Nachtspeicherheizung

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.

Drehstromzähler für Niedertarif (oberes Zähl- werk) und Hochtarif (unteres Zählwerk) mit integriertem Rundsteuer- empfänger

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 für Hochtarif (HT, „Tagstrom" bzw. Normaltarif) und Niedertarif (NT, „Nachtstrom") sowie einer Einrichtung zur Tarifumschaltung. Die Umschaltung wird von den Energieversorgungsunternehmen (EVU) meist ferngesteuert mittels einer der Netzspannung aufmodulierten Frequenz (Rundsteuertechnik) bzw. über Langwellenfunk (Funkrundsteuertechnik) durchgeführt; vereinzelt auch noch über Zeitschaltuhren.

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 wurde versucht, auch nachts eine Nachfrage zu schaffen. Großflächige Förderprogramme und subventionierter Strom zu niedrigeren Tarifen 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 Ölkrise 1973 stiegen die Energiekosten und die Subventionen der NT-Tarife relativierten sich, so dass Speicherheizungen immer mehr gegenüber konventionellen Zentralheizungen an Wirtschaftlichkeit verloren.

Die Einführung der Stromsteuer am 1. April 1999 führte zu einer zusätzlichen Belastung der Nachtspeicherheizung. Bis Ende 2006 war der Steuersatz für Strom im Niedertarif, mit dem die Speicherheizungen i. A. betrieben werden, gegenüber dem Regelsteuersatz reduziert; seit 2007 ist der Stromsteuersatz für Hoch- und Niedertarif („Tag-/Nachtstrom") gleich. 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 andere Länder wie beispielsweise Österreich gilt dies jedoch nicht, dort sind auch Neuanmeldungen sowohl bei den Landesenergieversorgern als auch bei privaten Energieversorgern unproblematisch.

Außerbetriebnahme von Gebäude-Stromheizungen in Deutschland

Im Hinblick auf den Primärenergieverbrauch und CO₂-Belastung ist von der Bundesregierung mit §10a der Energieeinsparverordnung (EnEV in der Fassung vom 29. April 2009) beschlossen worden:

1. Außerbetriebnahme von Stromheizungen für Wohngebäude mit mehr als fünf Wohneinheiten
2. Vor dem 1. Januar 1990 eingebaute oder aufgestellte elektrische Speicherheizsysteme dürfen nach dem 31. Dezember 2019 nicht mehr betrieben werden.

Nach dem 31. Dezember 1989 eingebaute oder aufgestellte elektrische Speicherheizsysteme dürfen nach Ablauf von 30 Jahren nach dem Einbau oder der Aufstellung nicht mehr betrieben werden. Wurden die elektrischen Speicherheizsysteme nach dem 31. Dezember 1989 in wesentlichen Bauteilen erneuert, dürfen sie nach Ablauf von 30 Jahren nach der Erneuerung nicht mehr betrieben werden.

Speicherarten

Zimmerofen (Einzelspeichergerät)

Typischer Nachtspeicher-Zimmerofen

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

Die Wärme wird ständig sowohl über die Oberfläche (Wärmestrahlung), als auch thermostatisch gesteuert durch Konvektion in den Raum abgegeben. Hierzu fördert ein Gebläse die Raumluft durch das erhitzte Steinpaket. Für eine an die Witterung angepasste Aufladung der Speicheröfen sorgt meist eine von der Außentemperatur abhängige Ladesteuerung.

Feststoff-Zentralspeicher für Warmwasserzentralheizung

Diese Nachtspeicherheizung ist ein elektrisch betriebenes Heizgerät, dessen Kern aus Magnesit als Wärmespeicher dient. Er wird in den Niedertarifzeiten aufgeheizt. Der Magnesitkern kann dabei Temperaturen von bis zu 650 °C (Vollaufladung) erreichen.

Im Unterbau des Zentralspeichers befindet sich ein Luft-Wasser-Wärmetauscher. Über diesen Wärmetauscher wird in einem geschlossenen Luftkreislauf die in den Luftkanälen erwärmte Luft geführt. Die Luft wird von einem Ventilator durch Luftkanäle in den Speichersteinaufbau geblasen, entzieht dabei den Speichersteinen Wärme und erwärmt beim Durchgang durch den Wärmetauscher das Wasser der Zentralheizung. Das erwärmte Heizungswasser wird von einer Umwälzpumpe durch die Heizkörper innerhalb des Gebäudes geführt und dann zum Wärmetauscher zurückgeführt.

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 cm oder mehr 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, wobei 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 melden, als sie im Rest des Estrichs herrscht, 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 elektrischen Stroms 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 entsprechend setzen lassen kann.

Bauarten

• Statisch: Wärmeabgabe nur über Strahlung
• dynamisch: Wärmeabgabe bei Bedarf zusätzlich über einen Ventilator
• statisch und dynamisch kombiniert: Strahlungswärme und zusätzlich bei Bedarf Wärmeabgabe per Ventilator (wie oben beschrieben). Dies ist die am weitesten verbreitete Bauart.
• Konvektion: An der Ober- und Unterseite sind verschließbare Öffnung vorgesehen, die kühlere Luft erwärmt in einem Zwischenraum im Ofen und steigt nach oben,
• weitere: Zwischen Speicherkern und Kacheln befindet sich ein Zwischenraum, bei Bedarf wird von einem Ventilator heiße Luft von den Speichersteinen an die Kacheln geblasen. Vorteil: die Luft wird nur im Ofen umgewälzt. Dadurch reine Strahlungswärme und keine Staubaufwirbelung und Staubverschwelung. Nachteil ist der geringere Wärmetransport nach außen.

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 sehr einfachen und autarken Steuerung 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 hängen von den Vorschriften des Energieversorgungsunternehmens und der Bauart der Heizung ab und betragen zwischen acht und zehn Stunden. Vom Energieversorger wird die Freigabe zur Aufladung je nach Tarifvertrag und Versorgungsgebiet in einem Zeitbereich von etwa 20.00 Uhr abends bis 6.00 Uhr des folgenden Tages erteilt. Diese Freigabezeit kann auch gesplittet werden, um die Netzbelastung zu entzerren (z. B. von 21 bis 22 Uhr und von 23 bis 6 Uhr. Die meisten Wärmestromanbieter haben dafür einen gegenüber der Hochtarif (HT) deutlich günstigeren Niedertarif (NT), der umgangssprachlich als „Nachtstrom" bezeichnet wird.

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.

Im Vergleich betragen die Kosten für Windenergie 7 bis 8 Eurocent/kWh (plus Netznutzungsentgelte, Konzessionsabgaben, Steuern) und 50 bis 100 Eurocent pro Liter Heizöl, das entspricht etwa 5 bis 10 Eurocent/kWh für Heizöl.

Damit könnte die "Windheizung" preislich (bei vergleichbaren Wirkungsgraden der Heizsysteme) als konkurrenzfähig angesehen werden.

Nachtspeicherheizung im Vergleich mit anderen Heizungsarten

Vorteile

allgemein

Zu den allgemeinen Vorteilen einer Nachtspeicherheizung zählt, dass es kaum zum Verschleiß kommt und deshalb kaum Wartungskosten (z. B. keine Kaminkehrgebühren) entstehen. Zudem ist Elektrischer Strom nahezu überall verfügbar.

Vergleichsweise niedrige Anschaffungskosten.

nur Einzelöfen

Wenn man nur einen Einzelofen hat, hat man den Vorteil, dass Niedertarif-Speicherheizungen als Zimmerofen in der Anschaffung preisgünstig sind und bei einem nachträglichem Einbau ein geringer Installationsaufwand im Vergleich zu einer ebenso nachträglich eingebauten Zentralheizung entsteht. Außerdem ist kein Platzbedarf für zentrales Heizgerät und keine Energiebevorratung notwendig.

Nachteile

allgemein

Im Vergleich zu anderen Heizungsformen ist der Gesamtwirkungsgrad einer Elektroheizung relativ schlecht, sofern von einer nicht-regenerativen Stromerzeugung ausgegangen wird. Er beträgt bei Erzeugung, Umspannung und Transport elektrischer Energie nur rund 34%. Das schlägt sich mittlerweile auch erheblich in den Energiekosten nieder.

Für eine komplett mit Strom betriebene Heizungs- und Warmwasseranlage ist ein verstärkter Hausanschluss erforderlich, da die Anschlussleistung sehr hoch ist. Zudem sind aus Sicherheitsgründen (Elektrik) die Heizungskörper nicht zum Trocknen aufliegender nasser Wäsche geeignet.

nur Einzelöfen

Der Nachteil bei Einzelöfen liegt am nicht unerheblichen Platzbedarf für das Speicherelement in jedem Raum. Zudem besteht die Gefahr, dass aufgewirbelter Staub in den Ofen gelangt und bei den hohen Temperaturen verschwelen kann. Zudem besteht latente Brandgefahr durch versehentlich abgestellte Gegenstände auf den tagsüber kühleren Heizkörpern. 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. Einzelöfen haben 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. Es kann zu Schlafstörungen kommen, 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. Das Raumklima ist im Vergleich zu anderen Heizungsformen unkomfortabel. Nachtspeicherheizungen verursachen mehr Staub, reduzieren drastisch die Luftfeuchtigkeit und verursachen beim Aufheizen/Auskühlen größere Schwankungen der Luftfeuchtigkeit als andere Heizungen. Zudem findet eine Auskühlung am Abend statt. 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 CO₂-Emissionen als bei der lokalen Verbrennung fossiler Brennstoffe in Zentralheizungsanlagen. Der Einsatz von Nachtspeicherheizungen wurde dennoch in der Vergangenheit gerechtfertigt und insbesondere in den 1970er-Jahren sogar gefördert, um die nächtliche Grundlast zu erhöhen und so die Auslastung und Effizienz von Grundlastkraftwerken über den gesamten Tag zu erhöhen. Heute wird diese Pufferung im Allgemeinen als nicht mehr notwendig erachtet; die Ausregelung nächtlicher "Löcher" erfolgt über flexibel einsetzbare Mittellastkraftwerke.

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 Oberflächentemperaturen 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

• Elektrogebäudeheizung, Heizschütz
• ARGE Baurecht: Kein Grund zur Eile beim Tausch von Nachtstromspeichern [1]

Weblinks

• regionale BUND-Seite zum Thema Nachtspeicherofen