Lexikon > Buchstabe E > Elektrowärme

Elektrowärme

Wenn Wärme direkt aus elektrischer Energie erzeugt wird, spricht man von Elektrowärme.

Technischer Hintergrund

Vielfach wird Elektrowärme erzeugt, indem man einen elektrischen Strom durch einen Leiter mit elektrischem Widerstand fließen lässt. Dieses Prinzip der Widerstandsheizung kommt z. B. in Elektroheizstäben zum Einsatz, auch bei elektrischen Durchlauferhitzern, Heizelementen von Kaffeemaschinen, elektrischen Heizstrahlern und Elektrodenheizkesseln. Auch Anlagen für eine induktive Beheizung (z. B. industrielle Induktionsöfen und Induktionskochfelder) arbeiten nach diesem Prinzip, nur dass die Energieübertragung kontaktlos durch ein oszillierendes Magnetfeld erfolgt. Beim elektrischen Schweißen und in Lichtbogenöfen liegt ebenfalls eine Widerstandsheizung vor, wobei der widerstandsbehaftete Leiter ein Plasma (ionisiertes Gas) ist. Eine weitere Variante ist der Elektrodenkessel, bei dem elektrischer Strom direkt durch Wasser fließt.

In anderen Fällen wird die elektrische Energie zunächst in eine andere Energieform umgewandelt, aus der dann Wärme entsteht. Dies gilt beispielsweise für Mikrowellenöfen, wo zunächst Mikrowellenstrahlung erzeugt wird, die dann z. B. von Nahrungsmitteln absorbiert und so in Wärme umgewandelt wird. Ein weiteres Beispiel sind Infrarotstrahler, bei denen die Energie als Infrarotlicht (Wärmestrahlung) übertragen wird.

Wärme kann auch mit einer Elektrowärmepumpe erzeugt werden. Hier stammt dann allerdings meist der größte Teil der erzeugten Wärme aus einer anderen Wärmequelle, weswegen man meist nicht mehr von Elektrowärme spricht.

Vorteile von Elektrowärme

Die Erzeugung von Elektrowärme hat diverse Vorteile, die je nach Einsatzzweck mehr oder weniger zur Geltung kommen:

• Elektrowärme lässt sich räumlich und zeitlich sehr gezielt einsetzen: Sie kann z. B. mit einem kleinen Heizelement gezielt dort eingebracht werden, wo sie benötigt wird, und lässt sich problemlos ein- und ausschalten oder auch in der Leistung regeln.
• Elektrowärme ermöglicht sehr hohe Temperaturen – oft begrenzt nur durch die Beständigkeit der eingesetzten Materialien.
• Es ist oft möglich, selbst bei sehr hohen Temperaturen, die Wärme annähernd verlustfrei zur Anwendung zu bringen.
• Die für die Elektrowärmeerzeugung benötigte Technik ist in einem sehr weiten Bereich von Leistungen meist sehr kostengünstig realisierbar.

Energieeffizienz

Bei der Bewertung der Energieeffizienz von Elektrowärme sind diverse Aspekte zu berücksichtigen:

• Der Wirkungsgrad der Energieumwandlung ist 100 %, unabhängig von der Temperatur, und weil Elektroheizelemente sehr kompakt sein können und keine Abgasleitung benötigen, über die Abgasverluste entstehen könnten, geht oft wenig oder nichts von der erzeugten Wärme unmittelbar verloren.
• Andererseits ist elektrische Energie eine hochwertige Energieform, deren Erzeugung oft ein Mehrfaches z. B. an Wärme erfordert – siehe den Artikel über Wärmekraftwerke.
• Es muss jeweils erwogen werden, welche Alternativen ggf. zur Verfügung stehen.

Für manche Anwendungen eignet sich Elektrowärme hervorragend, ohne dass ihre Nachteile wichtig sind:

• Kleine Mengen von heißem Wasser können damit relativ gezielt und effizient erzeugt werden, etwa für die Verwendung in einer Kaffeemaschine; hierfür gibt es kaum eine attraktive Alternative.

• Ein kleiner elektrischer Infrarotheizstrahler kann in einem Badezimmer die Grundbeheizung gezielt jeweils in einigen Minuten ergänzen. Der Energieaufwand für die gleiche Behaglichkeit wäre viel höher, wenn das Badezimmer rund um die Uhr stärker beheizt werden müsste. Ähnlich kann ein elektrischer Fußwärmer an einem Büroarbeitsplatz das Frieren mit viel weniger Energieaufwand verhindern, als es eine stärkere Raumbeheizung erfordern würde.

In anderen Fällen werden die Vorteile der Elektrowärme kaum ausgenutzt, während die Nachteile stark zum Tragen kommen. Insbesondere gilt dies für die meisten Elektroheizungen, die als Grundbeheizung eines Gebäudes oder einer Wohnung eingesetzt werden. Hier wird nämlich die Möglichkeit der räumlich und zeitlich gezielten Wärmezufuhr gar nicht genutzt, während sich der schlechte Wirkungsgrad der Stromerzeugung sehr nachteilig auswirkt, nämlich zu einem hohen Aufwand an Primärenergie führt.

Weniger schwerwiegend ist der geringe Wirkungsgrad der Stromerzeugung, wenn es sich um eine nur selten benötigte Notheizung handelt. Eine solche wird oft Frostschutzzwecke verwendet; so kann ein kleiner Elektroheizkörper mit Thermostat das Einfrieren von Leitungen in einem sonst nicht beheizen WC-Raum verhindern. Allerdings ist zu beachten, dass solche Heizkörper immer an den kältesten Tagen Strom beziehen, wo die Belastung der Kraftwerke und Stromnetze ohnehin schon am größten ist; sie machen also entsprechend größere Leistungsreserven notwendig.

Wenn Elektrowärme gezielt nur aus Stromüberschüssen erzeugt wird, z. B. an Tagen mit hoher Windenergieerzeugung und niedrigem Bedarf, spricht man von Power to Heat. Da es für die Verwertung solcher Überschüsse kaum andere Möglichkeiten gibt, ist eine niedrige Energieeffizienz eher zu tolerieren.

Kaum Alternativen zur Elektrowärme gibt es oft auch, wenn Prozesswärme bei sehr hohen Temperaturen benötigt wird, etwa für Schmelzöfen.

Sicherheitsaspekte

Elektrowärme gilt oft als sicherer im Vergleich mit der Wärmeerzeugung durch Verbrennungsanlagen. Da keine Flammen entstehen und keine Öffnungen für Luftzufuhr und Abgasabfuhr benötigt werden, wird die Gefahr eines Übergreifens von Flammen vermieden. Allerdings gibt es auch spezifische Gefahren der Elektrowärme:

• Wenn die Wärmeabfuhr stark verringert wird, führt die unveränderte Erzeugung von Elektrowärme zu sehr hohen Temperaturen, die z. B. zum Verschwelen oder zur Selbstentzündung von Materialien (bei Erreichen ihrer Zündtemperatur) führen kann. Deswegen muss z. B. ein Elektroheizkörper, der im Betrieb von Stoffen (Kleidung, Vorhängen etc.) zu sehr bedeckt wird, unbedingt über eine automatische Abschaltung bei Überhitzung verfügen. Wenn diese nicht vorhanden ist oder auch im Ernstfall versagt, können schwere Unfälle resultieren.
• Wenn alte Stromleitungen in einem Haus durch Elektroheizkörper andauernd stark belastet werden, kann dies bei schlechten Kontakten z. B. in Verteilerdosen zur Entstehung von Bränden führen. (Die meisten anderen elektrischen Verbraucher in einem Haushalt sind diesbezüglich viel weniger kritisch.)
• Bei Berührung defekter elektrischer Isolationen können Stromschläge entstehen.

Siehe auch: Wärme, Prozesswärme, elektrische Energie, Elektroheizung, Infrarotheizung, Elektroheizstab, Elektrodenkessel, Rohrbegleitheizung, Elektrowärmepumpe, Power to Heat