Unterrichtsstunde 3.4 (fakultativ): Warum richtet man ein Haus nach Süden aus?

Autoren:
Publikation:	12.4.2011
Lernstufe:	3
Ziele:	Verstehen, dass ein nach Süden ausgerichtetes Haus (auf der Nordhalb­kugel) eine bessere Ausnutzung der Energie der Sonne ermöglicht.
Angestrebte Kenntnisse:	Eine experimentelle Anordnung entwerfen können, die eine Antwort auf eine eingangs gestellte Frage liefert. Mit einem Thermometer umgehen und die Temperatur ablesen können.
Schwerpunkt:	Naturwissenschaften und Technologie
Wortschatz:	Himmelsrichtung, Ausrichtung, Raumklima
Dauer:	45 Minuten
Material:	Für jede Gruppe: eine leere Taschentuchschachtel (die Schachteln müssen alle gleich sein und insbesondere auch die gleiche Farbe haben) eine Glasscheibe (zur Not tut es auch eine Scheibe aus durchsichtigem Plastik oder Klarsichtfolie) ein Thermometer ein Kompass Für die ganze Klasse: falls die Sonne nicht scheint: ein 100 Watt-Strahler
Herkunft:	La main à la pâte, Paris

Voraussetzungen

Die Schüler sollten wissen, wie sich die Sonne am Himmel bewegt:

• Mittags (zum Sonnenmittag) steht sie höher als morgens und abends.
• Sie erreicht ihren höchsten Punkt über dem Horizont im Süden (auf der Nordhalbkugel).
• Im Sommer erreicht sie größere Höhen über dem Horizont als im Winter.

Falls die Schüler sich noch nie mit dem Lauf der Sonne befasst haben, sollten ein oder zwei Unterrichtsstunden diesem Thema gewidmet werden. Einen schnellen, hier ausreichen­den Zugang findet man zum Beispiel auf der Seite: www.sonnentaler.net/aktivitaeten/astronomie/himmel-erde/eratos/sonnenmittag/simulation1.html

Einstiegsfrage

Der Lehrer erinnert die Kinder an die ursprüngliche Fragestellung: "Wir wollten wis­sen, wie man fürs Heizen weniger Energie verbrauchen könnte. Wir haben gesehen, wie wichtig die Dämmung ist. Was kommt sonst noch in Betracht? Ist es möglich, das Haus zu heizen, ohne Energie zu verbrauchen?" Die Kinder antworten unter anderem: "Man kann die Ener­gie der Sonne nutzen." Man kann die Sonnenenergie unmittelbar nutzen (Glasveranda, ...) oder indirekt – mit Solarmodulen lässt sich Elektrizität erzeugen (Fotovoltaik) und mit Son­nen­kollektoren Wasser erwärmen.

Der Lehrer fragt: "Wie kann man Sonnenenergie zur Heizung des Hauses nutzen?" Er versucht das Augenmerk auf die Fenster zu lenken. Die Klasse kann sich zum Beispiel vornehmen, mehrere "Häuser mit Fensterfront" zu bauen und sie in ver­schiedenen Himmelsrichtungen der Sonne auszusetzen und dann zu beobachten, welche Temperaturen im Inneren herrschen.

Untersuchung mit Experiment

In Gruppen prüfen die Schüler den Einfluss der Ausrichtung ihrer "Häuser". Sie bauen sehr einfache Häuser, zum Beispiel mit den Taschentuch­schachteln, wobei sie die Öffnung mit Klarsichtfolie bedecken, als Ersatz für das Fensterglas. Damit das Experiment möglichst realistisch ist, wird die Schachtel "senkrecht" aufgestellt, so als wäre die Öffnung ein Fenster. Das Experiment sollte zum Sonnenmittag durchgeführt werden, wenn die Sonne am höchsten steht. Sie steht dann im Süden (auf der Nordhalbkugel). Zur Messung der Temperatur wird ein Loch in die Schachtel gebohrt, gerade groß genug um das Thermometer aufzunehmen. Die Gruppen lassen ihre Schachteln eine halbe Stunde in der Sonne stehen (während dieser Zeit beschreiben sie ihre Anordnung in ihren Arbeitsheften), dann messen sie die Temperatur.

Abb. 1: Eine nach Süden ausgerichtete Taschentuchschachtel
(2./3. Klasse von Isabelle Salier und Muriel Levresse, Straßburg, Frankreich)

Gemeinsame Erörterung

Die "Häuser", deren "Fenster" nach Süden ausgerichtet wurden, zeigen eine höhere Tempe­ratur an als die anderen. Die Klasse kommt zu der Einsicht, dass man die Sonnenenergie am effizientesten nutzt, wenn man die Fensterfront nach Süden ausrichtet. Jetzt kommt der Grund­riss des Hauses ins Spiel, es wird an die lebensnotwendigen und die nicht lebens­not­wendigen Anforde­rungen an das Wohnen erinnert (siehe Unterrichtseinheit 1): "Welche Räume sollten besonders hell und angenehm temperiert sein? Wie sollten die Zimmer angelegt sein, damit die Sonne möglichst gut genutzt wird?"

Die Klasse schließt, dass die Aufenthaltsräume (das Wohnzimmer zum Beispiel) nach Süden ausgerichtet sein sollten, die eher "technischen" Räume (Garage, Abstellraum usw.) können dagegen nach Norden liegen.

Untersuchung

Der Lehrer warnt die Schüler vor einer Schwierigkeit: Ein Haus mit einer großen Fensterfront nach Süden könnte im Sommer sehr heiß werden. "Wie kann man im Winter von der Sonnenwärme profitieren, ohne im Sommer unter ihr zu leiden?"

Die Schüler sollten jeder für sich die Frage mit einer schematischen Darstellung be­antworten.

Gemeinsame Erörterung

Alle Ideen, wie man sich im Sommer vor der Sonne schützen kann, werden erörtert: Manche schlagen drehbare Häuser vor, die nach Wunsch ausgerich­tet werden können. Andere den­ken eher an schattenwerfende Einrichtungen: eine Pergola zum Beispiel, ein Vordach oder ein überstehendes Dach. Die letzten beiden Möglichkeiten sind leicht zu realisieren und sehr effektiv.

Das Dach sollte so weit vorstehen, dass die Sonnenstrahlen im Sommer – wenn die Sonne hoch am Himmel steht – auf das Vordach fallen und nicht auf die Fenster. Im Winter dagegen, bei niedrigem Sonnenstand, fallen sie auf die Fensterfront und heizen die Wohnung. Auch durch Bäume und Sträucher ver­schiedenster Art lässt sich das Raumklima beeinflussen.

Abb. 2: Sonnenstand im Sommer und im Winter

Zusammenfassung

Die Klasse einigt sich zum Beispiel auf die folgende Zusammenfassung: "Sonnen­energie lässt sich nutzen, wenn man die Fensteröffnungen nach Süden aus­richtet. Damit es im Sommer nicht zu heiß wird, sollte das Dach über den Fenstern weit genug überstehen."

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