiten die Systeme am Installationsort emissionsfrei. Die Gesamtklimabilanz ist dabei an die Bereitstellung elektrischer Energie aus erneuerbaren Quellen gekoppelt.

• Dezentrale Flexibilität und Installationsaufwand: Durch den Entfall von Rohrleitungsnetzen, zentralen Kesseln oder Abgasanlagen ist eine raumweise oder nachträgliche Integration mit geringem baulichen Aufwand umsetzbar. Dies prädestiniert die Systeme für den selektiven Einsatz als Ergänzung zu bestehenden Infrastrukturen.

• Reduzierter Instandhaltungsaufwand: Der Betrieb ohne Verbrennungskammmern, Brennerkomponenten oder mechanische Verschleißteile im hydraulischen Kreis führt zu einem im Vergleich zu Feuerungsanlagen minimierten regelmäßigen Wartungsbedarf.

Strombedarf und Stromherkunft beim direkt-elektrischen Heizen

Der elektrische Energiebedarf direkt-elektrischer Heizsysteme wird maßgeblich durch den Systemtyp, die Nutzungsart sowie den energetischen Standard des Gebäudes bestimmt.

• Spezifischer Energiebedarf: Da direkt-elektrische Systeme (wie Infrarot- oder Flächenheizungen) thermische Energie ausschließlich durch elektrischen Widerstand erzeugen, weisen sie bei einer Nutzung als Primärheizung einen hohen spezifischen Netzstrombedarf auf.

• Ökologische Bilanz und Strommix: Die ökologische Bewertung des Heizbetriebs ist direkt an die Zusammensetzung des bezogenen Strommixes gekoppelt. Der Anteil fossiler Energieträger an der öffentlichen Stromversorgung bestimmt dabei die indirekten Emissionen, sofern keine vollständige Einspeisung aus erneuerbaren Energien vorliegt.

• Eigenstromnutzung und Sektorenkopplung: Die Kopplung elektrischer Heizungssysteme oder Wärmepumpenanlagen mit einer lokalen Photovoltaikanlage ermöglicht die direkte Verwertung solarer Überschüsse. Durch den Eigenverbrauch von selbst erzeugtem Solarstrom lässt sich der externe Netzstrombezug reduzieren.
   

Welche technischen Voraussetzungen sind beim direkt-elektrischen Heizen zu beachten?

Der Installationsaufwand und die erforderlichen netzseitigen Voraussetzungen für den Betrieb direkt-elektrischer Heizsysteme hängen vom gewählten Systemtyp sowie von der Art der Einbindung (Einzelraumergänzung versus Vollbeheizung) ab.

• Mobile Steckdosen-Geräte: Mobile Einheiten wie Heizlüfter oder Stand-Infrarotpaneele erfordern keine bauliche Installation, da sie über Standard-Steckdosen angeschlossen werden. Dennoch ist die elektrische Belastbarkeit der Bestandsinstallation zu berücksichtigen: Ältere Stromkreise sind häufig nicht für die dauerhaft hohe Strombelastung mehrerer paralleler Direktheizgeräte ausgelegt, weshalb eine netzseitige Überlastung vermieden werden muss.

• Festverdrahtete Systeme: Anlagen, die direkt an das Hausstromnetz angeschlossen werden, erfordern eine Überprüfung und gegebenenfalls Ertüchtigung der elektrischen Infrastruktur durch einen qualifizierten Fachbetrieb. Dies umfasst die Auslegung der Zuleitungen, die Einrichtung separater Stromkreise sowie die Absicherung der Netzlastkapazität.

• Bauliche Integration (Flächenheizungen): Die Installation elektrischer Fußboden- und Wandheizungen bedingt bauliche Eingriffe in den Boden- oder Wandaufbau, wie das Einbetten von Heizmatten in den Estrich oder spezielle Ausgleichsmassen.