Elektrokachelofen

Die elektrische Speicherheizung, auch Nachtspeicherheizung oder Niedertarif-Speicherheizung genannt, ist eine elektrisch betriebene Heizung, bei der ein Wärmespeicher in den sogenannten Schwachlastzeiten durch im Vergleich zum Normaltarif günstiger angebotenen elektrischen Strom der Stromversorger aufgeheizt wird. Dieser Tarif wird auch als Nachtstrom bezeichnet.

Dazu wird der elektrische Strom in den Schwachlastphasen in der Nacht und am Nachmittag genutzt. Um Niedertarifstrom zu nutzen, bedarf es spezieller Stromzähler mit zwei Zählwerken sowie einer Einrichtung zur Umschaltung auf Normal- oder Hochtarif (HT) und Niedertarif (NT), der durch den so genannten Rundsteuerempfänger erreicht wird. Die Stromversorger vollziehen die Umschaltung über Schaltuhren oder ferngesteuert mittels einer der Netzspannung aufmodulierten Frequenz bzw. über Langwellenfunk (Funkrundsteuertechnik).

Historie

Speicherheizungen wurden in den 1950er und 1960er Jahren als Alternative zu Kohle- und Ölöfen verstanden. Schon lange vor dem Aufkommen der Stromerzeugung durch Kernenergie war es seitens der Betreiber gewünscht, die Kraftwerke über den gesamten Tag möglichst gleichmäßig zu belasten, so dass man versucht hat, auch nachts eine Nachfrage zu schaffen. Großflächige Förderprogramme und subventionierte NT-Tarife förderten den Einsatz der Speicherheizungen im häuslichen Wohnbereich. Speicherheizungen brachten bei Einsatz einer elektronischen Steuerung neben günstigen Heizkosten einen Heizkomfort wie bei einer Öl- oder Gaszentralheizung. Zunehmendes Umweltbewusstsein, hier in Bezug auf den niedrigen Gesamtwirkungsgrad und die Umwelteinflüsse der immer noch überwiegend konventionellen Stromerzeugung und das über Jahrzehnte in Nachtspeicherheizungen verbaute gesundheitsschädliche Material Asbest begründen verstärkte Kritik an Elektrogebäudeheizungen und macht diese nur noch für Spezialanwendungen interessant. Nach der ersten Energiekrise 1973 stiegen die Energiekosten und die Subventionen der NT-Tarife relativierten sich, so dass Speicherheizungen gegenüber konventionellen Zentralheizungen überwiegend nicht mehr wirtschaftlich sind. Die Einführung der Stromsteuer führte zu einer zusätzlichen Belastung der Nachtspeicherheizung. Auch die Liberalisierung des Strommarktes mit der Aufteilung der vormals integrierten Unternehmen entzieht der Nachtspeicherheizung ihre Existenzgrundlage. Mittlerweile stehen Nachtstromtarife in Deutschland schon nicht mehr flächendeckend zur Verfügung. Für Österreich gilt dies jedoch nicht, dort sind auch Neuanmeldungen kein Problem (sowohl bei den Landesenergieversorgern als auch bei privaten Energieversorgern).

Umrüstung der Stromheizungen auf andere Heizsysteme

Die deutsche Bundesregierung hat im August 2007 im Hinblick auf den Primärenergieverbrauch und CO₂-Belastung die Umrüstung der Stromheizungen auf andere Heizsysteme für das Jahr 2020 beschlossen.

Speicherarten

Zimmerofen (Einzelspeichergerät)

Eine so genannte Nachtspeicherheizung ist ein thermisch isoliertes, elektrisch betriebenes Heizgerät, dessen Kern aus Magnesit als Wärmespeicher wirkt. Er wird in den Niedertarifzeiten aufgeheizt. Der Magnesitkern kann dabei Temperaturen von bis zu 650 °C erreichen.

Diese gespeicherte Wärme wird durch Konvektion an den umgebenden Raum abgegeben. Ein thermostatisch gesteuertes Gebläse, das die kühle Raumluft durch das erhitzte Steinpaket bläst, erwärmt den Raum. Witterungsgeführte Laderegler verhindern, dass z. B. in der Übergangszeit bei milden Außentemperaturen der Speicherofen voll aufgeladen wird.

Fußboden-Nachtspeicherheizung (elektrisch)

Neben der Warmwasserfußbodenheizung mit Wasservorratsspeicher (s.u.) gibt es noch die elektrische Variante:

Hier wird durch mäanderförmig verlegte Widerstandsdrähte, die mittels verschweißter Kunststofffolien zu Matten fixiert sind, der Estrich aufgeheizt. Der Aufbau der Heizung ist prinzipiell wie folgt: unten Rohbaubetondecke, darauf 2 oder mehr cm Styropor (-dur), darauf - wegen der Wärme der Heizdrähte - 2 cm Mineralfaserplatten, die trittfest sein müssen, damit die Fußbobenoberfläche nicht durch Eigengewicht, Möbel oder andere Lasten im Laufe der Jahre absinkt. Auf die Mineralfaserplatten werden die Heizmatten nebeneinander verlegt, worauf darauf zu achten ist, dass sich keine Drähte kreuzen, sonst kann sich mit der Zeit die Isolierung durchdrücken, und es gibt Kurzschlüsse. Auf die Heizmatten kommt noch eine Lage Kunststofffolie, dann wird der Speicherestrich aufgebracht, in den auch der Restwärmefühler eingebracht wird. Je dicker der Estrich, desto besser ist die Speicherwirkung. Der Restwärmefühler soll sich im Schwenkbereich von Türen befinden, dort ist man sicher, dass er nicht mit Möbeln abgedeckt wird. Anderenfalls würde der Wärmefühler ständig eine höhere Temperatur, als sie im Rest des Estrichs herrscht, melden, und das Zimmer würde nicht warm. Auf den Estrich können Fliesen, fußbodenheizungsgeeigneter Teppichboden usw. verlegt werden. Im Bereich vor großen Fensterflächen wird meist dicht unter der Fußbodenoberfläche eine sog. Randzonenheizung verlegt, die über Zimmerthermostat mit Tagheiz- bzw. Haushaltstrom betrieben werden kann(z.B. bei sehr tiefen Außentemperaturen).

Nachteile dieser Heizungsart:

• nur die Aufladung kann beeinflusst werden, die Wärmeabgabe nicht: morgens am wärmsten, abends am kühlsten
• außer des vergleichsweise edlen elektrischem Strom keine andere Energieart nutzbar

Vorteile:

• keine Heizkörper, daher mehr Stellfläche, z.B. für Einrichtungsgegenstände
• keine Nachtspeicheröfen, die den Staub rösten (Allergiker)
• Keine Reinigung oder Wartung von Nachtspeicheröfen
• Wärme dort, wo sie hingehört, nach unten, nicht an die Zimmerdecke, dadurch rel. sparsame Heizungsvariante

Zum Betrieb eignet sich am Besten eine Regelung mit Rückwärtssteuerung, d.h. die Aufladung beginnt Außentemperatur- und Restwärmeabhängig so spät wie möglich bis zum Speicherende am Morgen. Dadurch steht "Nachtwärme", so fern dieser Niedertarifstrom noch angeboten wird, preisgünstig längstmöglich in den Tag hinein zur Verfügung und die Benutzung der nachmittäglichen Nachladung (teurer) wird auf ein Minimum reduziert. Günstig wirkt sich hier ein vom EVU vorgegebener, möglichst später Ladeschluss aus.

Gesetzte Kachel-Nachtspeicheröfen

Besonders um die 1950er und 1960er Jahre wurden die Öfen nicht fertig geliefert, sondern als Kachelofen gesetzt, aber auch heute ist diese Art eine Möglichkeit, eine schönes Element als Heizung im Wohnbereich zu haben. Ein Hafner setzt einen meist quaderförmigen Kachelofen, auf Wunsch sind aber auch andere Formen möglich. Dieser wird mit Speichersteinen gefüllt. Ein Elektriker baut die Heizelemente ein und verkabelt diese mit der Steuerung und schließt den Ofen an das Stromnetz an, anfänglich hatten die Öfen meist nur einen dreistufigen Leistungsschalter. Abschließend verschließt der Hafner den Ofen noch mit den restlichen Kacheln. Da gesetzte Öfen recht schwer sind, ist auf die Belastbarkeit des Gebäudes zu achten, ggf. sind Träger zu installieren. Die Wärmeabgabe erfolgt zum Großteil über Strahlung der Kacheln (angenehmere Wärme "Kachelofenklima"), meist wird aber an einer Öffnung an der Unterseite zusätzlich ein meist thermostatgesteuerter Ventilator angebracht, der bei Bedarf zusätzlich Wärme abgibt. Durch die größere Oberfläche des Ofens wird die abgegebene Wärme als gleichmäßiger empfunden als bei fertigen Geräten, bei denen es morgens oft sehr warm ist. Durch die zum größten Teil über Strahlung abgegebene Wärme, vermeidet man die dauernde Staubaufwirbelung, trockene Luft usw. durch den Ventilator. Bei entsprechenden Begebenheiten ist pro Wohnung bzw. pro Stockwerk im Einfamilienhaus nur ein Ofen nötig. Ein weiterer Vorteil ist, dass man den Kachelofen aussehensmäßig den eigenen Wünschen nach setzen lassen kann.

Es gibt aber verschiedene Bauarten. Statisch: Wärmeabgabe über Strahlung, dynamisch: Wärmeabgabe über einen Ventilator, statisch und dynamisch kombiniert: Strahlungswärme und zusätzlich bei Bedarf Wärmeabgabe per Ventilator (wie oben beschrieben), Konvektion: An der Ober- und Unterseite kann eine Öffnung geöffnet werden, die kühlere Luft erwärmt in einem Zwischenraum im Ofen und steigt nach oben, weiters: Zwischen Speicherkern und Kacheln befindet sich ein Zwischenraum, bei Bedarf wird von einem Ventilator heiße Luft von den Speichersteinen an die Kacheln geblasen. Der Vorteil ist, dass die Luft nur im Ofen und nicht Raumluft umgewälzt wird, dadurch reine Strahlungswärme und keine Staubaufwirbelung usw.

Zusätzlich besteht die Möglichkeit, direkt an der Innenseite der Kacheln, Heizelemente (z. B. Heizdrähte) installieren zu lassen, die mit Tagstrom betrieben werden, um bei plötzlichem Kälteeinbruch rasch Wärme zu Verfügung zu haben.

Wasserspeicher

Auch Wasser ist als Wärmespeicher nutzbar.

• Als Brauch- oder Warmwasserspeicher

Es wird thermostatgesteuert ein Brauchwasserspeicher auf eine eingestellte Temperatur aufgeheizt. Übliche Volumina liegen in Einfamilienhäusern bei 60 - 100 Liter je Person, ausreichend für den Tagesbedarf einer Familie.

Dieser Speicher wird umgangssprachlich fälschlicherweise auch Boiler (engl.: to boil: (ab)kochen) genannt; damit wird eigentlich ein kleinvolumiger Heißwasserbereiter beschrieben.

• Als Heizungs-Warmwasserspeicher

Dieser findet meistens im Heizungskeller an der Stelle von Ölkessel und Öltank seinen Platz. Vereinzelt wurde auch der Öltank nachträglich mit einer Wärmedämmung versehen und als Heizungswasserspeicher benutzt. Grundsätzlich kann jede Zentralheizung damit betrieben werden. Eine Niedertemperaturheizung ist jedoch wegen der größeren nutzbaren Temperaturdifferenz zu bevorzugen.

Betrieb einer Nachtspeicherheizung

Ermittlung des Tagesbedarfs

Um die am nächsten Tag bereitzustellende Wärmemenge zu ermitteln wird mittels eines Außentemperaturfühlers die Außentemperatur gemessen und damit die erforderliche Wärmemenge für den nächsten Tag abgeschätzt. Diese Aufgabe übernimmt die Aufladesteuerung. An den Speicherheizgeräten befindet sich der Aufladeregler, der die Aufladung dann abschaltet, wenn das Gerät die für den nächsten Tag erforderliche Wärme gespeichert hat.

Ungewöhnliche Wetterumschwünge am nachfolgenden Tag können auf Grund der Kausalität nicht berücksichtigt werden. Aus energetischer Sicht ist die vorgenannte Laderegelung unzureichend, da die Ladung aufgrund einer Außentemperatur erfolgt, die grundsätzlich nicht der Außentemperatur entspricht, die am nächsten Tag vorhanden sein wird. Um dieses Problem auszugleichen, schließt man nach Möglichkeit bei z. B. plötzlichem kälterem Wetter die Tür zu einem Raum, der nicht unbedingt mitgeheizt werden muss (Vorzimmer usw.), so reicht die meist noch vorhandene Wärme für das nun kleinere Raumvolumen. Komfortabler sind Nachtspeicheröfen, die zusätzlich über Heizelemente für Tagstrom verfügen, und so bei plötzlichem Kälteeinbruch rasch aufgeheizt werden können.

Die Aufladezeiten einer Nachtspeicheranlage liegen je nach Heizungsbauart zwischen acht und zehn Stunden. Vom Energieversorger wird die Freigabe zur Aufladung in einem Zeitbereich von ca. 20:00 bis 6:00 am folgenden Tag (je nach Heizungsvertrag) erteilt. Die meisten Anbieter haben dafür einen verbilligten Strompreis. Dieser ist auch unter Nachtstrom bekannt.

Statische und dynamische Wärmeabgabe

Für den Fall, dass in den zu beheizenden Räumlichkeiten sich ein Raumthermostat an der Wand befindet, vergleicht der sich darin befindende Raumtemperaturfühler die tatsächliche Raumtemperatur mit einem eingestellten Sollwert. Sinkt die Raumtemperatur unter den gewünschten Sollwert, schaltet der Raumtemperaturregler den sich am Gerät befindenden Ventilator zu, über den die im Gerätekern gespeicherte Wärme in den Raum geblasen wird. Bei Erreichen des eingestellten Sollwertes schaltet der Raumtemperaturregler den Ventilator ab.

Denjenigen Anteil der Wärme, der über die Geräteoberfläche abgegeben wird, wird als statische Wärmeabgabe bezeichnet, der Teil, der mit Hilfe des Ventilators bereitgestellt wird, als dynamische.

Die Versorgungsunternehmen bieten in der Regel mehrere Ladeprogramme an: über 8 Stunden, 8 + 2 Stunden, bis hin zu 10 Stunden oder 10 + 6 Stunden kommen verschiedene Varianten zum Einsatz. Beim letztgenannten Ladeprogramm bedeutet dies eine zehnstündige Nachtaufladung und eine Zusatzfreigabe am Tag für sechs Stunden.

Einsatz als Energiespeicher für Windstrom

In anderen Ländern - z.B. Kanada - wird diskutiert, die in ihrer Leistung stark schwankende elektrische Energie aus Windkraftanlagen in Nachtstromspeicherheizungen einzuspeisen. Dadurch wird eine gewisse Regelbarkeit erreicht und der Nutzungsgrad der Windenergieanlagen wird erhöht. Vergleicht man die Kosten für die Windenergie von 7~8 ct/kWh und 50~100 ct pro Liter Heizöl, entsprechend etwa 5~10 ct/kWh, so kann die "Windheizung" preislich (bei vergleichbaren Wirkungsgraden der Heizsysteme) als konkurrenzfähig gelten.

Nachtspeicherheizung im Vergleich mit anderen Heizungsarten

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Vorteile

allgemein

• kaum Verschleiß
• kaum Wartungskosten (keine Kaminkehrgebühren)
• Elektrischer Strom ist nahezu überall verfügbar.

nur Einzelöfen

• Niedertarif-Speicherheizungen sind als Zimmerofen in der Anschaffung preisgünstig
• Bei nachträglichem Einbau geringer Installationsaufwand im Vergleich zu einer ebenso nachträglich eingebauten Zentralheizung
• Kein Platzbedarf für zentrales Heizgerät und keine Energiebevorratung notwendig

Nachteile

allgemein

• Nachtspeicherheizungen sind im Vergleich mit allen anderen Heizungsformen relativ ineffizient, da bei der Stromproduktion nur ein geringer Wirkungsgrad erreicht wird. Der Wirkungsgrad bei Erzeugung, Umspannung und Transport elektrischer Energie beträgt nur rund 34%. Das schlägt sich mittlerweile auch erheblich in den Energiekosten nieder.
• Ökologisch problematisch, da mehr Kohlendioxid produziert wird, als wenn vor Ort mit Gas oder Öl geheizt werden würde.
• Die hochwertige Energieform Elektrizität wird als Niedrigtemperaturwärme genutzt.
• Bei Vollheizung kann wegen der erhöhten Ströme ein verstärkter Hausanschluss notwendig werden.
• Heizkörper sind aus Sicherheitsgründen (Wärmestau, Elektrik) nicht geeignet zum Trocknen aufliegender nasser Wäsche.

nur Einzelöfen

• Nicht unerheblicher Platzbedarf für das Speicherelement in jedem Raum.
• Aufgewirbelter Staub kann in den Ofen gelangen und bei den hohen Temperaturen verschwelen.
• Es besteht latente Brandgefahr durch auf den tagsüber kühleren Heizkörpern versehentlich abgestellte Gegenstände. Diese können einen Wärmestau erzeugen, wodurch die in der Nacht automatisch einsetzende hohe Aufheiztemperatur leichter entzündliche Gegenstände nahe dem Luftauslass und auf den Heizkörpern in Brand setzen kann, wenn die diesbezüglichen Warnhinweise nicht befolgt werden.
• Mangelnde Flexibilität. Bei plötzlich gestiegener oder gesunkener Außentemperatur lässt sich die Wärmeabgabe der Heizkörper nicht sofort nachregulieren. Da jedoch die Raumtemperatur aufgrund der Gebäudemasse mit erheblicher Verzögerung der Außentemperatur folgt, ist dieser Effekt begrenzt.
• Durch das Gebläse kommt es zu einer Geräuschbelästigung, die vor allem in Schlafräumen störend wirken kann. Da das Gebläse in der Übergangszeit nachts jedoch kaum betrieben wird, halten sich die Auswirkungen in Grenzen.
• Schlafstörungen möglich, da die Heizungen nachts aufheizen. Die Körpertemperatur passt sich während des Schlafes an die durch Regulation der Heizung verursachten erhöhten bzw. verringerten Raumtemperaturen an, um Schwitzen oder Frieren bzw. dadurch Aufwachen zu vermeiden. Diese körperliche Anpassung geht langsamer vor sich als die durch Regulation der Heizung hervorgerufenen Schwankungen der nächtlichen Raumtemperatur, so dass es während der Anpassungsphase zu Schwitzen oder Frieren im Schlaf kommt, was den Schlaf stört oder zum vollständigen Aufwachen führt.
• Unkomfortableres Raumklima im Vergleich zu anderen Heizungsformen. Nachtspeicherheizungen verursachen mehr Staub, reduzieren drastisch die Luftfeuchtigkeit und verursachen beim Aufheizen/Auskühlen größere Schwankungen der Luftfeuchtigkeit als andere Heizungen.
• Auskühlung am Abend. Um ein übermäßiges Auskühlen bis zum Abend zu vermeiden, ist nachts eine von den meisten Menschen unerwünscht hohe Raumtemperatur hinzunehmen.

Probleme

Durch die elektrische Speicherheizung mit aus fossilen Energieträgern erzeugtem Strom entstehen bei der Beheizung etwa dreimal mehr Kohlenstoffdioxid (CO₂) -Emissionen als bei herkömmlichen Beheizungen mit fossilen Brennstoffen, wenn zentral beheizt wird. Da Nachtspeicherheizungen aus energiepolitischen Gründen vor allem zur Schaffung einer zusätzlichen nächtlichen Grundlast gedacht waren, um entsprechende Kraftwerke über den gesamten Tag besser auszulasten steht ihr Einsatz vor dem Hintergrund der Stromproduktion in schlecht regelbaren Kernkraftwerken oder aus - eher ineffektiven und sehr CO₂-lastigen - Braunkohlekraftwerken.

Durch die gelegentlich auftretende dynamische Wärmebereitstellung durch Ventilatoren entstehen Luftwalzen im zu beheizenden Raum, welche mit sämtlichen Staub- und Schmutzpartikeln ständig umgewälzt werden.

An den Ausblasgittern der Geräte können sehr hohe Temperaturen entstehen, so dass Verletzungsrisiko besteht.

Vor allem ältere Nachtspeicheröfen können schwach gebundenes Asbest, Speichersteine mit hohen Chromatgehalten und PCB-haltige elektrische Bauteile enthalten. Eine Entsorgung auf dem Sperrmüll ist nicht möglich und muss nach TRGS 519 (Technische Regeln für Gefahrstoffe - Asbest / Abbruch-, Sanierungs- oder Instandhaltungsarbeiten) erfolgen.

Siehe auch

• Elektroheizung, Heizschütz

Weblinks

• regionale BUND-Seite zum Thema Nachtspeicherofen