Frage von Wupbanz, 114

Wirkungsgrad bei elekrtischen Heizungen?

Ich habe eine Verständnisfrage: Kann es einen signifikanten Unterschied in Bezug auf elektrische Heizelemente geben? Letztendlich wird doch elektrische Energie in thermische umgewandelt. Ist das nicht immer gleich, dass am Ende die elektrische Energie komplett umgewandelt wurde, also der Wirkungsgrad 1 ist?

Und unter dieser Annahme: Ist dann nicht jedes stromdurchflossene Gerät genauso effizient wie eine el. Heizung? Dann könnte man doch Bitcoinmining betreiben und gleichzeitig das Zimemr zum gleichen Preis erwärmen wie mit einer el. Heizung, nur mit dem Nebeneffekt, dass man noch Coins generiert (vorausgesetzt, man vernachlässigt hier den Anschaffungspreis).

Hilfreichste Antwort - ausgezeichnet vom Fragesteller
von dompfeifer, 47

In der Sache liegst Du vollkommen richtig, den Unterschied gibt es wirklich nicht.

Dass Elektroheizung angesichts der vorgelagerten Energiewandlungen mit insgesamt ca. 70% nutzloser Abwärme eine große Verschwendung ist, betrachte ich hier einmal nicht als Teil der Frage.

Bei Elektroheizungen macht es gar keinen Sinn, vom Wirkungsgrad zu reden, weil das ja die Unterscheidung von Nutzwärme und Abwärme (wie z.B. bei
Kaminheizungen) unterstellt. Der sog. „Stromverbrauch“ ist immer eine vollständige Wandlung von Elektroenergie in Wärme. Wer für seine Wohnung 1 kWh Strom einkauft, der beheizt seine Wohnung auch mit 1 kWh, und zwar vollkommen gleichgültig, mit welchem Gerät das geschieht. Das kann natürlich auch der PC sein. Ausgenommen sind hier nur - zumindest theoretisch - Aufladungen von großen Energiespeichern, die erst außerhalb der Wohnung bei der Entladung ihre Wärme abgeben. Dazu gehören aber angesichts der Größenordnung keinesfalls die Handy-Akkus (ca. 0,5 Cent pro Aufladung).

Daraus folgt, dass bei der elektrischen Raumlufterwärmung neben den Anschaffungskosten des Heizgerätes ausschließlich der Stromtarif (u.U. auch
Nachtstromtarif!) in die Heizkostenrechnung eingehen:

Verbrauchskosten elektrische Raumlufterwärmung = Wärmebedarf in kWh mal Tarif in €/kWh.

Diese einfache Gleichung wird seit Jahrzehnten vehement geleugnet (und damit der Energieerhaltungssatz!) von betrügerischen Vertreibern von angeblich „Strom sparenden Elektroheizgeräten“. Das ist so unsinnig wie der „Fleisch sparende Fleischwolf“. Die nehmen v.a. für Ihre geheimnisvollen sog. „UV-Strahler“ z.T. den hundertfachen Preis im Vergleich zu kleinen Heizlüftern (rund 5 Euro Anschaffungskosten pro kW Leistung), die in der Regel den gleichen Zweck erfüllen zu den absolut gleichen Verbrauchskosten.

Heizstrahler machen dort Sinn, wo sich Menschen bei kalter Umgebungsluft nach dem Drehspießprinzip im Strahlungskegel des Gerätes aufheizen, z.B. in Biergärten oder Messehallen. Das ist hier natürlich billiger, als die gesamte Umgebungsluft aufzuheizen. Die Vertreiber solcher Strahler werben aber ständig damit, die Raumluft besonders billig elektrisch aufzuheizen. Und das ist ein platter Betrug!

Kommentar von Wupbanz ,

Ganz vielen Dak, dann hat ich die Physik nicht getrügt. Der Energieerhaltungssatz war auch meine Grundlage. 

Das heißt doch, dass elektrische Heizgeräte letztendlich innerhalb des Raumes bei gleichem Leistungsumsatz auch den Raum gleich erwärmen, langfristig betrachtet: Also ein 2,2kW Heizer für 20€ von Aldi liefert die gleiche Wärme wie ein 2,2kW Heizer von einem teuren Hochpreissegmentanbieter...

Vielen Dank :)

Kommentar von dompfeifer ,

Das ist so etwas missverständlich.

„liefert die gleiche Wärme wie ein 2,2kW Heizer

…. in der gleichen Zeit“. Das ist ganz wichtig für Leute, die nicht Opfer dieser kaufmännischen Scharlatane werden wollen! Bei ungleicher Leistungsaufnahme erbringen alle Geräte die gleiche Wärme in unterschiedlichen Zeiten. Kurz zur Theorie:

Energie = Leistung mal Zeit. Und Wärme ist eine Energieform. Daraus folgt: Die der Wohnung zugeführte Wärmemenge = elektrische Leistung mal Zeit. Wenn Dein Elektrogerät die doppelte Leistung aufnimmt, führt es die gleiche Wärme in der halben Zeit zu. Die Regelung erfolgt üblicherweise per Thermostat gemäß voreingestellter Solltemperatur. Somit ist die Leistung der Geräte kein Verbrauchskostenfaktor bei gegebenem Wärmebadarf pro Zeit. Wenn die Leistung eines Heizlüfters (standardmäßig 2 kW) nicht hinreicht zur Bedarfsdeckung, dann muss ich eben mehrere dieser Geräte kaufen. Der Wärmebedarf (kWh pro Jahr) der Wohnung lässt sich online ermitteln nach Google-Eingabe „Wärmebedarfsrechner“. Bei vernünftigem Einkauf liegen die Anschaffungskosten bei 5 € pro kW Leistung. Das ist angesichts der enormen jährlichen Stromkosten ein zu vernachlässigender Betrag. Naive Leute geben pro kW auch schon 1000 € aus für angeblich "stromsparende", raumfüllende, glänzende Möbelstücke.

Kommentar von Sudelnuppexxl ,

Dem ist nichts hinzuzufügen. Perfekte Antwort.

Expertenantwort
von Hamburger02, Community-Experte für Physik, 39

Das ist alles eine Frage der Betrachtungsweise. Es kommt drauf an, welchen Nutzen man betrachtet.

Allgemein gilt:
η = E_nutz / E_zu

Bei elektrischen Heizelementen ist der angestrebte Nutzen die Erzeugung von Wärme Q. Wenn man das Heizelement isoliert betrachtet, ist Q = E_el und damit ist η = 1

Würde ich das z.B. mit einem Kohleofen im Zimmer vergleichen, müsste ich die el. Heizung anders betrachten. Dann ist es sinnvoll, den Einsatz von Primärenergie heranzuziehen.
Ein Kohleofen hat dann einen Wirkungsgrad von etwa 60%, weil etwa 40% durch den Schornstein gehen.
Beim Heizelement muss man einfach den Wirkungsgrad des Kraftwerkes nehmen, das aus Kohle Strom erzeugt. Das wären dann etwa 40%.
Bei einer  guten Zentralheizung mit Brennwertkessel erreicht man im Betrieb in etwa einen Wirkungsgrad von 80 - 90% bezogen auf die eingesetzte Primärenergie und die bei den Heizkörpern ankommene Wärme.

Wenn du ein el. Gerät zum Heizen einsetzt, dann hat es in der Tat 100% Wirkungsgrad... aber wer macht das schon?
Nehmen wir z.B. die alte Glühlampe.
Wird sie als Beleuchtungsmittel eingesetzt, hat sie einen Wirkungsgrad von 5%, weil nur 5% der E_el in Licht umgesetzt werden. Die Lichtausbeute wäre die Nutzung.
Setzt man Glühlampen dagegen als Heizelemente ein, haben sie einen Wirkungsgrad von etwa 95% bzw. etwas höher. Das hängt davon ab, wieviel Licht z.B. durchs Fenster nach draußen geht bzw. wieviel an den Oberflächen in Wärme umgewandelt wird.

Expertenantwort
von Peppie85, Community-Experte für Elektronik & Elektrotechnik, 37

deine überlegungen in allen ehren, aber wie der günther schon schrieb, ist elektrisch heizen extrem unwirtschaftlich. das gilt auch (überaschung) wenn man den strom dafür selbst erzeugt. und hier gilt es erst recht!

du brauchst eine irrsinns leistung um genügend energie bereit zu stellen und eine wahnsinns akkukapazität rechnet man die entlade und Ladeverluste der akkus bei, kommt nur die hälfte der energie, die du hinein gesteckt hast wieder heraus... rechnet man dann noch die wechselrichterverluste bei, dann ist es gerade mal ein drittel... ach ja, da war ja noch was. wenn du genügend leistung bereit stellen willst, um das haus auf einmal zu heizen, dann musst du alleine in die wechselrichter schon mal ein paar tausender investiren...

grob gesagt würde ich über den daumen peilen, dass du eine gute sechsstellige summe in die sache stecken musst, um das so umzusezen wie geplant...

nicht umsonst sorgen die allermeisten autarkhäuslebauer dafür möglichst wenig strom zu verbrauchen und rüsten geschirrspüler und waschmaschine auf warmwasserbetireb um... für die nötige energiezufuhr sorgen dann vakkumröhrenkollektoren in verbindung mit einem wirklich großen heißwasserspeicher. wir reden hier von mehreren kubikmetern...

wenn ichs zu machen hätte, würde ich im garten einen 12 m² Kugelspeicehr verbuddeln, das müsste eigendlich für beheizung und warmwasserbereitung ausreichen...

ihr könntet aber auch über scheitholz als zusätzliche energiequelle für den winter nachdenken...

lg, Anna

Kommentar von Wupbanz ,

Ja, das mit der Wirtschaftlichkeit stimmt, deswegen dachte ich an das Bitcoinmining als finanzielle Kompensation, aber ich höre, es scheint also sinnlos zu sein elektrische Energie zum Haus erwärmen zu nutzen...

Gut, das mit der Auslegung der Wechselrichter etc. hab ich noch nicht durchgerechnet, aber das ganze Haus soll auch noch in einem finanziell sinnvollen Rahmen bleiben: also bei Unabhängigkeit von Strom und Wasser vielleicht einen gewissen Aufschlag, der sich aber über die Jahre als mindestens Nullsumme rausrechnen soll...

Also ein nice-to-have, aber kein upperclass Endprodukt....

Es stimmt, dass gerade bei tiny houses eigentlich ausschließlich mit Holz geheizt wird. Ich hatte gehofft, dass man das vielleicht anders lösen kann, aber Holz findet man ja sonst auch noch bei schlechten Zeiten...

Kommentar von Peppie85 ,

du redest hier vom tinyhouse, also ist der platz schon mal sehr beschränkt... ein weitres argument gegen eine powerbank...

Kommentar von dompfeifer ,

Die Investition für die Fotovoltaik ist zum Fenster hinaus geworfen, wenn Du den damit erzeugten Strom verschwenderisch verheizt. Dabei ist es völlig egal, ob Du den Strom mit Glühlampen, Kühlschränken oder Bitcoinmining-Computern verschwendest!

Antwort
von Dhalwim, 8

Hallo Wupbanz,

Sie müssen bedenken, welchen Verwendungszweck sie für ein Gerät haben möchten. Bei Heizgeräten ist ja die Temperatur etwas erwünschtes, bei einem Staubsauger z. b. ist die Temperatur ein unerwünschtes Nebenprodukt.

Man sollte sich auch vor Augen halten, dass der Wirkungsgrad NIEMALS 1 sein kann, da selbst die elektrischen Leitungen (Kupfer) Leistungsverluste haben.

D. h. z. b.

(delta)U = (2 * I[Strom] * L[Meter]) / (Gamma[Ohm mm² / Meter] * A [Querschnitt])

Von daher haben wir auch durch den Spannungsabfall in der Kupferleitung (aufgrund des Widerstandes), Leistungsverluste. Da (P = U * I)

LG Dhalwim

Antwort
von GuenterLeipzig, 63

Elektroheizung haben zwar einen Wikungsgrad von 1, wenn Du die Bilanzhülle um die Heizwendel legst.

Legst Du die Bilanzhülle bis zum Kraftwerk, dann ist Elektroenergie die unwirtschaftslichste Form zu heizen.

Daher, heize nach Möglichket nie elektrisch, es ist Energie- und Geldvernichtung pur.

Günter

Kommentar von Wupbanz ,

Ja, so etwas habe ich mir gedacht. 

Die Frage stelle ich vor allem in Verbindung mit zwei Überlegeungen: 1. Ich mache gerade eine Gedankenexperiment zur Planung eines vollaurtarken Hauses/vollautark leben, da würde ich gerne dann auf Gas verzichten wollen (Solarstrom, Kleinwindanlage und Speicher)

2. Ich habe gehört, dass man es noch schaffen kann, dass die Generierung von Bitcoins ein Nullsummenspiel für den "Normalsterblichen" wird hinsichtlich Energieversorgung vs Coingenerierung: Das würde heißen, man würde sich die elektrischen Heizkosten sparen können

Kommentar von GuenterLeipzig ,

Zu 1: Du kannst versuchen, ein autarkes Haus zu bauen, jedoch wäre der Begriff  "autark" erst mal genau zu definieren.

Welche Primärenergieträger willst Du denn wofür nutzen, tags, abends, nachts, bei Windstille, bei extremer Luftkälte.

Welche Flächen am und auf dem Haus stehen Dir wie zur Verfügung?

Wie willst Du bei der GWWB die Legionellenproblematik lösen? Das erfordert Temperaturen > 60 °C. Wie erzeugst Du diese?

Zu 2: Den Punkt verstehe ich nicht, da ich nicht erkennen kann, was ein Bitcoin-Zahlungssystem mit dem Thema zu tun haben soll.

Günter

Kommentar von Wupbanz ,

Das mit der Autarkie stimmt. Die Überlegung war, vollautark also bis auf Essen: Wärme-, Wasser-, Energieunabhängikeit. Dass das rechtlich nicht so einfach möglich ist ist klar, aber es ging erst einmal um das Prinzip.

Die Überlegung war Sonnen- und Windenergie zu nutzen und in einem Latentwärmespeicher zu speichern. Vielleicht das Warmwasser sogar gleichzeitig als warmes Wasser nutzen zu können. Ob ein zusätzlicher Akku noch sinvoll ist, ist noch eine andere Frage. 

Der zweite Punkt: Bitcoins kann man auch selbst minen, also "herstellen". Neben immer leistungsfähigeren Geräten ist auch der Energieverbrauch sehr hoch, sodass ich die Überlegung hatte, mit den bitcoinminen Bitcoins zu generieren und mit der abgeführten Wärme das Haus/Objekt zu heizen. 

Kommentar von GuenterLeipzig ,

Punkt 2 funktioniert nicht. Wenn Du mit der Abwärmevon Rechnern Dein Haus heizen / Wasser erwärmen willst, kannst Du gleich elektrisch heizen.

Dass das Unfug ist, hatten wir bereits herausgearbeitet.

Punkt 1 ist zwar in der Sache nicht ganz unmöglich, jedoch an bestimmten Randbedingungen geknüpft, die die meisten nicht erfüllen können oder wollen.

Günter

Kommentar von Sudelnuppexxl ,

Cc

Kommentar von dompfeifer ,

Die hoch-edle Elektroenergie aus der teuren Fotovoltaik zum Heizen verschwenden, ergibt wirklich keinen Sinn. Wenn der Netzbetreiber für die Einspeisung nur den Normaltarif bezahlen würde, wäre die Elektroheizung mit dem nicht verkauften Strom schon rund viermal so teuer wie die Gasheizung. Elektroheizung ist immer ineffizient.

Wirtschaftlich viel sinnvoller ist dagegen der weitestgehende Verzicht auf Elektroenergie. Zur Heizung rechnen sich meist schon elektrische Luftwärmepumpen im Vergleich zu Verbrennerheizungen. Wenn wir nun den Elektromotor der Wärmepumpe durch einen Verbrennungsmotor ersetzen, können wir die gesamte Abwärme des Verbrennungsmotors der Heizung zuführen. Das sind die rund 2/3 Abwärme, die bei der Strom Erzeugung bereits durch den Kamin des Kraftwerkes gejagt werden.

Interessant sind hier übrigens auch die Heimkraftwerke der Fa. Lichtblick (Hersteller VW).

Richtig ist natürlich Deine Überlegung, dass bei der unwirtschaftlichen Elektroheizung die Nutzung aller Elektrogeräte im Haushalt (z.B. PC, TV, Kühlschrank, ohne Heißwassergeräte mit Warmwasserabfluss) zum gleichen Tarif (z.B. Nachttarif) in die Wärmebilanz eingehen und deren Verbrauchskosten gegen die Elektroheizung aufzurechnen sind. Die werden dann in dem Sinne "ohne Energiekosten" betrieben.

Expertenantwort
von TomRichter, Community-Experte für Physik, 19

Prinzipiell hast Du recht, und dagegen:

> Bitcoinmining betreiben und gleichzeitig das Zimemr zum gleichen Preis erwärmen

spricht nur, dass hierzulande nur im Winter geheizt werden muss. Du willst aber die teure Rechenanlage nicht den Sommer über ungenutzt stehen lassen.

In kleinem Umfang (viel, viel kleiner, als die Werbung suggeriert) kann aber auch eine elektrische Heizung besser oder schlechter wirken. Denn die Zielgröße ist nicht die produzierte Wärme, sondern das produzierte Wohlbehagen.

In dem Sinn hat eine großflächige Wärmeplatte an jeder Wand einen besseren Wirkungsgrad als andere Heizungen: Durch die Strahlung stellt sich das gleiche Wohlbehagen bei 1 oder 2 K niedrigerer Lufttemperatur ein. Also gleiches Wohlfühlklima mit weniger Wärme, somit weniger elektrischer Energie.

Kommentar von dompfeifer ,

Hallo TomRichter, diese Darstellung gefällt mir einmal ausnahmsweise nicht.

Natürlich kann ich im Strahlungskegel einer aufgeheizten Platte ohne Einschränkung meines Wohlbefindens die Raumluft-Temperatur um einige Grad absenken und zumindest während des Aufenthaltes in diesem Strahlungskegel auf diese Art etwas Energie sparen. Ich verzichte dabei auf ein Quantum Wärmebedarf (quantitativ) durch Inanspruchnahme der Wärmestrahlung (qualitativ).

Ich senke dabei meinen Bedarf an Nutzenergie. Und das berührt so wenig den Wirkungsgrad, das Verhältnis von Nutzenergie zu zugeführter Energie wie z.B. die Effektivierung der Lüftungstechnik oder die Gebäudedämmung. Solche Maßnahmen ausgerechnet einem Wirkungsgrad zuzuschreiben, wenngleich auch nur „im eingeschränkten Sinne“, halte ich nicht für vertretbar. Das „Wohlbefinden“ ist keine physikalische Rechengröße. Das Bild unterstützt nur bestehende Verwirrungen.

Bei kaminlosen Heizgeräten, besonders bei Elektroheizgeräten, macht das ganze Gerede um den Wirkungsgrad so wenig Sinn wie die quantitative Sortierung von nützlicher und nutzloser Wärme am Heizgerät selbst. Solche Diskussionen schaffen nur heillose Verwirrung und begünstigen technisch-kaufmännische Scharlatane. Das Kommunikationsproblem liegt hier darin, dass die meisten Menschen die Temperatur nicht für eine Körpereigenschaft, sondern für eine Raumeigenschaft halten und dazu noch Wärme und Temperatur verwechseln. Da bleiben auch die Ausbreitungsarten der Wärme unverstanden. Am Ende kommt deshalb immer wieder das „Strom sparende Elektroheizgerät“ heraus, das für wenig Geld „viel Wärme verbreitet“, wie auch immer.

Kommentar von TomRichter ,

Ich kann Deine Bedenken verstehen, wenn auch nicht in allen Punkten teilen.

Das Verhältnis (erzielter Effekt) / (getriebener Aufwand) sollte man, um Verwechslungen mit dem energetischen Wirkungsgrad vorzubeugen, nicht Wirkungsgrad nennen. Effizienz scheint mir brauchbarer.

"im Strahlungskegel einer aufgeheizten Platte" führt wie das Kaminfeuer dazu, dass man am Rücken friert. Man sollte wenigstens zwei davon haben, dann friert man wenigstens nur noch an der Seite ;-)

Weshalb ich eine "großflächige Wärmeplatte an jeder Wand" wollte, nicht eine einzelne Heizplatte.

Antwort
von newcomer, 45

eine elektrische Heizung hat nie 100% Wirkungsgrad. Es wird zwar der komplette Strom sozusagen verheizt aber die Wärme steht nicht alle als Nutzwärme zur Verfügung.
Wenn so ein Radiator in einem Zimmer steht wird er an Steckdose betrieben.
Die Zuleitungen in der Wand geben beim Betrieb ebenfalls Wärme ab die aber im Mauerwerk verschwindet.
Desweiteren ist bei Heizkörpern das Problem dass diese erst die Luft die durch sie strönt erwärmen. Durch Zirkulation im Zimmer steigt die Wärme bis zur Decke und kühlt dort ab bis die Decke und Wände erwärmt sind.
Erst zum Schluss wird die Innenluft an allen Stellen warm.
Einen höheren Wirkungsgrad haben Wandheizungen bzw Wärmeplatten die alleine durch Wärmestrahlen funktionieren denn diese steht innerhalb kurzer Zeit zur Verfügung und erwärmt sofort die Körper ( Mensch ) die im Zimmer sind

Kommentar von dompfeifer ,

Hallo newcomer, das ist alles hanebüchener Unfug!

Du rechnest hier dem Elektrogerät allerlei „Verlustwärmen“ zu, die dem Elektrogerät genauso äußerlich sind wie der Stromrechnung. Unter Wirkungsgrad versteht man das Verhältnis von Nutzenergie zu zugeführter Energie an der jeweiligen Maschine bzw. am jeweiligen Gerät. Und da die Sortierung von Nutzwärme und nutzloser Wärme an einem Elektrogerät keinen Sinn ergibt, ist auch schon die Diskussion um den Wirkungsgrad von Elektroheizgeräten sinnlos. Wärmebedarf ist immer gleich Wärmeverlust am Gebäude. Und das gehört nicht zum Wirkungsgrad eines Heizgerätes ohne Kaminabzug.

Die angebliche äußerst theoretische Abwärme an den installierten Elektroleitungen ist für den Stromkunden bedeutungsloser als der Verdunstungsverlust im Glas des Biertrinkers. Selbst wenn sich die Leitungen spürbar erwärmen würden, würde diese Wärme weitgehend an die Raumluft abgegeben. Nur ein ganz kleiner Teil würde davon über den Baukörper in den Boden abgeleitet. Das liegt sehr weit außerhalb alles Messbaren und berührt ohnehin nicht den Wirkungsgrad des angeschlossenen Gerätes. Nebenbei: Heizstrahler geben tausendmal mehr Wärme an die Wände ab als jede Unterputzleitung!

Die Raumluftzirkulation ist keine Eigenschaft von Heizkörpern, die berührt bestenfalls den Wärmebedarf des gegebenen Wohnraumes, wenn sie zu vermeidbaren Wärmeverlusten an Decken oder Außenwänden führen. Das ist hier nicht das Thema.

Und Strahlungswärme steht natürlich sofort zur Verfügung für den, der sich in kalter Umgebungsluft nach dem Drehspießprinzip aufwärmen will, z.B. im Biergarten oder in der Messehalle. Das berührt so wenig irgend einen Wirkungsgrad wie die Energie- bzw. Kostenkalkulation zur Raumlufterwärmung. Das ist hier das Thema.

Antwort
von Charly7, 11

Da stimme ich TomRichter zu! Ich habe aus Widerständen und Feinsteinzeugplatten Heizer erstellt und mit 12 davon zu je etwa 70W heizen wir die ganze Bude mit 136qm. Wenn es doch mal zu eisig wird, hilft der Kaminkachelofen mit, vorher ist ein Tischfeuer dran und dann eine dicke Petroleumlampe mit 20 linigem Docht. Aber zuheizen muß man nur an wenigen Tagen im Winter. Und im Hauptaufenthaltsraum gibt es noch einen 370W Strahler, demnächst auch Eigenbau. Das reicht seit einigen Jahren und hochgerechnt auf den Einbau einer neuen Heizanlage, die eh nur 10 Jahre hält und dauernd Wartung braucht, ist es billiger. Die ganze graue Energie bezahlen wir eben als Strom und nicht als Geräte oder Arbeitslohn oder Fahrtkosten.

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