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Unesco-Dekade

Eisblockwette für Schüler - Experiment zur Wärmedämmung (Kl. 7-10)

Ziele

Die Rolle der Wärmedämmung für das Energiesparen und den Klimaschutz kennen lernen und dafür öffentlich "Werbung" machen. Ideen zum Energiesparen entwickeln.

Fachbezug

Kl. 7/8

Kl. 9/10

Vorbereitungs- und Durchführungsaufwand

II (mittel)

Zeitbedarf

1 Projekttag + nachfolgende Beobachtung

Voraussetzungen und Vorbereitung

Die Klimadetektive kümmern sich überwiegend um ein intelligentes Nutzerverhalten an ihrer Schule (inclusive sinnvoller Nutzung der technischen Systeme). Die Bewertung - oder gar Verbesserung - des Schulgebäudes unter energetischen Gesichtspunkten spielt dabei nur eine nachgeordnete Rolle, weil Sie und Ihre Schüler darauf eher wenig Einfluss haben, bzw. weil Veränderungen hier in der Regel nur langfristig möglich und teuer sind. Andererseits hat der Zustand des Schulgebäudes ganz erheblichen Einfluss auf Ihren Heizenergieverbrauch!

Wenn Sie darauf aufmerksam machen wollen, können Sie die Idee der Eisblockwette nutzen, die in den vergangenen Jahren in mehreren Europäischen Ländern durchgeführt worden ist, um auf den Nutzen einer guten Wärmedämmung hinzuweisen.

Für das Experiment Eisblockwette brauchen Sie einen größeren Posten an Baumaterial; nehmen Sie aus Kosten- und Umweltschutzgründen möglichst Abfallmaterial!

Zur Verarbeitung benötigen Sie Schere, ggf. Säge (Fuchsschwanz), Bohrer und Schraubendreher. Für die Gestaltung der "Häuser" eignen sich z.B. Temperafarben.

Für jede Gruppe brauchen Sie einen gleich großen Eisblock; diese Eisblöcke können Sie z.B. herstellen, indem Sie in einem 1-l-Lebensmittelgefäß (Haushaltsverpackung für Milchprodukte) jeweils 900 ml Wasser in einer Tiefkühltruhe einfrieren. Diese Bedingungen können Sie auch abwandeln; entscheidend ist nur, dass alle Gruppen die gleichen Bedingungen haben.

Sie brauchen schließlich eine Waage, um am Ende der Aktion die (dann noch verbliebenen) Eisblöcke auszuwiegen.

Ein Fotoapparat / eine Digitalkamera / ein Fotohandy kann wertvolle Dienste für die Dokumentation leisten.

Es ist sinnvoll, die "Häuser" am Anfang der Woche zu bauen, denn dann können Sie an den folgenden Wochentagen jeweils den Zustand der Eisblöcke kontrollieren.

Durchführung

Einführung (1-2 Stunden)

Die Einführung richtet sich nach dem Kontext, in den Sie die Eisblockwette einbinden.

Der physikalische Grundgedanke der Eisblockwette ist, dass ein gut gedämmtes Gebäude nicht nur warme Innenräume gegen die Kälte von außen schützt, sondern auch umgekehrt einen kalten Innenraum gegen die Wärme von außen.

Ihre Schüler mögen sich in mehrere Kleingruppen einteilen.

Jede Gruppe bekommt nun den Auftrag, ein "Haus" zu bauen. Dieses soll die Außenmaße 50x50x50 cm haben. Es soll eine Öffnung haben und Im Inneren so groß sein, dass das Lebensmittelgefäß mit dem Eisblock hineinpasst. Das Haus soll möglichst gut gedämmt werden, so dass der Eisblock möglichst lange hält. Sieger der Aktion ist die Gruppe, deren Eis am längsten hält.

Den Schülern steht es dabei frei, welche Materialien sie einsetzen und wie stark sie ihre Dämmstoff-Schichten bauen - nur die Außenmaße des Hauses dürfen nicht überschritten werden.

Bau (2-4 Stunden)

Die Schülergruppen sollten zunächst überlegen, welchen Dämmstoff und wie viel davon sie verwenden möchten und wie sie den Dämmstoff in ihrem Haus sinnvoll befestigen können.

Sie versorgen sich dann mit Material und bauen ihr Haus.

Die "Häuser" sollen zum Schluss auch von außen ansprechend gestaltet werden.

 

Sicherheitshinweise für den Umgang mit Mineralwolle

Mineralwolle hat eine hervorragende Dämm-Wirkung. Sie stand eine Zeitlang in der Kritik, dass die darin enthaltenen Fasern Krebs auslösen können - ähnlich wie Asbest. Seit dem Jahr 2000 ist jedoch die Herstellung und Verwendung von Mineralwollefasern mit solchen Eigenschaften in Deutschland verboten. Wenn Sie heute Mineralwolle kaufen und insbesondere wenn diese das RAL-Gütezeichen trägt, brauchen Sie sich um dieses Risiko keine Sorgen zu machen.

Wer "moderne" Mineralwolle verarbeitet, sollte jedoch die Mindest-Arbeitsschutzmaßnahmen zum Schutz vor Stäuben bzw. zum Schutz der Haut beachten.

Quellen: Kluger (2001) und Berufsgenossenschaften der Bauwirtschaft

 

Wenn alle Häuser fertig sind, holen Sie die Wassergefäße aus der Tiefkühltruhe und verteilen sie an die Gruppen. Die Schüler stellen die Eisblöcke mitsamt Gefäß in ihr Haus und verschießen dieses.

Die Häuser werden an einen ruhigen Ort im Schulgebäude gestellt (sie dürfen insbesondere nicht geschüttelt oder schräg gehalten werden, weil auslaufendes Wasser die Dämm-Wirkung drastisch verringern würde), und nun heißt es Warten.

Auswertung und Präsentation (1-2 Stunden)

Kontrollieren Sie am nächsten Tag die Eisblöcke gemeinsam mit Ihren Schülern. Entnehmen Sie diese vorsichtig (bereits vorhandenes Schmelzwasser verbleibt im Gefäß!), trocknen Sie sie grob ab und verwiegen Sie sie. Protokollieren Sie die Messwerte. Legen Sie dann jeden Eisblock zurück in sein Gefäß und stellen Sie dieses wieder in sein Haus.

Verfahren Sie an den folgenden Tagen wieder genauso, bis alle Eisblöcke geschmolzen sind.

Die Gruppe, bei der am Ende noch das meiste Eis übrig ist, ist Sieger.

Werten Sie aus, wie die Gruppe es geschafft hat, ihr Haus besonders gut zu dämmen! Was sind die Erfolgsfaktoren einer guten Wärmedämmung?

Können Sie die gewonnenen Erkenntnisse auf Ihr Schulgebäude übertragen?

Überlegen Sie, wie Sie Ihre Erkenntnisse in der Schulöffentlichkeit präsentieren können! Gestalten Sie z.B. eine kleine Ausstellung mit Ihren "Häusern".

Erfahrungen und Ergebnisse

Um das Experiment auszuprobieren, habe ich 1 kg (1 l) Wasser in einem Lebensmittelbehälter auf -24°C eingefrohren und das Gefäß mit Eisblock dann in in einen gut schließenden Styroporkasten gepackt (4 cm Wandstärke, Abfallstück aus dem Laborbedarf; ähnliche Verpackungen sind ggf. auch aus dem Lebensmittelhandel zu bekommen).

Eisblock

Ich habe den Kasten in ein normal beheiztes Zimmer gestellt. Einen zweiten Eisblock in einem identischen Lebensmittelgefäß habe ich ungeschützt in das Zimmer gestellt. Die nachfolgende Tabelle zeigt, wie lange die Eisblöcke "überlebt" haben.

Auswertung Eisblockversuch
  50% des Eisblocks geschmolzen nach... 100 % des Eisblocks geschmolzen nach...
Eisblock im Gefäß im Styroporkasten 24 h 40 h
Eisblock im Gefäß ungeschützt im Zimmer 6 h 12 h

Die hier eingesetzten 4 cm Dämmstoff sind allerdings längst nicht mehr zeitgemäß. Wenn Sie einmal eine Baustelle beobachten, können Sie sehen, dass dort heutzutage z.B. 10-20 cm starke Dämmstoffschichten verbaut werden. Die Energieagentur NRW hat ermittelt, dass angesichts steigender Energiepreise sogar Dämmstoff-Stärken bis 30 cm lohnend sind, d.h. die Investition rechnet sich nach einigen Jahren aufgrund der eingesparten Heizkosten.

Spezielle Tipps

Schaffen Ihre Schüler es, ihr „Haus“ so gut zu dämmen, dass ihr Eisblock noch länger hält als meiner? Wenn ja, dann präsentieren Sie Ihre Ergebnisse auf der facebookseite der Klimadetektive www.facebook.com/Klimadetektive !

Literatur und Kontakte

Hinweise zum korrekten Umgang mit Mineralwolle geben:

Bitte nutzen Sie auch folgende Informationen auf diesem Server:

 

Förderer und Partner der Klimadetektive