Unterrichtsstunde 12b (fakultativ): Wie kann man Wasser mit Sonnenenergie erwärmen?
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| Publikation: | 18.3.2009 |
| Lernstufe: | 3 |
| Ziele: | Einen mit Sonnenenergie betriebenen Wasserboiler entwerfen. |
| Angestrebte Kenntnisse: |
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| Wortschatz: | Sonnenenergie, Warmwasserboiler |
| Dauer: | 1 Stunde |
| Material: |
Für jede Gruppe:
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| Herkunft: | La main à la pâte, Paris |
In dieser und in der folgenden Unterrichtsstunde können viele der bereits erworbenen Kenntnisse wieder angewendet werden (Einfluss der Farbe auf die Temperatur eines Gegenstandes, Funktionsweise eines Treibhauses, Ausrichtung in Bezug auf die Sonne, Bedeutung der Wärmedämmung usw.). In den beiden Stunden wird außerdem anschaulich klar, wie wir durch die Nutzung erneuerbarer Energien und insbesondere der Sonnenenergie den Ausstoß von Treibhausgasen reduzieren können.
Planung eines mit Sonnenenergie betriebenen Warmwasserboilers
Der Lehrer fragt die Schüler, ob es möglich sei, mit Sonnenenergie das Wasser im Haus zu erwärmen und, wenn ja, wie man das macht und auf welche Punkte man beim Bau eines mit Sonnenenergie betriebenen Warmwasserboilers achten sollte.
Zunächst denken die Schüler selber nach, dann kann der Lehrer ihnen eventuell mit folgenden Schlüsselfragen auf die Sprünge helfen:
- Wie soll das Wasser vor der Erwärmung aufbewahrt werden (in welchem Behälter und wo)?
- Wie soll das Wasser zirkulieren?
- Was tun, damit das Wasser so warm wie möglich wird?
- Sollte man, wie beim Treibhaus, eine Scheibe anbringen?
- Welche Farbe sollte der Behälter haben?
- Wie muss der Boiler ausgerichtet sein?
- Wo sollte man den Boiler aufstellen? (An der Außenwand des Hauses? Auf dem Dach? Im Garten oder auf der Erde?)
Der Lehrer stellt die verfügbaren Materialien vor und teilt die Schüler in Gruppen auf. Jede Gruppe soll eine schematische Darstellung ihres Boilers anfertigen und genau überlegen, welche Materialien für den Bau gebraucht werden. Falls sie es möchten, können sie auch nicht vorhandene Materialien verwenden, wenn sie diese von zu Hause mitbringen können und sie nicht gefährlich sind.
Gemeinsame Besprechung
Jede Gruppe bestimmt einen Berichterstatter, der ihr Vorhaben an der Tafel vorstellt und erklärt, warum sie sich für genau diese Ausführung entschieden hat.
Manche Gruppen schlagen vielleicht eine sehr einfache Anordnung vor (eine schwarz angemalte Wasserflasche, die in die Sonne gestellt wird), andere eine etwas aufwändigere (die gleiche Flasche, umgeben von Spiegeln, um die Wärme auf der Flasche zu konzentrieren), wieder andere möglicherweise sogar sehr ausgetüftelte Ausführungen, wie zum Beispiel ein schwarzer Schlauch in einem Minitreibhaus, in dem Wasser aus einem Behälter (Wasserflasche) zirkulieren kann, wobei der Durchfluss entweder durch Anheben der Flasche oder durch Zusammenquetschen des Schlauchs mit einer Wäscheklammer geregelt werden kann. Dieser letzte Aufbau läuft auf eine sehr interessante Arbeit hinaus.
Abb. 1: Eine mögliche Konstruktion für einen sonnenenergiebetriebenen Warmwasserboiler
Damit der Warmwasserboiler möglichst gut funktioniert, sollte:
- das Wasser so lange wie möglich der Sonne ausgesetzt werden. Es darf also in dem Aufbau nur langsam fließen (dünner Schlauch, geringes Gefälle, mehrere umeinandergewickelte Windungen des Schlauchs);
- bei gleichem Wasservolumen die der Sonne ausgesetzte Fläche möglichst groß sein. Ein umeinandergewickelter, dünner Schlauch ist besser als einfach eine Flasche zu verwenden;
- der Schlauch schwarz sein, damit er möglichst viel Sonnenlicht absorbiert;
- der Schlauch in einem abgeschlossenen Behälter liegen, der mit einem Fenster verschlossen ist (es wird wieder ein Treibhaus gebaut);
- der Behälter die Sonnenstrahlen auf den Schlauch hinlenken (Spiegel oder Alufolie an den Wänden);
- der Behälter so ausgerichtet sein, dass die Sonnenstrahlen senkrecht auf das Fenster fallen;
- der Behälter wärmeisoliert sein, damit durch die Wände so wenig Wärme wie möglich verlorengeht.
Die Schüler bauen ihren Boiler. Sie können auch Wetten abschließen, welche Gruppe wohl den wirksamsten Boiler entworfen hat.
Bau des Boilers
Die Schüler beginnen mit dem Bau ihrer Boiler, der in der folgenden Unterrichtsstunde fertiggestellt wird.
Abb. 2: Befestigung des Schlauchs auf dem Boden einer Wanne [1]
Fußnote
1: 5. Klasse von Christine Blaisot, Le Mesnil Esnard, Frankreich
Letzte Aktualisierung: 29.11.2023
