Unterrichtsstunde 3.3 (fakultativ): Wie kann man ein Haus belüften, ohne die Wärmeisolierung zu beeinträchtigen?
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| Publikation: | 12.4.2011 |
| Lernstufe: | 3 |
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| Angestrebte Kenntnisse: |
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| Schwerpunkt: | Naturwissenschaften und Technologie |
| Wortschatz: | Belüftung, Ventilator, Klimaanlage, Luftbrunnen, Temperaturschwankung (Tag-Nacht, jahreszeitlich) |
| Dauer: | 1 Stunde 15 Minuten |
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Für jede Gruppe:
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| Herkunft: | La main à la pâte, Paris |
Einstiegsfrage
Der/die Lehrer/in kommt noch einmal auf die Frage zurück: "Warum sollte ein Haus wärmegedämmt sein? Wärmedämmung sorgt für einen geringeren Wärmeaustausch (und folglich einen geringeren Energieverbrauch). Könnte eine zu starke Dämmung auch schaden?" Die Schüler/innen sollen sich klarmachen, dass ein thermisch vollständig isoliertes Haus einem abgedichteten Kasten gleicht, der ungesund wäre, weil keine Frischluft zugeführt wird. Der/die Lehrer/in kann die Schüler/innen fragen, was passieren würde, wenn sie in einem solchen Kasten ohne Öffnung eingesperrt wären.
Die Klasse erörtert dann, warum ein Haus gut belüftet werden muss: Weil wir atmen, aber auch wegen der aus Ofen oder Herd entweichenden Schadstoffe, wegen der Feuchtigkeit usw. Die Schüler/innen sollen alle Belüftungsmöglichkeiten für ein Haus auflisten (wo sind Öffnungen?). Die Klasse stellt fest, dass alle Belüftungseinrichtungen (Fenster, Belüftungsschächte usw.) unmittelbar ins Freie führen. Das heißt: Im Winter kommt kalte und im Sommer heiße Luft ins Haus.
"Wie lässt sich ein Haus im Winter – wenn es sehr kalt ist – belüften, ohne die kalte Luft hineinzulassen?"
Die Schüler/innen kommen zum Beispiel darauf, die Luft vorzuwärmen ("wir schicken sie durch eine Heizung"), aber das kostet Energie. Die/der Lehrende lenkt die Schüler/innen in eine ganz bestimmte Richtung, indem sie/er nach dem Raum im Haus fragt, der das ganze Jahr über mehr oder weniger die gleiche Temperatur hat. Schnell kommen sie auf den Keller: Im Winter ist es dort wärmer als draußen, und im Sommer kühler.
Literaturrecherche
Gemeinsam denkt sich die Klasse ein Experiment aus, das zeigen könnte, dass sich die Temperatur im Keller das ganze Jahr über nur wenig ändert. Da man den Versuch nicht durchführen kann (er würde sich ja über Monate hinziehen!), greift die/der Lehrende auf Daten der Messstation Potsdam-Telegrafenberg zurück. Dort wird seit vielen Jahren, viermal pro Tag, die Bodentemperatur in unterschiedlichen Tiefen gemessen (siehe die Bodentemperaturreihen des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung).
Sie/er verteilt eine Fotokopie des Arbeitsblattes 10. Die Schüler/innen sollen anhand der Tabelle im Arbeitsblatt die Temperaturschwankungen an der Erdoberfläche ausrechnen, sowie in 2 cm, in 50 cm und in 2 m Tiefe.
Gemeinsame Erörterung
Die Schüler/innen teilen sich gegenseitig die Ergebnisse ihrer Rechnungen mit und stellen gemeinsam fest, dass die Temperaturschwankungen im Erdboden geringer sind als an der Oberfläche: Im Winter sinkt die Temperatur weniger ab und im Sommer steigt sie weniger an. Der/die Lehrer/in fragt anschließend: "Ist es möglich, die Luft durch die Erde zu leiten, bevor damit das Haus belüftet wird?" Die Schüler/innen sollen sich eine solche Anlage überlegen, sie im Arbeitsheft zeichnen und die Zeichnung beschriften. Die verschiedenen Ideen werden anschließend allen vorgestellt.
Abb. 1: Kinderzeichnung: ein Haus mit Luftbrunnen
(Nach einer Zeichnung aus der 3./4. Klasse von Isabelle Josse,
Genac, Frankreich)
Formative Evaluation
Pädagogische Anmerkung
Eine formative Evaluation soll nicht dazu dienen, die Schüler/innen zu benoten. Sie soll lediglich sicherstellen, dass bestimmte Begriffe verstanden wurden. Je nach Ergebnis muss eventuell der weitere Verlauf des Projektes angepasst werden.
Der/die Lehrer/in teilt die Klasse in kleine Gruppen und verteilt an eine Hälfte der Gruppen das Arbeitsblatt 11, an die andere das Arbeitsblatt 12. Das eine Arbeitsblatt gilt für den Sommer, das andere für den Winter. Beide Arbeitsblätter enthalten zwei Bilder (ein richtiges und ein falsches). Nach ungefähr einer Viertelstunde kommen die Gruppen wieder zusammen und die/der Lehrende erklärt, wie die in den Arbeitsblättern dargestellte Belüftung funktioniert: Anstatt die Frischluft unmittelbar zuzuführen, leitet man sie durch ein Rohrsystem im Erdboden, wodurch sich ihre Temperatur der gewünschten Zimmertemperatur nähert. Statt der sehr kalten Luft, die im Winter durch "direkte" Öffnungen von draußen ins Haus eindringt, erhält man auf diese Weise mildere Frischluft. Entsprechendes gilt für den Sommer. Ein solcher Erdwärmetauscher wird auch Luftbrunnen genannt.
Wissenschaftliche Anmerkung
- Der Luftbrunnen funktioniert nur mit einem Ventilator. Er ist besonders für Einfamilienhäuser geeignet und führt, sommers wie winters, zu nicht unerheblichen Energieeinsparungen.
- Der Luftbrunnen wurde in den 1970er Jahren wiederentdeckt, das Prinzip wurde allerdings schon in der Antike angewandt.
Schlussfolgerung
Die Schlussfolgerung wird gemeinsam erarbeitet und sowohl im Arbeitsheft als auch auf dem Poster der Klasse festgehalten.
"Durch die Belüftung wird die Luft in der Wohnung oder im Haus erneuert. Frische Luft ist unerlässlich für ein gesundes Wohnen. Wenn man Frischluft zuführen möchte, ohne die Wirkung der Wärmedämmung allzu sehr zu beeinträchtigen, sollte man einen Luftbrunnen bauen und die geringere jahreszeitliche Temperaturschwankung im Boden ausnutzen."
