Der Wirkungsgrad ist eine physikalische Größe, die das Verhältnis von nutzbarer Ausgangsenergie zu zugeführter Eingangsenergie beschreibt. Er wird als dimensionslose Zahl zwischen 0 und 1 (bzw. 0 und 100 %) angegeben und ist ein Maß für die Effizienz eines technischen Systems.
Physikalische Definition
Der Wirkungsgrad η (Eta) wird definiert als:
η = Nutzenergie / zugeführte Energie
Ein Wirkungsgrad von 0,9 (oder 90 %) bedeutet: Von der zugeführten Energie werden 90 % in die gewünschte Nutzform umgewandelt, 10 % gehen als Verluste (meist Abwärme) verloren. Der theoretische Maximalwert ist 1 (100 %), der in der Realität nie vollständig erreicht wird.
Wirkungsgrad bei Infrarotheizungen
Infrarotheizungen wandeln elektrische Energie direkt in Wärme um. Der Umwandlungswirkungsgrad liegt dabei nahezu bei 100 % – praktisch die gesamte aufgenommene elektrische Energie wird in Wärme umgewandelt. Dies gilt für alle Elektrodirektheizungen (Infrarot, Konvektoren, Nachtspeicher, elektrische Fußbodenheizung).
Wichtig: Ein hoher Umwandlungswirkungsgrad bedeutet nicht zwingend, dass ein System energetisch optimal ist. Entscheidend ist die Gesamteffizienz unter Berücksichtigung der Primärenergie – also der Energie, die bei der Stromerzeugung aufgewendet werden muss.
Wirkungsgrad wassergeführter Heizsysteme
Moderne Gas- und Ölheizungen (Brennwertkessel) erreichen Wirkungsgrade von etwa 95 bis 98 %. Ältere Niedertemperaturkessel liegen bei 85 bis 92 %, Konstanttemperaturkessel bei 70 bis 85 %. Die Verluste entstehen durch Abgaswärme und Abstrahlverluste des Kessels.
Wärmepumpen: COP und JAZ statt Wirkungsgrad
Bei Wärmepumpen ist der Begriff Wirkungsgrad irreführend, da diese Systeme mehr Wärmeenergie abgeben als sie elektrisch aufnehmen. Stattdessen wird die Leistungszahl (COP – Coefficient of Performance) oder die Jahresarbeitszahl (JAZ) verwendet. Ein COP von 3 bedeutet: Aus 1 kWh elektrischer Energie werden 3 kWh Wärmeenergie erzeugt – möglich durch Nutzung von Umweltwärme.
Wärmepumpen haben damit eine deutlich höhere Energieeffizienz als Elektrodirektheizungen, sind aber technisch komplexer und teurer in der Anschaffung.
Gesamtbetrachtung: Primärenergie
Der Umwandlungswirkungsgrad allein ist nicht aussagekräftig. Für eine ganzheitliche Bewertung muss die Primärenergie berücksichtigt werden:
- Infrarotheizung: Umwandlungswirkungsgrad ~100 %, aber Primärenergiefaktor Strom ~1,8 → Primärenergieaufwand hoch
- Gasheizung: Umwandlungswirkungsgrad ~95 %, Primärenergiefaktor Gas ~1,1 → Primärenergieaufwand niedriger
- Wärmepumpe: JAZ ~3, Primärenergiefaktor Strom ~1,8, aber COP > 1 → Primärenergieaufwand am niedrigsten bei guter Auslegung
Daher schneiden Infrarotheizungen bei reiner Primärenergiebetrachtung schlechter ab als Wärmepumpen – es sei denn, der Strom stammt aus erneuerbaren Quellen (Photovoltaik mit Primärenergiefaktor 0,0).
Praktische Bedeutung
Der hohe Umwandlungswirkungsgrad von Infrarotheizungen bedeutet: Jede verbrauchte Kilowattstunde Strom wird vollständig in Wärme umgesetzt. Es gibt keine Abgasverluste, keine Kesselabstrahlverluste und keine Leitungsverluste. Die Kosten und Umweltauswirkungen hängen jedoch vom Strompreis und der Stromerzeugung ab.
Mehr zur Funktionsweise von Infrarotheizungen finden Sie unter Funktionsweise von Infrarotheizungen.