Infrarotheizung vs. Wärmepumpen
Was ist der Unterschied zwischen easyTherm® und einer Wärmepumpe?
Haben Sie sich schon mal gefragt, was eine Infrarotheizungen von einer Wärmepumpe unterscheidet? Um diesen Unterschied zu verstehen, muss man eine Übersicht der Funktionsweise einer Wärmepumpenanlage haben, sowie ihre Vor- und Nachteile kennen. Wir geben Ihnen alle Informationen, die Sie brauchen, um die Unterschiede und die Vorteile einer easyTherm® Infrarotheizung gegenüber einer Wärmepumpenheizung besser zu verstehen.
Wie funktioniert eine Wärmepumpe?
Wärmepumpen sind komplexe Geräte zur Nutzung von Umweltwärme. Sie arbeiten ähnlich wie ein Kühlschrank oder eine Klimaanlage, allerdings in umgekehrter Richtung. Durch den Einsatz eines speziellen Kältemittels und den Prozess der Verdichtung (Kompression) und Ausdehnung (Expansion) transportieren sie Wärme von der Umgebung in einen Innenraum. Die Wärmequelle einer Wärmepumpe kann die Luft, das Wasser oder die Erde sein, die bereits gespeicherte Energie enthält. Mithilfe eines thermodynamischen Verdichtungs- und Entspannungsprozesses wird diese Energie auf ein höheres Temperaturniveau gebracht. Allerdings ist für diesen Prozess eine zusätzliche Menge an elektrischer Energie erforderlich, um eine ausreichende Wärmemenge zu erzeugen. Die erzeugte Wärme wird über ein Wärmeabgabesystem transportiert und abgegeben. Idealerweise erfolgt die Wärmeabgabe im Raum über eine Fußbodenheizung, jedoch ist dies nicht immer praktisch umsetzbar. In solchen Fällen können spezielle Niedertemperatur-Heizkörper verwendet werden. Diese weisen allerdings eine geringere Effizienz auf.
Eine Wärmepumpe nimmt also die Wärme aus der Umwelt. Welche Wärmequelle verwendet wird, hängt von den herrschenden Gegebenheiten und Möglichkeiten ab. Je nach verwendeter Wärmequelle sind unterschiedliche Anlagen zu unterscheiden:
Luftwärmepumpen
Luftwärmepumpen können die Außenluft als Wärmequelle benutzen und diese steht in unbeschränkter Menge zur Verfügung. Dabei muss beachtet werden, dass tiefere Außentemperaturen einen wesentlich höheren elektrischen Energiebedarf für die Pumpe erfordern und daher den Wirkungsgrad deutlich senken. Daher sind Luftwärmepumpen die am wenigsten effizienten Wärmepumpen. Zudem können niedrige Temperaturen in Verbindung mit einer normalen Luftfeuchtigkeit zur Vereisung des Verdampfers beitragen. Hier ist eine automatische Abtauung erforderlich. Bei einer Luftwärmepumpe ist auch die Lautstärke der entstehenden Betriebsgeräusche von Nachteil.
Erdwärmepumpen
Erdwärmepumpen nutzen, sowie der Name es impliziert, die gespeicherte Wärme unter der Erdoberfläche als Wärmequelle. Anders als bei Luftwärmepumpen, welche die Außenluft als Wärmequelle nutzen, bestehen hier keine Nachteile durch geringere Temperatur der Außenluft. In Tiefenbereichen zwischen 10 und 20m liegt die sogenannte neutrale Zone; hier gibt es fast keine jahreszeitlichen Temperaturschwankungen. Ab diesem Bereich nimmt die Temperatur mit steigender Tiefe weiter zu, die Erdwärmepumpe kann somit effizienter als eine Luftwärmepumpe arbeiten.
Zur Wärmegewinnung werden in der Regel Erdwärmesonden (EWS)-Anlagen eingesetzt. Dabei ist es aber zu beachten, dass EWS- Anlagen speziell bewilligungspflichtig sind und sehr hohe Kosten durch Bohrarbeiten entstehen, die von zertifizierten Bohrunternehmungen ausgeführt sein müssen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin einen Erdreich-Flächenkollektor für die Wärmegewinnung aus der Erde zu benutzen. Diese benötigen aber, eine angemessen große Grundstücksfläche für das Rohrsystem, das die Erdwärme aufnimmt (ungefähr 2-3-mal so viel wie die zu beheizenden Wohnfläche). Ein weiterer Nachteil ist die Tatsache, dass der Boden auskühlt, es durch Vereisung am Kollektor zu schlechten Wirkungsgraden führen kann und das Pflanzenwachstum beeinträchtigt werden kann.
Grundwasser-Wärmepumpen
Grundwasser kann ebenso als Wärmequelle für Wärmepumpen verwendet werden. Die Temperaturen des Grundwassers bleiben zumeist unabhängig von den Jahreszeiten relativ hoch und konstant, welche dieses zu einer verlässlichen Wärmequelle für Wärmepumpen macht. In der Regel sind Grundwasser-Wärmepumpen ähnlich effizient wie Erdwärmepumpen und deutlich effizienter als Luftwärmepumpen. Jedoch muss die zur Verfügung stehende Wassermenge, sowie Wasserqualität zuvor durch eine Wasseranalyse ermittelt werden. Zur Wärmegewinnung werden ein Saugbrunnen und ein Schluckbrunnen errichtet und es bedarf spezieller behördlicher Genehmigung.
Vor- und Nachteile einer Wärmepumpe
Wärmepumpen bieten mehrere Vorteile: Sie sind umweltfreundlicher als Heizungen, die mit fossilen Brennstoffen betrieben werden weil sie durch elektrische Energie aus nachhaltigen Quellen betrieben werden können. Trotz höherer Anschaffungskosten sind Wärmepumpen wirtschaftlicher als Ölheizungen, Gasheizungen oder Pelletheizungen.
Allerdings gibt es auch einige Nachteile: Die Errichtung einer Wärmepumpe erfordert hohe Kosten und großen Aufwand. Bohrungen zur Erschließung von Erd- oder Wasserwärmequellen sind genehmigungspflichtig. Zudem können Wärmepumpen, die die Außenluft als Wärmequelle nutzen, störende Geräusche verursachen. Der tatsächliche Energieverbrauch weicht in der Praxis oft von der theoretischen Auslegung ab. An kalten Tagen ist die Effizienz von Luftwärmepumpen deutlich geringer, hier wird in der Regel mit einem elektrischen Heizstab nachgeholfen. In jüngster Zeit zeigt sich, dass einige der verwendeten Kältemittel um ein Vielfaches klimaschädlicher als CO2 sind. Auch die Herstellung von Wärmepumpen hat aufgrund der dafür notwendigen Materialien eine schlechte CO2-Bilanz. In der Zukunft wird der Handwerkermangel ein Problem darstellen: gut geschultes Personal ist nämlich erforderlich, um sie zu richtig zu installieren, effizient einzustellen und zu regelmäßig zu warten.
Vorteile
Wärmepumpen sind umweltfreundlicher als Heizungen, die mit fossilen Brennstoffen betrieben werden.
Sie können durch elektrische Energie aus nachhaltigen Energiequellen betrieben werden.
Trotz relativ hohen Anschaffungskosten sind Wärmepumpen ökonomischer als Heizungen mit Öl oder Gas.
Nachteile
Hohe Kosten und hoher Aufwand bei der Errichtung
Genehmigungspflicht bei Bohrungen (Wärmequelle: Erde/ Wasser)
Störende Geräusche (Wärmequelle: Außenluft)
Großer Unterschied im Energieverbrauch zwischen Auslegung und Betrieb
Niedrige Effizienz an kalten Tagen (Wärmequelle: Außenluft)
Verwendete Kältemittel um ein Vielfaches klimaschädlicher als CO2
Schlechte CO2-Bilanz bei der Herstellung
Geschultes und erfahrenes Personal notwendig
Wärmepumpen in der Praxis
Eine Studie des Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP hat über ganz Deutschland verteilte Modellprojekte einzeln im Rahmen eines wissenschaftlichen Programms begleitet. Bei fast allen Wärmepumpen-Anlagen zeigten sich große Verbesserungspotenziale sowohl in den ersten beiden Betriebsjahren als auch nach dem Ende der Studie. Einige Systeme mussten sogar schon im ersten Jahr zur Gänze ersetzt werden. Es erfolgten zudem laufende Nachjustierungen bei den Betriebsparametern, beispielsweise bei den Vorlauftemperaturen.
Wenige Wärmepumpen sind im realen Betrieb effizient
Nur sehr wenige Anlagen erreichten im realen Betrieb die Vorgaben des Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz. Wasserwärmepumpen lagen mit einer mittleren Jahresarbeitszahl (JAZ) von nur 1,5 besonders schlecht. Die mittleren Werte der Erdwärmepumpe waren zwar besser, erreichten aber auch nur eine JAZ von 2,5. Zur Einordnung: Sowohl für Erdwärmepumpen als auch für Wasserwärmepumpen sieht das Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz eine JAZ von mindestens 3,8 vor. Luftwärmepumpen erreichten im Mittel eine JAZ von 2,2 und lagen damit ebenfalls unter der gesetzlich geforderten JAZ von 3,3 für Luftwärmepumpen mit Trinkwarmwasser.
Mehr Informationen finden Sie in unserem News-Beitrag Studie: Wärmepumpe in Praxis weit weniger effizient
Die Effizienz der Wärmepumpe ist abhängig von dem Temperaturniveau der Wärmequelle: Je niedriger die Temperatur der Wärmequelle, desto überproportional geringer die Effizienz der Wärmepumpe.
Wärmepumpen und die Umwelt
Eine Untersuchung von Markus Fleißgarten, einem erfahrenen Architekten und Wärmeschutzexperten, hat die Graue Energie von Luft/Wasser-Wärmepumpen- und Infrarotheizsystemen verglichen und dabei erstaunliche Ergebnisse zutage gebracht. Die Graue Energie bezieht sich dabei auf die Gesamtenergie, die für die Herstellung bis zur Entsorgung eines Produkts benötigt wird.
Wärmepumpe ist 55x umweltschädlicher als eine easyTherm® Infrarotheizung
Die Studie ergab eine erhebliche Diskrepanz zugunsten von Infrarotheizungen mit einem Verhältnis von 34:1 in Bezug auf das Erderwärmungspotenzial gegenüber Luft/Wasser-Wärmepumpen-Systemen. Bei einer easyTherm® Infrarotheizung ist der Unterschied noch deutlicher: Durch die CO2-neutrale Herstellung ist hier das Verhältnis sogar 55:1, das heißt, dass eine Wärmepumpe ein 55x höheres Erderwärmungspotential aufweist als eine easyTherm® Infrarotheizung. Die Hauptursache für diese erhebliche Differenz liegt im Kältemittel der Wärmepumpen, das als äußerst klimaschädlich gilt. Im Gegensatz dazu sind Infrarotheizungen einfach aufgebaut und erfordern nur die Montage von Infrarotpaneelen sowie den Anschluss an die Steckdose oder einen Deckenauslass.
Die Studie verwendete als Grundlage ein Einfamilienhaus mit 150 Quadratmetern Nutzfläche, das den Anforderungen eines KfW Effizienzhaus 55 entsprach. Für beide Heizsysteme wurde von einer thermischen Leistung von 12.000 Watt ausgegangen, die erforderlich ist, um das Haus effizient zu beheizen. Die Graue Energie wurde über einen Lebenszyklus von 40 Jahren berechnet, wobei festgestellt wurde, dass Luft/Wasser-Wärmepumpen-Systeme im Vergleich zu Infrarotheizungen erheblich mehr Treibhausgasemissionen verursachen. Die Studie hebt hervor, dass das Kältemittel der Hauptverursacher für die hohen CO2-Äquivalente bei Wärmepumpen ist und dass die praktische Jahresarbeitszahl durch hohe Wärmeverluste im Hydrauliksystem der Wärmepumpe erheblich beeinträchtigt werden kann.
Insgesamt zeigt die Untersuchung, dass Infrarotheizungen im Vergleich zu Luft/Wasser-Wärmepumpen-Systemen deutlich umweltfreundlicher sind, da sie aus weniger Komponenten bestehen, keinen zentralen Wärmeerzeuger, kein Betriebsmittel und kein Wärmeverteilsystem benötigen und kaum Energieverluste haben.
Dies stellt eine wichtige Überlegung bei der Wahl eines Heizsystems dar, insbesondere angesichts der zunehmenden Bedeutung der Reduzierung von CO2-Emissionen im Baubereich.
Wärmepumpe im Vergleich zur Infrarotheizung
Bei der Entscheidung für die richtige Heizung spielen sowohl die Effizienz als auch die Komplexität der Systeme eine entscheidende Rolle. Die Infrarotheizung und die Wärmepumpe sind zwei beliebte Optionen, wenn es um zukunftsfähige und nachhaltige, elektrische Heizungssystem geht. Doch unterscheiden sich diese beiden in Bezug auf die Bauteilanzahl und Einfachheit stark.
Vorzüge einer easyTherm® Infrarotheizung
- Reduzierte Bauteilanzahl: Die Infrarotheizung zeichnet sich durch ihre einfache Bauweise aus. Im Vergleich zur Wärmepumpe gibt es hier weniger komplexe Komponenten. Eine typische Infrarotheizung besteht aus einem Heizelement und einem Reflektor. Diese minimalistische Struktur reduziert die Reparaturanfälligkeit und erleichtert die Wartung erheblich.
- Kein Bedarf an Kühlmitteln oder Kompressoren: Im Gegensatz zur Wärmepumpe, die auf Kühlmitteln und Kompressoren basiert, verwendet die Infrarotheizung keine flüssigen Substanzen oder mechanischen Teile, die Verschleiß oder Leckagen verursachen könnten. Dies bedeutet eine geringere Ausfallwahrscheinlichkeit und somit auch niedrigere Wartungskosten.
- Sofortige und gezielte Wärmeabgabe: Infrarotheizungen erzeugen Wärme durch Infrarotstrahlung, ähnlich der Sonne. Dies ermöglicht eine schnelle und gezielte Erwärmung von bestimmten Bereichen, ohne lange Aufheizzeiten. Die Heizung reagiert sofort auf Bedarfsschwankungen und ermöglicht somit eine energiesparende Nutzung.
- Einfache Installation: Aufgrund der geringen Bauteilanzahl und des fehlenden Bedarfs an komplexen Verrohrungen oder Installationen, ist die Montage einer Infrarotheizung vergleichsweise einfach und kostengünstig. Sie kann an Wänden oder Decken montiert werden und benötigt nur eine Stromquelle.
Nachteile der Wärmepumpe:
- Hohe Bauteilanzahl: Wärmepumpen bestehen aus zahlreichen Komponenten, darunter Kompressoren, Verdampfer, Kondensatoren und ein umfangreiches Rohrsystem. Die Vielzahl der Bauteile erhöht das Risiko potenzieller Störungen und steigert den Wartungsaufwand, was sich in höheren Instandhaltungskosten niederschlagen kann.
- Abhängigkeit von Kühlmitteln: Wärmepumpen arbeiten mit speziellen Kältemitteln, die zum Erzielen der gewünschten Wärmeübertragung benötigt werden. Diese Kühlmittel sind umwelttechnisch relevant und müssen sorgfältig gehandhabt werden, um potenzielle Auswirkungen auf die Ozonschicht und den Treibhauseffekt zu minimieren.
- Komplexe Technologie: Die komplexe Struktur der Wärmepumpe erfordert eine sachkundige Installation und regelmäßige Wartung durch Fachleute. Dadurch entstehen zusätzliche Kosten und ein gewisser Zeitaufwand.
- Verzögerte Wärmeabgabe: Wärmepumpen benötigen mehr Zeit, um die gewünschte Raumtemperatur zu erreichen, da sie nicht sofort wie Infrarotheizungen reagieren. Dies kann in einigen Fällen zu einem ineffizienten Energieverbrauch führen.
Die Infrarotheizung überzeugt mit ihrer deutlich geringeren Bauteilanzahl und ihrer einfachen, wartungsfreundlichen Technologie im Vergleich zur Wärmepumpe. Die einfache Installation, gezielte Wärmeabgabe und reduzierten Betriebskosten machen die Infrarotheizung zu einer attraktiven Option für alle, die eine effiziente und unkomplizierte Heizlösung suchen. Während die Wärmepumpe gewiss ihre eigenen Vorteile bietet, sollten potenzielle Käufer die höhere Komplexität und damit verbundene Kosten bei der Entscheidung berücksichtigen. Letztendlich hängt die beste Wahl von den individuellen Bedürfnissen und Prioritäten des Nutzers ab.
| 1 | Außeneinheit der Wärmepumpe |
| 2 | Vibrationsdämpfer-Bodensockel |
| 3 | Betonfundament für Wärmepumpen-Außeneinheit |
| 4 | 7,5 kg Kältemittel R410A |
| 5 | Inneneinheit der Wärmepumpe |
| 6a | 20 m Kältemittelleitung 3/8 Zoll |
| 6b | 20 m Kältemittelleitung 5/8 Zoll |
| 6c | Hauseinführung |
| 6d | Spiralschläuche für Kältemittelleitung außen |
| 7 | Membran-Ausdehnungsgefäß |
| 8a | Trinkwarmwasserspeicher |
| 8b | Pufferspeicher |
| 9 | Heizkreisverteiler |
| 10 | WLAN-Gerät zur Heizgerät-Fernüberwachung |
| 11a | Verteilschränke |
| 11b | 48 x Anschlussverschraubung, 48 x Umlenkbogen |
| 12 | 150 m² Noppenbahn aus Polysterol-Regranulat |
| 13 | 2.100 m Fußbodenheizungsrohr |
| 14a | 36 m Verrohrung Durchmesser 28 mm |
| 14b | 36 m Isolierschlauch |
| 15 | 10 x Raumthermostate 20 x Stellmotoren 8 x Hähne 4 x Schnellentlüfter 4 x Thermometer Manometer Kesselsicherheitsgruppe mit Isolierung Eck-Überströmventil Anlegethermostat Sicherheitstemperaturbegrenzer weitere Kleinteile, Befestigungen, Dichtungen, Formteile |
| 16 | 10 x Infrarotpaneel |
| 17 | 10 x Thermostat |
| 18 | 10 x Empfänger |
| 19 | Durchlauferhitzer für Bad und Küche |
Kombination Wärmepumpe mit Infrarotheizung
Monovalente und Bivalente Betriebsweise
Bei den Betriebsweisen einer Wärmepumpe ist zwischen Monovalenz und Bivalenz zu unterscheiden. In einer monovalenten Betriebsweise ist die Wärmepumpe der alleinige Heizwärmeerzeuger, dagegen schaltet sich bei einer bivalenten Betriebsweise der zweite Wärmeerzeuger bei niedrigeren Temperaturen hinzu.
Um die Effizienz der Wärmepumpe zu erhalten, muss die Temperaturdifferenz zwischen Wärmequelle und Heizwärme so niedrig wie möglich gehalten werden. Deswegen ist die Heizsystemtemperatur bei einer Luftwärmepumpe aufgrund der zeitweisen tiefen Außentemperaturen eingeschränkt. Hier ist der Einsatz einer bivalenten Betriebsweise empfehlenswert, wobei der Einsatz zusätzlicher Wärmequelle im Gebäudeinneren einen höheren Nutzen bietet als eine zusätzliche Heizpatrone zu Erhitzung des Wassers für das Wärmeabgabesystem. Infrarotheizungen tragen besonders gut dazu an kühlen Tagen den dann hohen Verbrauch der Wärmepumpe zu reduzieren, um eine behagliche Wärme zu erhalten.
Ihre Vorteile der easyTherm® Lösung
- Als allerwichtigsten Vorteil genießen Sie die erhöhte Behaglichkeit einer Strahlungsheizung gegenüber der Lufterwärmung einer Zentralheizung. Wie bei einem Kachelofen wird es kuschelig warm!
- Keine Betriebskosten für Service und Wartung. Ein Leben lang sorgenfrei Heizen mit easyTherm®.
- Keine bewegten Teile, daher kein Verschleiß und auch keine Störgeräusche.
- Wesentlich geringere Anschaffungskosten.
- Daher auch geringere Gesamtkosten (in denen die Anschaffung sowie Betrieb und Verbrauch bewertet werden).
- Rasche Steuer- und Regelbarkeit, da wenig Massen erwärmt werden.
Zusammenfassung
Eine Wärmepumpe ist ökonomischer und ökologischer als Heizungssysteme die Öl oder Gas benötigen. Es handelt sich um eine Maschine, die die gespeicherte Wärme in der Luft, Wasser oder Erde als Wärmequelle benutzt, um verwendbare Wärme zur Verfügung zu stellen. Durch die Kompression und Expansion eines Kältemittels wird Wärme vom Außenraum in einen Innenraum transportiert. Welche Wärmequelle verwendet wird, hängt von den herrschenden Gegebenheiten ab. Dabei ist zu beachten, dass nicht alle Wärmequellen in allen Fällen für die Wärmepumpe verwendet werden können.
Daran zeigt sich auch schon der größte Nachteil einer Wärmepumpe: Ein Wärmepumpen-system hat in den meisten Fällen hohe Kosten und hohen Aufwand bei der Errichtung. Handelt es sich um eine Luftwärmepumpe ist der größte Nachteil neben den Schallemissionen, dass die Heiztemperatur aufgrund der tiefen Außentemperaturen eingeschränkt ist. In diesem Fall tragen Infrarotheizungen bei einer bivalenten Betriebsweise der Wärmepumpe besonders gut dazu bei, eine behagliche Wärme zu erhalten.
Die easyTherm® Lösung hat keine Betriebskosten für Service und Wartung, keinen Verschleiß und keine nervigen Störgeräusche. Ein breites Anwendungsspektrum lässt sich exakt an die Bedürfnisse der Kunden anpassen und garantiert individuelle und maßgeschneiderte Lösungen. Ein Extra bekommen easyTherm® Kunden durch die Erweiterungsmöglichkeiten mit vollwertigem LED-Beleuchtung und flächenbündigem Einbau.
Quellenangabe
- Bundesamt für Energie (Hg.) 2018, Wärmepumpen: Planung, Optimierung, Betrieb, Wartung, 5. Auflage, Faktor Verlag, Zürich. ISBN: 978-3-905711-41-7
- DIN Deutsches Institut für Normung e.V. (Hg.) 2016, Handbuch Wärmepumpen: Planung und Projektierung, 4. Auflage, Beute Verlag, Berlin|Wien|Zürich. ISBN 978-3-410-31008-2
- Koenigsdorff, R. 2011, Oberflächennahe Geothermie für Gebäude: Grundlagen und Anwendungen zukunftsfähiger Heizung und Kühlung, Fraunhofer IRB Verlag, Stuttgart. ISBN 978-3-8167-8271-1
- Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP (Hg.) 2017, Energieeffizienz elektrisch angetriebener Wärmepumpen- Praxisergebnisse aus dem Monitoring, Stuttgart|Holzkirchen.
- Timo Leukefeld GmbH 2023, Vergleich eines Luft-Wasser-Wärmepumpen-Systems mit einem Infrarot-System, Freiberg.
- www.recknagel-online.de, Ökologischer Rucksack: Infrarotheizung schlägt Luft/Wasser- Wärmepumpen-System bei Grauer Energie um ein Vielfaches, September 2023.
- www.bau-doc.de, Ökologischer Rucksack, Oktober 2023.
- www.haustec.de, Infrarotheizung versus Luft-Wasser-Wärmepumpe: Was verbraucht mehr Graue Energie?, Oktober 2023.
- photovoltaik.eu, IR-Wärme vereinfacht Technik, Oktober 2023.
- Journal Architektur und Planung, Ausgabe 01/2024, Ökologischer Rucksack
