Einsparen fossiler Brennstoffe Wie Infrarotheizungen den Umstieg auf Wärmepumpen beschleunigen

Beim Wechsel zur Wärmepumpe können Hausbesitzer zunächst einmal auf eine Infrarotheizung zurückgreifen, um dann später anstelle der alten wasserführenden Heizung eine Wärmepumpe mit kleinerer Leistung einzubauen und diese zusammen mit dem Infrarotheizsystem zu betreiben. Bei dieser Vorgehensweise, die laut der kürzlich veröffentlichten Studie „Potenzialbewertung von Infrarotheizungen als Spitzenlastabdeckung“ der TU Dresden technisch machbar ist, reduzieren Hausbesitzer zunächst die Systemtemperatur (Vorlauftemperatur) der bestehenden Gasheizung und decken so nur noch die Grundlast im Wohnhaus. Höheren Wärmbedarf, die sogenannten Spitzenlasten, können sie mit schnell reagierenden Infrarotheizungen decken. Dadurch sinkt der Verbrauch von fossilen Brennstoffen, während es im Haus gleichbleibend warm bleibt, ohne dass Sanierungsmaßnahmen wie neue Heizkörper, Fenster oder Dämmung der Außenwände nötig sind.

Die Ergebnisse der Studie stellte Prof. habil. Joachim Seifert, Bereichsleiter Gebäudeenergietechnik am Institut für Energietechnik an der TU Dresden, auf der Konferenz „Die Infrarotheizung im Wohnungsbau“ am 11. Mai 2023 in Würzburg erstmals vor. „Wärmepumpensysteme in Kombination mit elektrischen Infrarotheizungen stellen eine technologische Option für den Altbaubereich dar“, sagt Seifert. „Die Erfüllung der Heizaufgabe und der thermischen Behaglichkeit kann mit dieser Systemkombination gewährleistet werden.“

Infrarotheizung und Wärmepumpe kombiniert

In der vom Branchenverband IG Infrarot beauftragten Studie wurde untersucht, ob sich ein vorhandenes wasserführendes Heizsystem mit hohen Vorlauftemperaturen durch die Kombination mit einer Infrarotheizung für den Betrieb mit einer Wärmepumpe mit niedrigen Temperaturen ertüchtigen lässt. Um den Gebäudebestand in Deutschland repräsentativ abzubilden, wählten die Wissenschaftler ein Einfamilienhaus mit 160 m² beheizter Nutzfläche und einem Wärmedämmstandard nach Wärmeschutzverordnung 95. Die Norm-Heizlast liegt bei 9,2 kW, die spezifische Heizlast beträgt 57,2 W/m². Simuliert wurde mit der gekoppelten Gebäude- und Anlagesimulation TRNSYS-TUD.

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

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

IR-Heizung kompensiert Leistungsdefizit

Im nächsten Schritt ersetzten die Forscher den Niedertemperaturkessel durch eine Luft-Wasser-Wärmepumpe. An der Dimensionierung des Wärmeübergabesystems sowie am Dämmstandard nahmen sie keine Änderungen vor. Auf dieser Basis wurden anschließend die Varianten verglichen und der benötigte Endenergiebedarf ermittelt.

Voraussetzung zu jeder Zeit war, dass Kriterien für die thermische Behaglichkeit während der Nutzungszeiten eingehalten werden. Mit den gewählten Parametern deckte die Infrarotheizung den Nutzenergieaufwand anteilig in einem Bereich von 26 bis 38 Prozent.

„Die Ergebnisse zeigen, dass das entstehende Leistungsdefizit durch die Infrarotheizung kompensiert werden kann“, schreiben die Wissenschaftler der TU Dresden im Fazit der Studie. Insgesamt zeige die Untersuchung, „dass durch die Ergänzung eines wasserbasierten Heizsystems mit einer Infrarotheizung ein vorhandenes, für höhere Temperaturen ausgelegtes Heizsystem ohne Austausch der Heizflächen mit niedrigen Systemtemperaturen verwendet werden kann und sich somit gut für eine Kombination mit einer Wärmepumpe eignet. Die Analysen haben gezeigt, dass im Vergleich zur Basisvariante die Endenergie um bis zu 62 Prozent durch diesen kombinierten Einsatz reduziert werden kann.“

Zwar könne die Deckung der Spitzenlasten bei abgesenkter Grundtemperatur mit unterschiedlichen Systemen erfolgen. „Die Infrarotheizung eignet sich durch die kurzen Reaktionszeiten hierfür jedoch besonders gut“, heißt es in der Studie.

Einsparung für Photovoltaikanlage nutzen

„Da Infrarotheizungen kostengünstig, verfügbar und in wenigen Stunden installiert sind, kann die beschriebene Vorgehensweise kurzfristig und mit niedrigen Investitionskosten von Hausbesitzern umgesetzt werden“, sagt Lars-Henric Voß, erster Vorsitzender von IG Infrarot Deutschland. Die Studie zeige, dass auf eine sogenannte tiefe Sanierung der Gebäudehülle und Veränderung des wasserführenden Wärmeübergabesystems verzichtet werden kann. Dies führe zu wesentlich niedrigeren Investitionskosten und somit zu einer geringeren finanziellen Belastung der Hausbesitzer und auch volkswirtschaftlich zu einer Entlastung, da keine Förderung nötig sei.

Dirk Bornhorst, Vorstand von IG Infrarot, ergänzt: „Das Geld, das so eingespart wird, kann sinnvoll für eine größere Photovoltaikanlage genutzt werden, um noch mehr klimaschonenden Solarstrom zu erzeugen – und das nicht nur für die Raumwärme, sondern auch für den Nutzerstrom, das warme Wasser und E-Mobilität.“