Unterrichtsstunde 3.7: Bau und Erprobung des Wasserboilers
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| Publikation: | 12.4.2011 |
| Lernstufe: | 3 |
| Ziele: | Die verschiedenen von der Klasse geplanten solarbetriebenen Wasserboiler bauen, ausprobieren und miteinander vergleichen. |
| Angestrebte Kenntnisse: |
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| Schwerpunkt: | Naturwissenschaften und Technologie |
| Wortschatz: | Wasserboiler |
| Dauer: | 1 Stunde 30 Minuten (mit einer einstündigen Pause in der Mitte) |
| Material: | Wie für die Unterrichtsstunde 3.5 |
| Herkunft: | La main à la pâte, Paris |
Bau des Wasserboilers
Aufgeteilt in Gruppen bauen die Schüler ihre Wasserboiler.
Abb. 1: Ein selbstgebauter Warmwasserboiler
Erprobung der mit Sonnenenergie betriebenen Wasserboiler
Sobald schönes Wetter herrscht, testen die Gruppen ihre Wasserboiler im Freien. Dabei messen sie:
- die Temperatur des einlaufenden Wassers,
- die Temperatur des auslaufenden Wassers (nach einer Einstellzeit von ein paar Minuten bis zu einigen zehn Minuten).
Am besten finden die Tests in der Mittagszeit statt, wenn die Sonne am höchsten steht (zum Sonnenmittag; in Berlin zum Beispiel also gegen 13 Uhr). Zur Berechnung des Sonnenmittags siehe www.sonnentaler.net/aktivitaeten/astronomie/himmel-erde/eratos/winkel/vorbereitungen.html#bestimmung-sonnenmittag.
Abb. 2: Weitere Modelle werden begutachtet.
Wissenschaftliche Anmerkung
Die von den Schülern gebauten Wasserboiler kommen den tatsächlich im Hausbau verwendeten Wasserboilern sehr nahe. Der Hauptunterschied besteht darin, dass kommerzielle thermische Solaranlagen einen geschlossenen Kreislauf mit einer speziellen Flüssigkeit verwenden und das Wasser in einem Wärmetauscher erhitzt wird.
Gemeinsame Erörterung
Die Temperatur steigt sehr schnell an, schon nach ein paar Minuten fühlt sich das auslaufende Wasser deutlich wärmer an als das einlaufende. Wenn man 10-20 Minuten wartet, oder sogar bis zu einer Stunde, werden beeindruckende Temperaturen erreicht: 50°C oder 60°C für die besten Anordnungen (gute Dämmung, Doppelglas, geschickte Ausrichtung, passendes Gefälle, schwarzer Schlauch usw.).
Zurück im Klassenraum werden die Ergebnisse der einzelnen Gruppen verglichen. Die Schüler versuchen zu verstehen, warum manche Wasserboiler besser funktionieren als andere. Das ist nicht immer leicht!
Der Lehrer fragt, für welche Zwecke man im Haushalt warmes Wasser braucht (zum Baden, Duschen, zum Geschirrabwaschen, Putzen, ...) und wie warm es dafür gewöhnlich sein sollte. Alle Schüler, die kleine Geschwister haben, wissen zum Beispiel, dass das Badewasser höchstens 37°C warm sein sollte. Daraus wird gefolgert, dass unser Wasserboiler das Wasser für den Hausgebrauch hinreichend erwärmt.
Abb. 3: Ergebnis der Erprobung der verschiedenen Wasserboiler
Zusammenfassung
Die gemeinsam erarbeitete Zusammenfassung wird im Arbeitsheft und auf dem Poster der Klasse eingetragen: "Man kann mit Sonnenenergie Wasser erwärmen. Diese Energie kostet nichts, sie ist unerschöpflich und verschmutzt die Umwelt nicht!"
Wissenschaftliche Anmerkungen
- Diese für die Grundschule hinreichende Zusammenfassung entspricht natürlich nicht ganz der Realität: Auch die Verwendung von Sonnenenergie beeinflusst die Umwelt, man denke nur an die verwendeten Materialien. Die Auswirkungen auf die Umwelt sind jedoch sehr gering und tun der Tatsache keinen Abbruch, dass die Verwendung von Sonnenenergie im Haushalt ökologisch gesehen empfehlenswert bleibt.
- Auf kommunaler Ebene, also über den einzelnen Haushalt hinaus, kommen noch andere Lösungen in Betracht: zum Beispiel Wasser- und Windkraft.
Mögliche Fortsetzungen
Man kann die Untersuchung des mit Sonnenenergie betriebenen Wasserboilers noch vertiefen: Verwendung von Doppelglas, Einsatz eines Thermosiphons (Nutzung der Schwerkraft statt einer Umwälzpumpe) im Wasserkreislauf, oder eines Wärmetauschers. Man kann Vergleiche mit anderen Einrichtungen zur Warmwassergewinnung anstellen, eine Anlage im großen Maßstab planen, für die Schule zum Beispiel, ... Daraus kann ein Projekt entstehen, das über mehrere Wochen geht![1] Die Arbeit kann auch in die Untersuchung eines "wirklichen" solarbetriebenen Wasserboilers münden.
Fußnote
1: Wir verweisen auf die hervorragende Dokumentation von Christine Blaisot: "Chauffer de l'eau grâce au Soleil: est-ce possible? Est-ce valable?" (Warmwasser dank der Sonne, ist das möglich? Ist das gut?), preisgekrönt mit dem "Prix La main à la pâte 2007".
Letzte Aktualisierung: 18.1.2022
