Energiebegriffe

Was wir bisher gelernt haben: Es gibt

• Energiequellen wie z.B. Erdöl, Erdgas, Sonnenenergie oder Windkraft
• Energiespeicher wie Batterien, aber auch Wasserstoff
• Energieverbraucher, das sind in erster Linie alle elektrischen Geräte und Maschinen sowie Heizungen
• Energietransporter wie Stromkabel oder auch das Wasser, das durch unsere Heizkörper fließt

Wie funktioniert unsere Heizung?

Wir wissen jetzt: Das ca. 70 Grad heiße Wasser, das aus der Fernwärmeleitung bei uns ankommt, überträgt seine Wärme in einem Wärmetauscher an das Wasser, das aus der Heizzentrale im Keller durch alle Heizkörper der Schule gepumpt wird. Dort erwärmt es die Luft und fließt um einige Grad kühler wieder zurück. Im Wärmetauscher wird es wieder auf die höhere Temperatur erhitzt und das Spiel beginnt von vorne...

Was passiert im Heizkörper?

Mit einem Infrarot-Thermometer haben wir an neun verschiedenen Stellen die Temperatur des Heizkörpers gemessen. Dabei haben wir festgestellt, dass im oberen Bereich die Temperaturen höher sind, und je weiter man nach unten kommt, desto niedriger werden die Temperaturen. Wir schließen daraus, dass das Wasser einen Teil seiner Wärme an das Metall (und dann an die Raumluft) abgibt, während es den Heizkörper langsam von oben nach unten durchfließt.

Mit der Wärmebildkamera

Die Wärmebildkamera zeigt, was wir am Heizkörper gemessen haben, noch genauer:

• von rechts oben fließt das heiße Wasser in den Heizkörper hinein und verteilt sich dann nach links und nach unten (weiße Flächen sind am heißesten)
• dabei gibt das Wasser Wärme ab (hell- und dunkelrote Flächen)
• am kühlsten sind die Flächen über (Fenster) und unter dem Heizkörper (Wand), die Wärmebildkamera stellt sie blau dar

Operation am Heizkörper

Weil unser Hausmeister einen alten Heizkörper aufgeschnitten hat, konnten wir genau sehen, wo das heiße Wasser hineinfließt, wie es sich verteilt und wo es den Heizkörper wieder verlässt. Eine genauere Skizze findest du unter Downloads.

Den Thermostat verstehen

Ein Heizungsthermostat hat zwar einen Drehgriff zum Auf- und Zudrehen, aber wir haben gelernt, dass wir ihn am besten auf einer bestimmten Einstellung lassen. Denn im Inneren des Thermostaten befindet sich ein Mechanismus, der dafür sorgt, dass das Heizkörperventil sich von allein öffnet und schließt, je nachdem, ob im Raum die gewünschte Temperatur bereits erreicht ist oder ob es noch zu kalt ist. Wie das genau geht, zeigen dir unsere Erklärbilder im Downloadbereich. 

Überraschung am Morgen

Heute Morgen (14.12.) waren wir erstaunt, denn:

• schon vor Unterrichtsbeginn waren zwei kleine Kippfenster und ein großes Kippfenster bereits geöffnet
• mit der Wärmebildkamera haben wir an der Öffnung der Kippfenster  - 4,8 Grad Celsius gemessen
• an der unter dem Fensterbrett angebrachten Heizung waren es 61,8 Grad Celsius
• und auf dem Fensterbrett selbst 7,8 Grad Celsius.

Wenn diese Fensteröffnung die ganze Frostnacht über so bestanden hat (wovon auszugehen ist), wurde hier buchstäblich zum Fenster hinaus geheizt. Unseren Report findest du im Download.

Wir heizen unsere Schule nachts!

Nachdem wir jetzt eine Woche lang mit einem Messgerät die Temperaturen in unserem Klassenzimmer rund um die Uhr aufgezeichnet haben, erbrachte eine erste Auswertung: Auch nachts und am Wochenende hat es in dem Raum mindestens 20 Grad Celsius! Ist das nicht die reine Energieverschwendung? Schau dir unser Diagramm im Downloadbereich genau an!

Zuviel CO2 im Klassenraum?

In unserer eigenen Klasse (5d) und zwei weiteren Klassen (einer 3. und einer 4.) messen wir zurzeit nicht nur die Temperaturen, sondern auch die Luftqualität  - also den CO2-Gehalt - rund  um die Uhr. In der Auswertung können wir dann sehen, ob überhaupt gelüftet wurde, ob das Lüften erfolgreich war und ob dabei keine Wärmeenergie verschwendet worden ist. Bald geben wir dir mehr Infos dazu!

Nachtabsenkung wird zum Thema

Wir beginnen die Messdaten aus drei Klassenräumen auszuwerten, die wir eine Woche lang vor den Weihnachtsferien gesammelt haben. Das heißt, wir schauen uns eine Menge Diagramme an und versuchen zu verstehen, was sie uns sagen. Was wir jetzt schon feststellen können:  Weder über die vielen Stunden, die die Räume vom Abend bis zum nächsten Morgen unbenutzt sind, noch an den Wochenenden wird in unserer Schule die Heizung heruntergedreht. An einem Beispiel zeigt das ein Diagramm aus der Klasse 3b im Download.

Das passiert, wenn wir nicht lüften!

Wir sehen nicht nur die Temperaturverläufe in unseren Daten und Diagrammen, sondern auch die Kohlendioxid-Konzentrationen, wie sie sich im Lauf eines Schultages verändern. Was passiert, wenn man während des ganzen Vormittags im Klassenraum nicht auf das Lüften achtet, seht ihr am Beispiel des 19.12.2022, einem Montag, an dem wir in unserer eigenen Klasse zu müde oder zu faul waren, um die Fenster aufzumachen. Der Richtwert von 1.000 ppm wird über lange Zeit um das Drei- bis Vierfache überschritten. Das ist kein lernfreundliches und gesundes Raumklima mehr! Mehr im Download.

Wie ist das mit dem Kipplüften?

Vor kurzem kam in unserer Klasse die Frage auf, was es bewirkt, wenn wir im Klassenraum die kleinen Kippfenster unter der Decke aufmachen. Wird es dann kälter im Raum? Oder ist das eine gute Möglichkeit, dauerhaft frische Luft zu bekommen, ohne dass es zieht? Das ist physikalisch für uns erst einmal gar nicht so leicht zu beantworten. Mit der Wärmebildkamera sehen wir allerdings, dass solche kleinen gekippten Fensteröffnungen ganz schön viel Wärme rauslassen. Schau mal in unserem Thermografiebericht im Downloadbereich nach!

Grundlagenwissen: Klimawandel

Daran kommen wir als Energie-Team nicht vorbei - wir müssen verstehen und anderen erklären können, wie es zur Erderwärmung kommt und warum der derzeitige Klimawandel menschengemacht ist. Treibhausgase wie Kohlendioxid und Methan oder auch Wasserdampf gibt es schon lange in der Atmosphäre - und ihnen verdanken wir, dass es auf der Erde warm genug ist, damit wir hier leben können. Allerdings verstärken wir durch immer mehr Verbrennung fossiler Treibstoffe und immer mehr Fleischproduktion die Schicht der Treibhausgase so, dass noch weniger der auf die Erde eingestrahlten Energie wieder abgestrahlt werden kann. Deshalb steigt die Durchschnittstemperatur des Planeten. Und das macht Probleme... Hier kannst du unser Erklärbild downloaden.

Wo können wir die Temperatur steuern?

Wir haben festgestellt, dass in unserer Schule eine Menge Energie verschwendet und unnötig viel CO2 produziert wird, weil nachts, an Wochenenden und während der Ferien ständig auf 20 Grad Celsius durchgeheizt wird. Unsere Schule ist an die Fernwärme angeschlossen und deshalb haben wir uns informiert, wie das technisch funktioniert. Dabei sind wir darauf gestoßen, dass wir theoretisch die Temperaturen auf zwei Ebenen steuern könnten - im Klassenraum mit den Heizkörperthermostaten und in der Heizzentrale der Schule durch die Absenkung der Vorlauftemperatur, indem kühleres Wasser zugemischt wird. Für beide Möglichkeiten haben wir ein Erklärschema gezeichnet. Das Dumme ist nur: In den Klassenräumen haben wir anstelle von elektronisch steuerbaren fest eingestellte Thermostate, die uns für die Temperaturabsenkung nichts nützen. Und  die Steuerungsmöglichkeiten im Heizungskeller scheinen bisher nicht zu funktionieren, wie unsere Story "Schaffen wir die Nachtabsenkung" belegt. Wir bleiben aber dran...

Das könnte die Zukunft sein

Die nicht programmierbaren "Behördenventile", die als Heizkörperthermostate in unserer Schule eingebaut sind, lassen es nicht zu, dass die Klassen selbst festlegen, wann und wie in ihrem Raum geheizt werden soll. Das wäre aber nötig, wenn wir nicht nur die Energieeffizienz an unserer Schule verbessern wollen, sondern auch allen Schülerinnen und Schülern Wissen über Energietechnik vermitteln und Möglichkeiten für eigenes klimabewusstes Verhalten eröffnen wollen. Weil es noch eine Weile dauert, bis unsere Schule überall elektronisch steuerbare Thermostate bekommt, möchten wir gerne in unserer Klasse damit anfangen, um den Effekt zu testen. Zusammen mit dem Energiemanager des Bezirks haben wir auch schon die geeigneten elektronischen Thermostatventile ausgesucht - den Funk-Heizkörperthermostat DEOS TEO, der batterielos arbeitet und über den Webbrowser gesteuert werden kann. Ein Video dazu gibt es hier.

Energiewissen I: Strom aus Bewegung

In der Projektarbeit bei TeamEnergy eignen wir uns quasi nebenbei eine Menge physikalisches und technisches Basiswissen über Energie an. So haben wir in einem Experiment gelernt, wie aus Bewegungsenergie elektrischer Strom erzeugt werden kann - nämlich durch die Rotation eines elektrischen Leiters (einer Spule aus Kupferdraht) in einem Magnetfeld. Man diese Apparatur einen Generator. Wenn man in den Generator nicht Bewegungsenergie, sondern elektrische Energie hineinsteckt, wird daraus ein Elektromotor. Auch das konnten wir ganz praktisch ausprobieren - mit dem Experimentierkasten von Thames & Kosmos. Mit dem Generatorprinzip wird Strom sowohl aus fossilen Energiequellen (Kohle, Öl, Erdgas) als auch aus erneuerbaren (Windenergie) erzeugt.

Energiewissen II: Strom aus Licht

Eine ganz andere Art, Strom zu erzeugen, stellt die Solarzelle dar. Solarstrom gehört zu den erneuerbaren Energiearten, er ist deshalb sehr wichtig für unsere Zukunft, wenn wir den Klimawandel in den Griff bekommen wollen. Zum Schuljahresende haben alle Schüler/innen von TeamEnergy ein solargetriebenes Modellauto bauen können. Der Strom, den die Solarzelle produziert, wird in dem Modell in einem Kondensator gespeichert. So können wir das Auto quasi auftanken und dann losfahren, wann wir wollen - auch wenn die Sonne gerade nicht scheint. In einem kleinen Video des SWR haben wir dann gelernt, was in der Solarzelle passieren muss, damit aus der Lichtenergie tatsächlich elektrischer Strom wird. 

Unser Solarflitzer

Weil das Lernen viel mehr Spaß macht, wenn es auch mit praktischen Aufgaben verbunden ist, hat TeamEnergy vom Schulträger die Mittel dafür bekommen, kleine Solarmodelle zu bauen. Mit dem SolarCup Flitzer GEN2 - Modell Akku-Solar von MS Werklehrmittel e.K. hat es uns großen Spaß gemacht, zu erleben, wie Solarenergie technisch funktioniert. 

Neue Thermostate braucht die Schule

Durch die Unterstützung der DEOS AG haben wir zwei Klassenräume jetzt mit elektronisch steuerbaren Thermostaten ausstatten können. Wir möchten so nachweisen, dass mit diesem Thermostaten eine wirksame Nacht- und Wochenendabsenkung der Raumtemperatur möglich ist und wir auf diese Weise eine Menge Energie sparen. Auch in Ferienzeiten soll unsere Schule künftig nicht mehr durchgeheizt werden. Unser Hausmeister Jeffrey Bott unterstützt uns dabei. Er kann auf einem Dashboard die gewünschten Temperaturen einstellen.

Alle können es sehen

Wie die Temperaturen in den beiden Testräumen (202 und 302) unserer Schule sowie in einem Vergleichsraum (103) sind, können alle jetzt live verfolgen. Auf unserer Website kann man die Temperaturverläufe und die Ventilzustände jederzeit einsehen. Leider ergibt das Bild derzeit jedoch noch keinen Erfolg. In den beiden Räumen 202 und 302 sinkt die Temperatur trotz eingestellter Thermostate bisher nie unter 20 Grad Celsius. Woran kann das liegen?

Unsere Schule "glüht"

Auch die Messkurven, die unsere eigenen Messgeräte in den Testräumen an unserer Schule aufzeichnen, zeigen: Es kann draußen so kalt sein, wie es will, in allen Klassenräumen der Schule sinken die Temperaturen nie unter 20 Grad, auch nachts, an Wochenenden und in den Ferien nicht. Wir haben mit Fachleuten darüber gesprochen, warum unsere neuen Thermostate in zwei Räumen anscheinend keinen Effekt haben. Die Hypothese: Da das Gebäude als Ganzes so stark aufgeheizt ist, richten die Thermostate in den beiden Räumen 202 und 302 gar nichts aus. Um das zu testen, könnten wir in den bevorstehenden Weihnachtsferien alle Räume der Schule mit den bestehenden Behördenventilen auf Stufe "1" herunterregeln und nur die beiden Testräume im Normalbetrieb laufen lassen. Die Weichen für diesen "Stresstest" sind bereits gestellt...

In Raum 302 funktioniert die Absenkung!

Die Thermostatsteuerung hat die ersten Anlaufschwierigkeiten überwunden und verhält sich jetzt so, wie wir uns das vorstellen. Unsere eigenen Messungen in Klassenraum 302 haben ergeben, dass sowohl die Wochenendabsenkung als auch die Nachtabsenkung der Temperaturen deutlich erkennbar sind. Sobald das Gebäude insgesamt mit den steuerbaren Thermostaten ausgestattet ist, erwarten wir einen noch stärkeren Effekt. Denn derzeit ist der gesamte Baukörper ja noch viel zu warm.

Der Stadtrat ist jetzt informiert

In einem Brief haben wir den zuständigen Bezirksstadtrat Stefan Bley über unsere Ergebnisse informiert und unseren Wunsch geäußert, möglichst bald die ganze Schule mit den elektronischen Heizkörperthermostaten auszustatten. Wir würden damit zwischen 30 und 70 Prozent Energie einsparen. Das bedeutet nicht nur einen finanziellen Gewinn für den Bezirk, sondern auch einen nennenswerten Beitrag zum Klimaschutz. Unseren ganzen Brief mit den Anlagen bekommst du beim Klick auf das Bild.

Diagramme interpretieren lernen

Das gehört nicht zum Lernstoff für eine sechste Klasse Grundschule. Aber für unsere Arbeit bei TeamEnergy ist es notwendig, dass wir die Verlaufsdiagramme für Temperaturen und Luftqualität (CO2-Gehalt der Raumluft), die sich aus unseren Messdaten ergeben, verstehen und interpretieren können. Wir üben das fast jedes Mal, wenn wir uns für zwei Schulstunden im Projekt treffen. Ein Beispiel für die Fragestellungen, um die es hier geht, findest du hier.