Unterrichtsstunde 3.6: Einen mit Sonnenenergie betrie­benen Wasserboiler entwerfen

Ziele: Die Konstruktionsmerkmale eines mit Sonnenenergie betriebenen Wasser­boilers kennen: Ein- und Ausgang, Abdichtung, Ausrichtung zur Sonne.
Angestrebte Kenntnisse:
  • Eine Aufgabenliste erstellen können.
  • Handwerkliche und technische Fähigkeiten entwickeln.
  • Ein Versuchsprotokoll erarbeiten können.
Schwerpunkt: Naturwissenschaften und Technologie
Wortschatz: Wasserboiler
Material: Wie für die Unterrichtsstunde 3.5

Einstiegsfrage

Die/der Lehrende fragt die Klasse, wie man das bisher Gelernte anwenden könnte, um einen möglichst gut funktionierenden, mit Sonnenenergie betrie­benen Wasserboiler zu bauen. Dazu müssen alle Parameter optimal zusammen­wirken und es sollte Folgendes bedacht werden:

  • Es sollte jeweils nur eine geringe Wassermenge erhitzt werden.
  • Der Behälter sollte so großflächig wie möglich sein.
  • Er sollte (innen) schwarz oder mit Alufolie ausgekleidet sein.
  • Die Wände sollten mit Dämmstoff versehen werden.
  • Der Deckel sollte transparent sein (Glas, Plastik, Klarsichtfolie).

Pädagogische Anmerkung

Falls nicht alle Parameter in der vorherigen Unterrichtsstunde behandelt werden konnten, ist es an der Zeit, dies jetzt nachzuholen.

Untersuchung mit Experiment

In Gruppen aufgeteilt entwerfen die Schüler/innen eine Anordnung, mit der man Wasser möglichst effizient erwärmen kann. Sie berücksichtigen dabei die bereits genannten Parameter (und eventuell noch weitere, die mit dem/der Lehrer/in erörtert wurden).

Gemeinsame Erörterung

Es wird festgestellt, dass man durch möglichst geschickte Zusammenstellung der Para­meter das Wasser sehr effizient erwärmen kann (um etliche Grad!). Der/die Lehrer/in fragt die Schüler/innen anschließend, wie man denn zu Hause Wasser erwärmen könne. Die Schüler/innen sollen dabei sämtliche Bedingungen beachten, die für einen guten Betrieb des Wasserboilers nötig sind: Dichtig­keit, Kaltwasserzufluss, Warmwasserentnahme, optimale Anbringung am Haus/Ausrichtung, Durchflussregulierung, ...

Technische Anmerkung

Dichte Verbindungen lassen sich gut mit Neoprenkleber herstellen.

Der Wasserboiler, den die Klasse entworfen hat, besteht aus:

  • einem Schlauch oder Rohr, in dem das Wasser zirkulieren kann. Damit es möglichst lang der Sonnenstrahlung ausgesetzt bleibt, darf das Wasser nur langsam durch den Schlauch fließen, d. h. der Schlauch ist dünn und in mehreren Windungen, mit nur schwa­chem Gefälle, verlegt. Der Schlauch ist schwarz angestrichen;
  • der Schlauch liegt in einem geschlossenen Kasten, der innen schwarz ist oder mit Alu­folie ausgekleidet wurde;
  • eine Wand ist verglast (oder mit Klarsichtfolie bespannt);
  • alle anderen Wände sind mit Dämmstoff umhüllt (Wolle, Styropor, Kork, ...);
  • der Schlauch ist auf der Eingangsseite mit einem Kaltwasserbehälter und auf der Ausgangsseite mit einem Warmwasserbehälter verbunden;
  • es gibt eine Möglichkeit, den Durchfluss zu regeln (Hahn, Wäscheklammer, ...).

Niederschrift

Die Schüler/innen stellen ihren Entwurf im Arbeitsheft schematisch dar.

Foto: Entwurf eines solarbetriebenen Warmwasserboilers

Abb. 1: Entwurf eines solarbetriebenen Warmwasserboilers (Auszug aus einem Arbeitsheft der 4. Klasse (CM1) von Emmanuelle Wilgenbus, Antony, Frankreich)

Projektpartner

La main à la pâte Stiftung Sonnentaler