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Elektrospeicherheizung

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Definition: eine Elektroheizung, die über einen Wärmespeicher verfügt und vorwiegend mit Niedertarifstrom betrieben werden kann

Englisch: electric thermal storage heating

Kategorien: elektrische Energie, Wärme und Kälte

Autor: Dr. Rüdiger Paschotta

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Ursprüngliche Erstellung: 23.11.2012; letzte Änderung: 27.08.2016

Lesen Sie auch unseren ausführlichen Ratgeber-Artikel:
"Hohe Heizkosten mit Elektroheizung – was nun?"

Eine Elektrospeicherheizung (auch elektrisches Speicherheizsystem) ist eine Art von Elektroheizung, bei der ein Wärmespeicher verwendet wird, um die elektrische Energie vorwiegend zu solchen Zeiten beziehen zu können, in denen ein Niedertarif gilt – beispielsweise nachts. Deswegen ist es auch der gleichbedeutende Begriff Nachtspeicherheizung gebräuchlich. In der Regel wird die Aufheizung vom Energieversorgungsunternehmen via Rundsteuerung zu den geeigneten Zeiten gestartet und beendet. (Die durch das EVU unterbrechbare Versorgung gehört oft zur Definition von Elektrospeicherheizungen.) Die Aufheizungen werden in der Regel beendet, wenn eine gewisse Temperatur des Speichers erreicht wird. Diese Endtemperatur sollte automatisch entsprechend der Witterung gesteuert werden.

Bauarten von Elektrospeicherheizungen

Zentrale Elektrospeicher

Manche Anlagen arbeiten mit einer Zentralheizungsanlage. Hier befindet sich der Elektrospeicher im Heizkeller (genauso wie sonst ein Heizkessel). Der Wärmespeicher wird z. B. mit Keramikmaterial realisiert, welches mit Heizstäben zu den Schwachlastzeiten (mit Niedertarifstrom) auf sehr hohe Temperaturen (hunderte von Grad Celsius) gebracht werden können (während ein Wasserspeicher auf unter 100 °C begrenzt wäre). Darum herum vermindert eine Wärmedämmung Verluste von Wärme in den Heizkeller. Die Entnahme der Wärme erfolgt wie bei einem Heizkessel über einen Wasserkreislauf mit einem Wärmeübertrager.

Die beheizten Räume verfügen über gewöhnliche Heizkörper oder eine Fußbodenheizung, und die Raumtemperatur wird über Thermostate geregelt.

Verteilungsverluste in den Heizwasserleitungen treten ähnlich wie bei anderen Zentralheizungen auf.

Dezentrale Elektrospeicheröfen

Häufig werden auch kleine Elektrospeicheröfen direkt in den einzelnen Räumen aufgestellt. Diese Öfen verfügen ebenfalls über einen Wärmespeicher z. B. aus Keramik, aber mit geringerer Wärmedämmung. Wenn diese Speicher über Nacht stark aufgeheizt wurden, geben die Öfen am Morgen oft bereits ohne zusätzliche Mittel genügend Heizwärme an den Raum ab – teils sogar zu viel, was sich dann nicht verhindert lässt. Wenn der Speicher zunehmend abkühlt, kann mit einem eingebauten Ventilator die Wärmeabgabe erhöht werden, um die Heizleistung aufrechterhalten und zu können; der Ventilator wird über einen Thermostaten gesteuert, um die Raumtemperatur etwa konstant zu halten.

Wer dezentrale Elektrospeicheröfen nutzt, müsste für die Abkehr von der im Betrieb teuren Elektroheizung meist erst eine Zentralheizungsanlage oder zumindest eine Etagenheizung einbauen lassen. Deswegen wird billig eingebaute die Elektrospeicherheizung am Ende häufig zur Kostenfalle.

Größere Speichermassen sind bei Elektro-Kachelöfen möglich – allerdings oft nicht mit geregelter Wärmeabgabe über einen Ventilator. Es gibt auch nachträglich auf Elektrobetrieb umgebaute Kachelöfen.

Der große Vorteil von dezentralen Elektrospeicheröfen ist, dass kein Zentralheizungssystem in das Gebäude eingebaut werden muss. Außerdem werden die Wärmeverluste in den Heizkeller und Verteilungsverluste, wie sie bei einem zentralen Elektrospeicher auftreten, vermieden. Die Nachteile sind aber, dass die Wärmeabgabe schlechter regelbar ist und dass das Speichervermögen oft zu gering ist, so dass zeitweise mit teurerem Tagstrom nachgeheizt werden muss und/oder die Raumtemperatur unangenehm schwankt. Hinzu kommt, dass die Ventilatoren Geräusche machen und Staub aufwirbeln können, und dass Staub am heißen Speicher verschwelt werden kann, was zu Geruchsbildung führt.

Manche alte Elektrospeicheröfen enthalten Asbest, welches durch den Ventilator in der Raumluft verteilt werden kann. Solche Öfen sind dringend außer Betrieb zu nehmen.

Fußbodenspeicherheizungen

Bei Fußboden-Nachtspeicherheizungen werden Heizdrähte, die meist in verschweißten Matten eingebaut sind, auf dem Estrich verlegt. Der Estrich und damit verbundene Strukturen (etwa eine Betondecke) dienen dann als Wärmespeicher. Über den Heizmatten wird eine gewisse Wärmedämmung aufgebracht, um zu verhindern, dass die Oberfläche des Bodens zu warm wird, vor der Speicher richtig aufgeladen ist.

Der Vorteil dieses Ansatzes ist das u. U. große Speichervermögen des Bodens. Der große Nachteil ist jedoch, dass die Wärmeabgabe nach der Aufheizung nicht mehr geregelt werden kann: Wenn beispielsweise am Mittag die Sonneneinstrahlung das Zimmer aufheizt, kann die dann unnötige Wärmeabgabe des Bodens nicht mehr unterbunden werden. Ansonsten gelten die typischen Vor- und Nachteile von Fußbodenheizungen.

Energieeffizienz, energiewirtschaftliche und ökologische Aspekte

Die Energieeffizienz von Elektrospeicherheizungen ist etwa dieselbe wie die anderer Widerstandsheizungen. Zwar wird die bezogene elektrische Energie vollständig in Heizwärme umgewandelt, aber dies bedeutet eine Umwandlung von einer hochwertigen Energieform (von reiner Exergie) in eine minderwertige. Dies führt indirekt zu einer niedrigen Energieeffizienz, da die hochwertige elektrische Energie größtenteils unter hohen Energieverlusten aus Wärme erzeugt werden muss.

Beim Betrieb von Elektrospeicherheizungen entsteht eine meist erhebliche Umweltbelastung durch die Emissionen der Kraftwerke, die die elektrische Energie erzeugen. Insbesondere entstehen hohe Kohlendioxid-Emissionen, die klimaschädlich sind. Dies wird im Artikel über Elektroheizungen ausführlicher erklärt.

Im Vergleich zu Elektro-Direktheizungen haben Elektrospeicherheizungen einen wesentlichen energiewirtschaftlichen Vorteil: Sie können zu solchen Tages- bzw. Nachtzeiten aufgeheizt werden, in denen die sonstige Belastung der Stromnetze geringer ist. Eine begrenzte Menge von Elektrospeicherheizungen in einem Stromnetz kann somit zu einer gleichmäßigeren Belastung des Netzes führen und gleichzeitig helfen, die Auslastung der Kraftwerke zu optimieren, wobei Grundlastkraftwerke besonders stark zum Einsatz kommen. Diese Vorteile rechtfertigen zum Teil die vergünstigten Stromtarife (siehe unten).

Der energiewirtschaftliche Vorteil der nächtlichen Aufladungen von Elektrospeicherheizungen wird oft überschätzt. Selbst wenn nur wenige Prozent der Wohnungen elektrisch geheizt werden, ist in kalten Winterwochen das “Nachtstromtal” schnell mehr als aufgefüllt.

Die Netzlast lässt sich allerdings nur sehr begrenzt steuern – sie kann bestenfalls innerhalb von 24 Stunden optimal verteilt werden, aber nicht über längere Zeiträume. Engpässe im Stromnetz treten (in Mitteleuropa) am ehesten in kalten Winterwochen auf. Genau dann benötigen die Elektrospeicherheizungen (wie auch andere Elektroheizungen) am meisten Energie. Vielerorts reicht die Nachtzeit keineswegs für die Aufheizungen aus; selbst wenn alle Elektrospeicher ein genügend großes Speichervermögen hätten, würde die Netz- und Kraftwerkskapazität nicht ausreichen, um alle Speicher nachts aufzuladen. Deswegen erfolgt ein Teil der Aufladungen am Tag, und die Spitzenlast (Höchstlast) wird maßgeblich von den Elektrospeicherheizungen mitbestimmt. Die Vorstellung, man nutze damit nur sonst brachliegende Kraftwerkskapazitäten, stimmt also nur, solange nur wenige Speicherheizungen betrieben werden.

Es zeigt sich also, dass der energiewirtschaftliche Vorteil der Elektrowärme sehr begrenzt ist und sich bei einem starken Ausbau von Elektrospeicherheizungen sogar in einen Nachteil verwandelt. In hohem Maß ist dies beispielsweise in Frankreich der Fall: Dort ist der Strombedarf der Heizungen in kalten Winterwochen so hoch, dass auch die vielen Kernkraftwerke nicht ausreichen, um diesen zu decken. Frankreich ist dann auf Stromimporte z. B. aus deutschen Kohle- und Gaskraftwerken angewiesen – mit entsprechend hohen CO2-Emissionen und Kosten.

Seit der Liberalisierung des Strommarkts steigen die Kosten für Heizstrom besonders stark, da die Quersubventionierung auf Kosten der Kleinverbraucher für die EVUs nicht mehr so leicht möglich ist – die Kleinverbraucher können ja den Versorger wechseln.

Aus den genannten Gründen ist die Bevorzugung von Elektrospeicherheizungen mit stark reduzierten Nachtstromtarifen energiewirtschaftlich kaum zu rechtfertigen. In der Tat entstanden solche Tarife auch vorwiegend als ein Mittel zur Ausweitung des Stromabsatzes (absatzfördernde Tarifgestaltung). Im Zuge der allmählichen Liberalisierung des Strommarkts und auch wegen einer steuerlichen Änderung in Deutschland (1999) hat diese Bevorzugung im Umfang auch abgenommen.

Heizkosten

Die jährlichen Heizkosten ergeben sich im Wesentlichen aus dem Produkt der jährlich benötigten Wärmemenge (in Kilowattstunden) und dem Kilowattstunden-Preis nach dem jeweiligen Stromtarif. Hinzu kommen zwar noch verbrauchsunabhängige Grundgebühren und sehr geringe Wartungskosten, aber die Stromkosten sind der ausschlaggebende Anteil.

Unser Ratgeber-Artikel "Hohe Heizkosten mit Elektroheizung – was nun?" zeigt Ihnen detailliert die Möglichkeiten, die Ihnen zur Problemlösung zur Verfügung stehen.

Die benötigte Energiemenge hängt im Wesentlichen von der Größe und Qualität des Hauses ab. So kann ein gut wärmegedämmtes Einfamilienhaus mit 15 000 kWh pro Jahr auskommen, während ein ungedämmtes Haus gleicher Größe durchaus auch 50 000 kWh oder mehr verbrauchen kann. Die Energieverluste des Elektrospeichers sind für grobe Abschätzungen normalerweise vernachlässigbar und liegen in einer ähnlichen Größenordnung wie die anderer Heizungssysteme. Insgesamt kann davon ausgegangen werden, dass die verbrauchte Anzahl von Kilowattstunden Wärme recht ähnlich zu der z. B. mit einer Gasheizung ist.

Bei einem normalen Haushaltsstromtarif würde die Kilowattstunde in Deutschland rund 25 Cent kosten. Für eine Elektrospeicherheizung mag man auch Tarife für rund 15 ct/kWh finden (allerdings wohl nicht bei Ökostrom und oft nur bei Lockangeboten mit hohem Rabatt im ersten Jahr). Dann würden beispielsweise für das sparsame Einfamilienhaus mit 15 000 kWh jährlich ca. 2250 € Heizkosten anfallen (ohne Grundpreis und Wartung), für das ungedämmte dagegen eher 7500 €. Mit Erdgas dagegen für z. B. 7 ct/kWh ergäben sich für die beiden Häuser gut 1000 € bzw. 3500 €.

In der Schweiz sind bisher erheblich billigere Tarife für Nachtspeicherheizungen verfügbar, aber auch hier ergeben sich hohe Mehrkosten gegenüber anderen gängigen Heizsystemen, und der Preisunterschied zu Deutschland dürfte längerfristig abnehmen.

Die massiven Mehrkosten der Elektrospeicherheizung sind zum Teil eine direkte Folge der schlechten Energieeffizienz. Hinzu kommt aber auch, dass insbesondere in Deutschland hohe staatlich festgelegte Abgaben die Strompreise erhöhen (wesentlich mehr aus z. B. die Preise für Erdgas). Da Elektroheizungen auch energiewirtschaftlich unerwünscht sind, gibt es auch keinen Grund für den Staat, gerade hier für eine Entlastung zu sorgen.

Nutzung von Strom aus erneuerbaren Energien?

Elektroheizungen werden mit Ökostrom zwar erheblich umweltfreundlicher, aber dennoch nicht zu einer sinnvollen Lösung. Wegen der Kosten werden sie in aller Regel auch nicht mit Ökostrom betrieben. Ihr Strombedarf wird vorwiegend mit Kohle- und Gaskraftwerken gedeckt, auch wenn zunehmend etwas Windstrom dazu kommt.

Gelegentlich wird behauptet, Elektroheizungen und insbesondere Elektrospeicherheizungen könnten umweltfreundlich mit Strom aus erneuerbaren Energien betrieben werden. Diese Vorstellung hält einer näheren Betrachtung jedoch kaum stand. Das Grundproblem ist, dass Elektroheizungen ganz vorwiegend im Winter Strom benötigen, kaum im Sommer. Sie verursachen also einen jahreszeitlich stark schwankenden Strombedarf. Am schlechtesten passt diese zeitliche Verbrauchsstruktur zur Photovoltaik, die immer dann viel Strom liefert, wenn Heizungen eher wenig Strom benötigen (selbst im Winter wegen der passiven Solargewinne der Gebäude). Etwas besser sieht es aus für die Windenergie, die tendenziell im Winter mehr bietet. Aber auch hier bleibt das Problem, dass der Wind tagelang schwach sein kann und die Elektroheizungen dann nur mit konventionellen Kraftwerken betrieben werden können.

Auf dem Papier kann zwar durch Bezug von Ökostrom ein Betrieb von Elektroheizungen allein mit erneuerbaren Energien arrangiert werden. Dies erfolgt allerdings meistens schon wegen der ohnehin hohen Stromkosten nicht. Selbst wenn Mehrkosten akzeptiert werden, ändert dies wenig daran, dass die für die Versorgung von Elektroheizungen nötigen Kraftwerkskapazitäten vor allem konventioneller Natur sind. Selbst wenn im Winter vorwiegend Strom aus Wasser-Speicherkraftwerken für Heizungen verwendet wird, bedeutet dies, dass für den anderen Strombedarf mehr Kapazität von konventionellen Kraftwerken benötigt wird.

Könnte man Elektroheizungen nicht mit Überschussstrom aus Windenergie betreiben?

Ein weiterer Gedanke wäre die Nutzung von Überschussstrom, der z. B. an besonders windigen Wochenendtagen als Windenergie anfällt. Solche Überschüsse dürften bei weiterem Ausbau der erneuerbaren Energien in Deutschland zukünftig vermehrt auftreten. Im Prinzip wäre deren Anwendung für Heizzwecke mangels Alternativen relativ sinnvoll; dieser Ansatz wird als Power to Heat bezeichnet. Jedoch bleibt das Dilemma, dass eine Elektroheizung, wenn sie wie üblich monovalent betrieben wird, auch dann Strom benötigt, wenn keine Überschüsse vorhanden sind. Also kann nur zu einem geringen Teil Überschuss-Strom eingesetzt werden, und ansonsten besteht ein hoher Bedarf an konventioneller Kraftwerkskapazität. Lediglich kann der Strombezug von Elektroheizungen im Falle von Überschüssen via Rundsteuertechnik um einige Stunden vorgezogen werden.

Energiewirtschaftlich hilfreich wären allenfalls Elektrospeicher, die nur im Falle von Stromüberschüssen aufgeladen würden. Diese müssten dann Teile von bivalenten Anlagen sein, d. h. sie wären z. B. mit Heizkesseln kombiniert, die einen Großteil des Jahresbedarfs decken. Solche bivalenten Anlagen scheitern jedoch meist an den höheren Installationskosten.

Ersatz von Nachtspeicherheizungen

Wegen der erheblichen ökologischen und energiewirtschaftlichen Nachteile von Elektrospeicherheizungen wäre es wünschenswert, solche Nachtspeicherheizungen durch Ersatz mit anderen Technologien zurückzudrängen – vor allen in solchen Gegenden, wo sie stark verbreitet sind. Hierfür gibt es unterschiedliche technische Optionen:

Der Staat kann das Zurückdrängen von Nachtspeicherheizungen beschleunigen, indem er Verbote erlässt (siehe unten), finanzielle Hilfen für Umrüstungen gibt und auf die Gestaltung der Stromtarife Einfluss nimmt. Er könnte z. B. Nachlässe beim Netznutzungsentgelt, die sachlich ohnehin völlig ungerechtfertigt sind, verbieten.

Verbot von Nachtspeicherheizungen

Die deutsche Energieeinsparungsverordnung (EnEV) sah seit 2009 vor, dass Nachtspeicherheizungen ab 2020 verboten werden sollen, allerdings mit sehr umfangreichen Ausnahmen:

Ein echtes Verbot von Nachtspeicherheizungen ist in Deutschland nicht in Sicht, da umfangreiche Ausnahmen das formelle Verbot ab 2020 weitgehend unwirksam machten und dann selbst diese Regel noch abgeschafft wurde.

Im Frühjahr 2013 wurde sogar dieses sehr eingeschränkte Verbot noch aufgehoben. Als Grund wurde angeführt, man brauche Energiespeicher zur Verwertung von Stromüberschüssen aus erneuerbarer Energie. Dieses Argument ist allerdings, wie oben ausgeführt, nicht stichhaltig.

Literatur

[1]Blog-Artikel: Elektroheizungen als Energiespeicher für die Energiewende?

(Zusätzliche Literatur vorschlagen)

Siehe auch: Elektroheizung, Fußbodenheizung, Stromtarif, Heizstrom, unterbrechbare Verbrauchseinrichtung, Wärmespeicher, Energiespeicher, Power to Heat
sowie andere Artikel in den Kategorien elektrische Energie, Wärme und Kälte

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