Infrarotheizungen benötigen weniger Endenergie als konventionelles Heizsystem

Mit Infrarotheizungen kann eine deutliche Endenergieeinsparung im Vergleich zu einem konventionellen Heizsystem erreicht werden. Dies ist das Ergebnis eines Forschungsprojektes des Fraunhofer-Instituts für Bauphysik IBP mit zwei identischen Einfamilienhäusern (Zwillingshäusern). Das Infrarotheizsystem verbrauchte 32 Prozent weniger Endenergie als die Gasbrennwertherme in dem baugleichen Referenzgebäude.

Die Studie mit dem Titel „Messtechnischer Vergleich des Heizenergieverbrauchs eines konventionell beheizten Einfamilienhauses mit einem Gebäude mit Infrarotheizung“ wurde im Auftrag des Branchenverbandes IG Infrarot Deutschland e. V. durchgeführt. Messzeitraum war vom 25. Januar bis 31. März 2024. Die Studie ist eine Realuntersuchung, die an die numerischen Analysen der Technischen Universität Dresden für den Branchenverband anknüpft. Vorrangiges Ziel der Studie des Fraunhofer IBP war es, den Energieverbrauch in dem Referenz- und dem Infrarot-Zwillingshaus bei identischem thermischem Nutzerkomfort zu erfassen und zu vergleichen. Auch Betrachtungen zu den verursachten CO₂-Emissionen sind enthalten.

Monitoring unter realen Bedingungen

Die Vergleichsmessungen wurden in zwei identischen typischen Einfamilienhäusern (Zwillingshäusern) des Fraunhofer IBP auf dem Versuchsgelände in Holzkirchen südlich von München durchgeführt. Die Gebäude wurden circa 1980 errichtet und erfüllen durch laufende Ertüchtigungen die wärmetechnischen Anforderungen an ein nach EnEV04 saniertes Gebäude.

Der Versuchsaufbau der Studie des Fraunhofer IBP ähnelt den Voraussetzungen der Studien der TU Dresden aus den Jahren 2023 und 2024, da es das Ziel der IG Infrarot Deutschland war, die Ergebnisse aus den numerischen Analysen nun unter realen Bedingungen erforschen zu lassen. Dementsprechend wurde das Nutzerprofil in den Zwillingshäusern auf dem Versuchsgelände des Instituts auf eine vierköpfige Familie mit zwei Erwachsenen und zwei Kindern zugeschnitten. Mit jeweils 140 Quadratmetern Nutzfläche ist auch die zu beheizende Fläche ähnlich. In beiden Einfamilienhäusern wurde eine identische realistische Nutzung nachgebildet. Ebenso wurde im Zuge der Vorbereitungen sichergestellt, dass die Voraussetzungen in den Zwillingshäusern identisch sind.

Versuchsaufbau in Zwillingshäusern

Für die Beheizung wurden in einem Zwillingshaus neun verschiedene Typen von Infrarotheizungen mit einer Leistung zwischen 210 und 670 Watt und einer summierten Gesamtleistung von 9,1 Kilowatt installiert. Das Referenzgebäude ist mit einer Gas-Brennwerttherme mit 11 Kilowatt Leistung sowie Flachheizkörpern in jedem beheizten Raum ausgestattet. Das Wohnzimmer hat zwei Heizkörper. Die Summe der Leistung aller Heizkörper beträgt 9,6 Kilowatt. Die Trinkwarmwasserbereitung mit dem dafür nötigen Energiebedarf war nicht Teil der Untersuchung.

Bei beiden Zwillingshäusern wurde in der Mitte aller Aufenthaltsräume ein sogenannter Komfortmessbaum zur Erfassung des thermischen Komforts platziert. In den Messungen ab dem 25. Januar 2024 wurde der tatsächlich angefallene Nutz- und Endenergieverbrauch im 1:1-Vergleich zwischen den Infrarotheizungen und dem konventionellen Heizsystem erfasst. Im Gegensatz zum gasbeheizten Referenzgebäude fallen bei den elektrischen Direktheizungen keine Erzeugungs- und Verteilverluste im Gebäude an. Die Untersuchungen ergaben, dass im Messzeitraum 25. Januar bis 31. März 2023 der Nutzenergieverbrauch – also die den Räumen zugeführte Heizwärme - mit 1.305 kWh beim Referenzhaus und 1.267 kWh beim Gebäude mit Infrarotheizung innerhalb der Messunsicherheit vergleichbar war.

Berücksichtigt man zusätzlich die Verluste bei der Wärmeerzeugung und Verteilung, so ergibt sich ein Endenergieverbrauch der Gasheizung im Referenzhaus von 1.876 Kilowattstunden. Der Endenergieverbrauch des mit Infrarotheizungen beheizten Gebäudes bleibt unverändert bei 1.267 Kilowattstunden. Somit verbrauchte das Gebäude mit Infrarotheizung 32 Prozent weniger Endenergie als die Gasbrennwertherme in dem Referenzgebäude.

„Die Ergebnisse bestätigen, was wir in der Praxis oft sehen, dass Infrarotheizungen weniger End-energie als konventionelle Heizsysteme benötigen“, sagt Dirk Bornhorst, zweiter Vorsitzender der IG Infrarot Deutschland, der das Forschungsprojekt im Auftrag der IG Infrarot Deutschland e.V. federführend betreut hat.

CO₂-Emissionen im Vergleich  

Die Wissenschaftler des Fraunhofer IBP haben auch die CO₂-Emissionen erfasst und miteinander verglichen (s. Seite 50 im Abschlussbericht). Die Gasheizung verursachte in dem Zeitraum 463 kg(CO₂eq.), die Infrarotheizungen 510 kg(CO₂eq.), was circa zehn Prozent mehr entspricht. Bei dieser Berechnung hat das Fraunhofer IBP die CO₂-Äquivalenzwerte aus der ÖKOBAUDAT (EN 15804 + A2 Strom für Gebäudebetrieb 2021) mit einem Wert von 0,402 kg(CO₂eq.) zugrunde gelegt.

Seither hat sich der deutsche Strommix allerdings verändert, 2023 war deutlich mehr regenerativer Strom im Netz. Laut vorläufiger Schätzung des Umweltbundesamtes lag der CO₂-Äquivalenzwert 2023 bei 0,380 kg(CO₂eq.) Mit diesem Wert gerechnet, hätten Infrarotheizungen in dem Untersuchungszeitraum nur 482 kg(CO₂eq.) verursacht, was 4 Prozent mehr im Vergleich zu dem Gasheizsystem entsprechen würde. (s. Seite 51, Bild 42 im Abschlussbericht des Fraunhofer IBP)  

Ausblick

Nach Information des Bundesverbandes des Schornsteinfegerhandwerks - Zentralinnungsverband (ZIV) von Juli 2024 waren im Jahr 2023 rund 8,2 Millionen Heizanlagen in Deutschland über 15 Jahre alt. „Das heißt, bei Millionen von installierten konventionellen Heizsystemen würde eine Endenergieeinsparung durch moderne, energieeffiziente und schnell reagierende Infrarotheizungen unter realen Bedingungen eintreten“, überträgt Lars Keussen, erster Vorsitzender der IG Infrarot Deutschland, das Untersuchungsergebnis auf die Praxis.

Die Mitglieder der IG Infrarot Deutschland sehen zahlreiche Faktoren, welche die Energiebilanz von Infrarotheizungen in den kommenden Jahren signifikant verändern werden, allen voran die eigene Solarstromerzeugung und -nutzung sowie der steigende Anteil von regenerativem Strom im deutschen Netz. Dadurch werden der externe Strombezug und die CO₂-Emissionen bei den elektrisch betriebenen Infrarotheizungen weiter sinken, während Öl- und Gasheizungen keine Veränderung beim CO₂-Ausstoß haben. Auch die Einbeziehung der Elektrifizierung der Trinkwassererwärmung in Studien werde einen positiven Effekt haben. Der Branchenverband plant, weitere Studien durchführen zu lassen, unter anderem zur Wirtschaftlichkeit von Infrarotheizungen.

Der Abschlussbericht des Fraunhofer IBP steht zum kostenfreien Download auf der Website der IG Infrarot Deutschland zur Verfügung: https://ig-infrarot.de/studie-igp/