Der Heizstab ergänzt den Speicher – nicht direkt den Ofen
Bei einer wasserführenden Feuerstätte wird ein Teil der erzeugten Energie an Heizungswasser übertragen. Dieses gelangt häufig zunächst in einen Pufferspeicher. Von dort kann die Wärme später für Heizkörper, Fußbodenheizung oder – je nach Anlagenaufbau – auch für die Warmwasserbereitung genutzt werden.
Ein elektrischer Heizstab übernimmt dabei eine andere Aufgabe: Er wandelt elektrische Energie unmittelbar in Wärme um und erwärmt das Wasser im Speicher. Er wird also nicht in den Ofen eingebaut und erhöht auch nicht dessen Feuerungsleistung.
Das Prinzip kann beispielsweise so aussehen:
- Der Ofen läuft und erwärmt den Pufferspeicher.
- Nach dem Abbrand sinkt die Speichertemperatur allmählich.
- Reicht die gespeicherte Energie nicht mehr aus, kann ein Heizstab zusätzliche Wärme liefern.
- Die Regelung beendet die elektrische Beheizung beim festgelegten Temperaturwert.
Ob diese Wärme anschließend tatsächlich für die Raumheizung verfügbar ist, hängt von der hydraulischen Einbindung ab.
Ein Heizstab in einem reinen Trinkwarmwasserspeicher erwärmt beispielsweise vor allem Wasser zum Duschen und Waschen. Damit lässt sich nicht automatisch der Heizkreis unterstützen. Soll die elektrische Energie als Ergänzung zur Ofenheizung dienen, muss sie in einem dafür eingebundenen Heizwasser-, Kombi- oder Pufferspeicher landen.
Nicht jeder Pufferspeicher eignet sich für einen Heizstab
Vor einer Nachrüstung ist der Speicher wichtiger als der Heizstab selbst. Entscheidend ist, ob der Hersteller einen Elektroheizeinsatz vorsieht oder der Speicher konstruktiv einen geeigneten Anschluss besitzt.
Zu prüfen sind insbesondere:
Merkmal |
Warum es wichtig ist |
|---|---|
Anschlussmuffe |
Gewindegröße und Position müssen zum vorgesehenen Heizstab passen. |
Eintauchlänge |
Das Heizelement darf im Inneren nicht mit Wärmetauschern oder anderen Bauteilen kollidieren. |
Einbauhöhe |
Sie beeinflusst, welcher Teil des Speichers elektrisch erwärmt werden kann. |
Speichermaterial |
Heizstab und Speicher müssen materialseitig miteinander verträglich sein. |
Zulässige Temperatur |
Die Regelung darf die vorgesehenen Temperaturgrenzen des Speichers nicht überschreiten. |
Herstellerfreigabe |
Sie klärt, ob und unter welchen Bedingungen ein Elektroheizeinsatz vorgesehen ist. |
Eine freie Gewindeöffnung bedeutet deshalb nicht automatisch, dass dort beliebig ein Heizstab eingesetzt werden kann.
Besonders relevant ist die Einbauhöhe. Ein horizontal montiertes Heizelement erwärmt zunächst das Wasser in seinem unmittelbaren Bereich. Durch die natürliche Temperaturschichtung sammelt sich erwärmtes Wasser weiter oben im Speicher. Der darunterliegende Bereich wird dagegen nicht automatisch vollständig aufgeheizt.
Sitzt der Heizstab relativ weit oben, können beispielsweise bei einem großen Pufferspeicher nur einige hundert Liter thermisch sinnvoll genutzt werden. Für die Planung zählt daher nicht allein das gesamte Speichervolumen, sondern das tatsächlich elektrisch erwärmbare Volumen oberhalb beziehungsweise im Bereich des Heizelements.
Speichergröße und Heizleistung müssen zusammenpassen
Ein größerer Heizstab erwärmt den Speicher schneller, benötigt aber auch eine entsprechend leistungsfähige elektrische Versorgung.
Grob lässt sich die gespeicherte Wärmemenge eines Wasserspeichers abschätzen. Werden beispielsweise 500 Liter Wasser um 20 Kelvin erwärmt, sind dafür rund 11,6 kWh Wärme erforderlich.
Ein 3-kW-Heizstab benötigt dafür rechnerisch knapp vier Stunden. Ein 6-kW-Gerät etwa zwei Stunden. Wärmeverluste und die tatsächliche Temperaturschichtung sind in dieser vereinfachten Rechnung noch nicht berücksichtigt.
Mehr elektrische Leistung ist deshalb nicht automatisch besser. Entscheidend sind unter anderem:
- nutzbares Speichervolumen,
- gewünschte Aufheizgeschwindigkeit,
- vorhandener Stromanschluss,
- Leistung der PV-Anlage,
- erwarteter Stromüberschuss,
- maximal zulässige Speichertemperatur.
Wer überwiegend kleine PV-Überschüsse nutzen möchte, profitiert häufig stärker von einer angepassten oder modulierenden Leistungsregelung als von einem Heizstab, der nur mit hoher Leistung ein- und ausgeschaltet werden kann.
Die Regelung entscheidet, wann elektrische Wärme sinnvoll ist
Ohne abgestimmte Steuerung kann ein Heizstab technisch funktionieren und trotzdem energetisch wenig sinnvoll arbeiten.
Ein einfaches System nutzt einen Temperaturfühler und einen eingestellten Sollwert. Sinkt die Temperatur unter eine bestimmte Grenze, wird elektrisch nachgeheizt. Bei Erreichen des Sollwerts schaltet der Heizstab wieder ab.
Bei einer Anlage mit wasserführendem Ofen sollte zusätzlich berücksichtigt werden, ob gerade Wärme aus der Feuerstätte zur Verfügung steht. Sonst kann es passieren, dass der Heizstab den Speicher elektrisch erwärmt, obwohl kurze Zeit später ohnehin Ofenwärme eingespeist wird.
Eine sinnvoll abgestimmte Regelstrategie kann beispielsweise so aussehen:
Priorität 1: Ofenwärme nutzen
Solange der Ofen genügend Wärme in den Speicher liefert, bleibt der Heizstab ausgeschaltet.
Priorität 2: vorhandene Speicherenergie verwenden
Nach dem Abbrand wird zunächst die gespeicherte Wärme genutzt.
Priorität 3: elektrische Ergänzung zulassen
Erst wenn ein definierter Temperaturbereich unterschritten wird oder überschüssiger PV-Strom vorhanden ist, darf der Heizstab zugeschaltet werden.
Auch die Platzierung der Temperaturfühler spielt eine Rolle. Ein Fühler im oberen Speicherbereich kann bereits eine hohe Temperatur melden, während weiter unten noch deutlich kälteres Wasser vorhanden ist. Umgekehrt kann ein tief sitzender Fühler eine Nachheizung auslösen, obwohl im oberen Speicherbereich noch ausreichend nutzbare Wärme vorhanden ist.
Die Regelung sollte deshalb zum hydraulischen Aufbau und zur tatsächlichen Nutzung des Speichers passen.
PV-Überschuss verändert die sinnvolle Betriebsweise
Besonders häufig wird ein Heizstab heute nicht als dauerhafte elektrische Zusatzheizung geplant, sondern zur Nutzung überschüssiger Solarenergie.
Dabei gibt es grundsätzlich zwei Varianten.
Ein einfacher Heizstab arbeitet mit festen Leistungsstufen. Ein 3-kW-Gerät benötigt dann beispielsweise die entsprechende elektrische Leistung, sobald es eingeschaltet wird. Stehen momentan nur 800 Watt PV-Überschuss zur Verfügung, müsste der fehlende Anteil aus dem Stromnetz kommen.
Eine Leistungsregelung kann die Heizleistung dagegen an den verfügbaren Überschuss anpassen. Dadurch lässt sich auch eine geringere momentan verfügbare PV-Leistung zur Erwärmung des Speichers verwenden.
Wichtig ist trotzdem die wirtschaftliche Einordnung: Ein Heizstab erzeugt aus einer Kilowattstunde Strom ungefähr eine Kilowattstunde Wärme. Eine Wärmepumpe kann aus derselben Strommenge unter geeigneten Bedingungen deutlich mehr nutzbare Wärme bereitstellen.
Der Heizstab punktet daher weniger durch maximale Energieeffizienz als durch einen relativ einfachen technischen Aufbau und die Möglichkeit, überschüssigen Strom thermisch zu speichern.
Gerade zusammen mit einem wasserführenden Ofen kann das interessant sein: Im Winter liefert die Feuerstätte einen großen Teil der benötigten Wärme, während in Übergangszeiten oder an sonnigen Tagen überschüssige PV-Energie den Speicher zusätzlich erwärmen kann.
Elektrischer Anschluss und Sicherheit gehören in die Planung
Ein Heizstab ist ein elektrischer Verbraucher mit erheblicher Anschlussleistung. Modelle mit einigen Kilowatt Leistung können je nach Ausführung mit 230 oder 400 Volt betrieben werden. Leitung, Absicherung, Schutzmaßnahmen und vorhandene Elektroinstallation müssen dafür geeignet sein.
Die elektrische Installation gehört deshalb in Fachhände.
Zusätzlich zur normalen Temperaturregelung besitzen geeignete Elektroheizeinsätze üblicherweise eine Sicherheitseinrichtung gegen unzulässig hohe Temperaturen. Diese soll verhindern, dass bei einem Fehler der normalen Regelung weitergeheizt wird.
Bei der Planung sollten außerdem folgende Punkte geklärt werden:
- Welche elektrische Leistung darf angeschlossen werden?
- Ist ein eigener Stromkreis erforderlich?
- Welche Absicherung verlangt der gewählte Heizstab?
- Wie erfolgt die elektrische Schutzmaßnahme einschließlich Schutzleiter?
- Welche maximale Temperatur erlaubt der Speicher?
- Wo befindet sich der Temperaturfühler?
- Wie wird eine Übertemperatur abgesichert?
- Wie kommuniziert die Heizstabregelung gegebenenfalls mit PV-Energiemanagement oder Heizungsregelung?
Auch die mechanische Montage verdient Aufmerksamkeit. Heizstäbe besitzen häufig einen unbeheizten Bereich am Anschluss, damit nicht direkt an Speicherwand, Dämmung oder Einbaumuffe hohe Temperaturen entstehen. Welche Abstände und Einbaulängen benötigt werden, hängt vom jeweiligen Produkt und Speicher ab.
Eine improvisierte Nachrüstung über Adapter und nicht vorgesehene Öffnungen kann deshalb problematisch werden. Besonders bei älteren Speichern sollte vor dem Kauf geklärt werden, welche Einbaumöglichkeiten tatsächlich vorgesehen sind.
Entscheidend ist das gesamte Heizsystem
Ein elektrischer Heizstab kann eine wasserführende Ofenanlage sinnvoll ergänzen, wenn der Pufferspeicher dafür geeignet ist und die Regelung klar festlegt, wann elektrische Energie eingesetzt werden soll. Die reine Heizstableistung ist dabei nur ein Teil der Planung.
Besonders wichtig sind das tatsächlich erwärmbare Speichervolumen, die Position des Heizelements und die hydraulische Nutzung der gespeicherten Wärme. Bei PV-Anlagen kommt hinzu, ob der Heizstab nur feste Leistungsstufen kennt oder den verfügbaren Überschuss flexibel nutzen kann.
Vor einer Nachrüstung lohnt sich deshalb ein Blick auf Speicherunterlagen, Anschlussmöglichkeiten, Hydraulikschema und Elektroinstallation. Erst wenn diese Punkte zusammenpassen, lässt sich beurteilen, welche Heizstablösung technisch und energetisch sinnvoll ist.
