Heizungssysteme

1. Heizungssysteme Wintersemester 2004/2005

2. Heizungssysteme Anja Kelm und Katrin Jackisch 2 Gliederung Aufgabenstellung Lösungsweg Einordnung in den Rahmenlehrplan Aufgabencheck Didaktische Funktion und Bildungsweg

3. Heizungssysteme Anja Kelm und Katrin Jackisch 3 Warum ist und bleibt der Esel ein Esel? Ein alter Esel hat großen Hunger. Glücklicherweise gibt es für sein Bedürfnis, Möglichkeiten der Befriedigung. Sein altes Eselherz lacht, denn das Heu duftet frisch und er hat zwei Haufen Heu für sich ganz allein. Der Esel muss sich nun entscheiden: Welchen Haufen fresse ich zuerst? Fazit: Der Esel ist verhungert, weil er sich nicht entscheiden konnte. Die nächste Folie verdeutlicht, dass Heizung und die Warmwasserproduktion 60 % unseres privaten Energieverbrauchs einnehmen. Die Entscheidung für das „richtige“ Heizungssystem ist aus ökologischer und ökonomischer Sicht, sowie für die soziale Sicherheit enorm wichtig.Die nächste Folie verdeutlicht, dass Heizung und die Warmwasserproduktion 60 % unseres privaten Energieverbrauchs einnehmen. Die Entscheidung für das „richtige“ Heizungssystem ist aus ökologischer und ökonomischer Sicht, sowie für die soziale Sicherheit enorm wichtig.

4. Heizungssysteme Anja Kelm und Katrin Jackisch 4 Abb. Aus: Buso, S. 4 BUSO Bund Solardach eGBUSO Bund Solardach eG

5. Aufgabenstellung Stellt euch vor, ihr wäret dabei euer Traumhaus zu entwerfen und sollt euch nun für ein Heizungssystem entscheiden. Bei der Informationssuche sind folgende Punkte zu beachten: 1. Welche Heizungssysteme sind euch bis jetzt bekannt? 2. Informiert euch über verschiedene Arten von Heizungssystemen und stellt diese der Klasse vor! Stellt dabei Vor- und Nachteile heraus! Skizziert den Gebäudeschnitt eures Traumhauses! Zeichnet die Heizungsanlage so ein, dass Aufbau und Funktionsweise der Heizung ersichtlich werden! 4. Ihr wollt sehr umweltbewusst bauen und entscheidet euch daher für welches System? Begründet eure Entscheidung! 5. Welche Heizungssysteme wird es in der Zukunft vermehrt geben?

6. Heizungssysteme Anja Kelm und Katrin Jackisch 6 Lösungsweg

7. Heizungssysteme Anja Kelm und Katrin Jackisch 7 Brainstorming 1. Welche Heizungssysteme sind euch bis jetzt bekannt? Als Einstieg zu dem Thema werden die Schüler gefragt, welche Heizungssysteme sie kennen. Das Ergebnis hierfür wird in einem Brainstorming an der Tafel festgehalten.

8. Heizungssysteme Anja Kelm und Katrin Jackisch 8

9. Heizungssysteme Anja Kelm und Katrin Jackisch 9 Brainstorming Der Lehrer gibt den Schülern Tipps durch Fragen. Diese könnten zu, Beispiel lauten: Welches Heizungssystem habt ihr zu Hause? Wie heizen eure Großeltern? Wie wird in Ein- oder Mehrfamilienhäusern geheizt?

10. Heizungssysteme Anja Kelm und Katrin Jackisch 10 Gruppenarbeit 2. Informiert euch über verschiedene Arten von Heizungssystemen und stellt diese der Klasse vor!  Stellt dabei Vor –und Nachteile heraus!

11. Heizungssysteme Anja Kelm und Katrin Jackisch 11 Gruppenarbeit Der Lehrer stellt den Schülern Materialien zu verschiedenen Heizungssystemen bereit. Die Klasse soll sich in Gruppen zusammen finden und die einzelnen Materialien durcharbeiten. Der Lehrer steht hier nur als Berater zur Verfügung.

12. Heizungssysteme Anja Kelm und Katrin Jackisch 12 Materialien Gasheizung Brennstoffzelle Ölheizung Solarzelle Wärmepumpe (Erdwärme) Stromheizung Folgende Materialien werden zur Verfügung gestellt.Folgende Materialien werden zur Verfügung gestellt.

13. Heizungssysteme Anja Kelm und Katrin Jackisch 13 Ergebnisse der Gruppenarbeit Da die Schüler die Materialien vom Lehrer zur Verfügung gestellt bekommen haben, muss nun festgelegt werden, was die Lehrkraft hören möchte.

14. Heizungssysteme Anja Kelm und Katrin Jackisch 14 Gasheizung Funktionsweise Gasheizungen sind Raumheizungen durch Verbrennen von Gas Die Abgase müssen in einen Schornstein geführt werden, in denen andere Feuerstätten nicht einmünden. Für das Beheizen eines Stockwerks eignet sich besonders die Gasumlaufheizung, bei der Wasser erhitzt und in Zirkulation versetzt wird.

15. Heizungssysteme Anja Kelm und Katrin Jackisch 15 Gasheizung Vorteile: Saubere Verbrennung Gas verbrennt sauberer als Öl Weniger Umwelt belastend Bei kleineren Anlagen kann sogar auf den Schornstein verzichtet werden, weil dann ein Abluftrohr ausreicht Geringere Kosten Keine Lagerkosten, da Erdgas nicht auf Vorrat gekauft, sondern nach Verbrauch abgerechnet wird. Anschaffungskosten geringer als Öl, da kein Tank benötigt wird.

16. Heizungssysteme Anja Kelm und Katrin Jackisch 16 Gasheizung Nachteile: Vom Versorger und seiner Preisgestaltung abhängig Weltweites begrenztes Gasvorkommen

17. Heizungssysteme Anja Kelm und Katrin Jackisch 17 Ölheizung Funktionsweise Wie bei der Gasheizung, nur dass das Gas im Verbrennungsraum schwebend verbrannt werden.

18. Heizungssysteme Anja Kelm und Katrin Jackisch 18 Ölheizung Vorteile: Lieferant und Qualität des Öls frei wählbar Zeitpunkt des Kaufs selbst bestimmbar (am besten im Sommer kaufen, da ist es billiger) Die Heizölsorten sind wie folgt speziell geeignet: Heizöl EL schwefelarm:für vom Hersteller freigegebenes NT-Gerät, BW-Gerät, Brennstoffzelle, BHKW speziell addtiviertes Heizöl:für NT-Gerät, BW-Gerät Standard Heizöl:Standard Kessel, NT-Gerät, z. T. BW-Gerät

19. Heizungssysteme Anja Kelm und Katrin Jackisch 19 Ölheizung Nachteile mit starken Preissprüngen ist zu rechnen, importabhängig das Heizen mit Öl ist nicht CO2 neutral, ökologisch nicht empfehlenswert Während der Kessel recht billig ist, sind die Kosten für die Herrichtung des Tankraums nicht unerheblich viel Platzbedarf

20. Heizungssysteme Anja Kelm und Katrin Jackisch 20 Abb. Aus www.oeldorado.de

21. Heizungssysteme Anja Kelm und Katrin Jackisch 21 Brennstoffzelle Funktionsweise Die Brennstoffzelle nutzt die Energie, die frei wird, wenn sich Wasserstoffionen mit Sauerstoffionen zu Wassermolekülen verbinden. Die Nutzungsenergie wird in Wärme und Strom umgewandelt. Die gewonnene Wärme kann z.B. für eine Heizungsanlage genutzt werden.

22. Heizungssysteme Anja Kelm und Katrin Jackisch 22 Schema einer Brennstoffzelle Seite 21 H2Seite 21 H2

23. Heizungssysteme Anja Kelm und Katrin Jackisch 23 Brennstoffzelle Vorteile: Umweltfreundlich und effizient Mit reinem Wasserstoff besonders emissionsarm Direkte Umwandlung von chemischer und elektrischer Energie Hoher Wirkungsgrad

24. Heizungssysteme Anja Kelm und Katrin Jackisch 24 Brennstoffzelle Nachteile: Teuer in der Anschaffung Serienfertigung erst ab 2006

25. Heizungssysteme Anja Kelm und Katrin Jackisch 25 Solarzellen Funktionsweise Die einfachste Nutzung ist der Absorber. Die Sonne trifft einen Kollektor, dessen Rückfläche geschwärzt ist. Die so aufgesaugten Sonnenstrahlen werden in Wärme umgewandelt. Abgeleitet wird die gesamte Wärme durch ein Röhrensystem. Darin zirkuliert eine Flüssigkeit (z.B. Wasser) angetrieben durch eine Pumpe. Abb. Aus Buso, S.4 Abrietlehre Aktuell Seite 80 BildAbrietlehre Aktuell Seite 80 Bild

26. Heizungssysteme Anja Kelm und Katrin Jackisch 26 Solarzelle Vorteile: Überschaubare Investition Ökologische Geldanlage Wertsteigerung der Immobilie Gebäude mit Solaranlagen werden architektonisch aufgewertet Subventionen vom Staat 110 Euro pro m² pro Fläche Mind. 25 Jahre Garantie Solardach ersetzt Dachziegel Keine Ressourcenknappheit Sehr umweltfreundlich Abb. Aus: Arbeitslehre-Aktuell, S. 80

27. Heizungssysteme Anja Kelm und Katrin Jackisch 27 Solarzelle Nachteile: Keine Solaranlage kann den Energiebedarf ihres Hauses zu 100% abdecken Mind. ein Wärmeerzeuger und der dazu passende Heizkreis wird nötig Hohe Anschaffungskosten Keine Solarenergie in der Nacht Zur Speicherung der Energie bräuchte man große Batterien Noch in der Entwicklung

28. Heizungssysteme Anja Kelm und Katrin Jackisch 28 Wärmepumpe Funktionsweise Wärmepumpen arbeiten wie Kühlschränke nur mit umgekehrter Funktion. Die gewonnene Wärme wird mit Hilfe eines Kompressor auf die für den jeweiligen Zweck benötigte Temperatur angehoben und anschließend über Wärmetauscher an die Heizung abgegeben. Abb. Aus: Arbeitslehre-Aktuell, S. 84

29. Heizungssysteme Anja Kelm und Katrin Jackisch 29 Wärmepumpe

30. Heizungssysteme Anja Kelm und Katrin Jackisch 30 Wärmepumpen Vorteile: Ersetzt eine Öl- und Gasheizung vollständig Für Ein- oder Zweifamilienhäuser ein ideales Heizungssystem Platz sparend Einige (bedauerlicher Weise nicht alle) Bundesländer fördern sie auf Grund ihrer ökologischer Vorteile Zinsgünstige Kredite über Programme des Bundes Niedrige Kohlendioxid Emissionen und Schwefeldioxid sowie Stickoxiden Unabhängig von Versorgungssystemen Niedrige Betriebskosten Gefahrloser Betrieb, völlig automatisch, sehr komfortabel

31. Heizungssysteme Anja Kelm und Katrin Jackisch 31 Wärmepumpe Nachteile: Als bivalentes System doppelte Investition -> sehr teuer Nur bei gut gedämmten Häusern wirtschaftlich einsetzbar Leitungen können im Winter einfrieren Teure Anschaffung -> Tiefenbohrung Hohe Investitionskosten Arbeitslehre Aktuell Seite 84 zwei abb.Arbeitslehre Aktuell Seite 84 zwei abb.

32. Heizungssysteme Anja Kelm und Katrin Jackisch 32 Stromheizung Funktionsweise: Von einer Dämmschicht umgebene Schamotte-Steine speichern die mit Nachtstrom erzeugte Wärme auf Vorrat und geben sie bei Bedarf wieder ab.

33. Heizungssysteme Anja Kelm und Katrin Jackisch 33 Stromheizung Vorteile: Niedrige Anschaffungskosten Weder Heizanlagen noch Rohrsysteme müssen montiert werden Kamin ist nicht nötig Es fallen keine Abgase an

34. Heizungssysteme Anja Kelm und Katrin Jackisch 34 Stromheizung Nachteile: hohe Betriebskosten schlechter Wirkungsgrad verbraucht sehr viel Platz, damit Wohnraumverlust Größe der Nachtspeicheröfen

35. Heizungssysteme Anja Kelm und Katrin Jackisch 35 Einzelarbeit 3. Skizziert den Gebäudeschnitt eures Traumhauses! Zeichnet die Heizungsanlage so ein, dass Aufbau und Funktionsweise der Heizung ersichtlich werden! gebäudeschnittgebäudeschnitt

36. Heizungssysteme Anja Kelm und Katrin Jackisch 36 www.ad.siemens.de/intelligent-home/html_00/info/info.htm#komfort

37. Heizungssysteme Anja Kelm und Katrin Jackisch 37 Gruppenarbeit 4. Ihr wollt sehr umweltbewusst bauen und entscheidet euch daher für welches System? Begründet eure Entscheidung!

38. Heizungssysteme Anja Kelm und Katrin Jackisch 38 Gruppenarbeit Um die Umwelt zu schonen, plädieren wir für die Variante: Solar-Gasheizung

39. Heizungssysteme Anja Kelm und Katrin Jackisch 39 Gruppenarbeit Begründung: Die neuen Gasheizkessel haben einen sehr geringen Schadstoffausstoß, wobei die CO2 Belastung nicht zu verachten ist. Um die Gasanlage so wenig wie möglich zu nutzen, sollte man nur bei extremen Kälteeinbrüchen auf die Inbetriebnahme der Gasheizung zurückgreifen. Da die Sonne kein fossiler Brennstoff ist und uns, außer in der Nacht, immer zur Verfügung steht, bei der Verbrennung jedoch keine Schadstoffe produziert und somit die Umwelt nicht belastet, ist die Solarheizung besonders empfehlenswert.

40. Heizungssysteme Anja Kelm und Katrin Jackisch 40 Abschlussdiskussion 5. Welche Heizungssysteme wird es in der Zukunft vermehrt geben?

41. Heizungssysteme Anja Kelm und Katrin Jackisch 41 Abschlussdiskussion Aufgrund der Frage sollen die Schüler nun ihr neu erworbenes Wissen anwenden und reproduzieren.

42. Heizungssysteme Anja Kelm und Katrin Jackisch 42 Abschlussdiskussion Motivierende Fragen des Lehrers könnten sein: Wird es im Jahre 2080 noch eine Stromheizung geben? Worauf muss man zurückgreifen, wenn es keine fossilen Brennstoffe mehr gibt?

43. Heizungssysteme Anja Kelm und Katrin Jackisch 43 Einordnung in den RLP Themenfeld 4: Infrastrukturen Aus dem Bereich: Information und Kommunikation (Transport und Verkehr, Energie) Konzipiert für die Jahrgangsstufen 9 und 10 im Pflicht und Wahlpflichtbereich Inhalt: Entwicklung der Wohnungsheizung im Kontext wachsender Lebensqualität.

44. Heizungssysteme Anja Kelm und Katrin Jackisch 44 Aufgabencheck Teamarbeit und Einzelarbeit Dient der Reproduktion von Wissen und fordert die Kreativität der Schüler Dient dem Transfer, Anwendung des erlangten Wissens auf ihr Traumhaus Fachspezifisch und fachübergreifend: Physik, Chemie, Biologie, Kunst

45. Heizungssysteme Anja Kelm und Katrin Jackisch 45 Didaktische Funktion und Bildungsweg Die Aufgabe findet ihre Anwendung in allgemeinbildenden Schulen, aber auch in Berufsschulen. Das wesentliche Ziel der Methodenkompetenz kann an verschiedenen Punkten gefördert werden. Die notwendigen Basisinformationen müssen nachgefragt und strukturiert werden.

46. Heizungssysteme Anja Kelm und Katrin Jackisch 46 Didaktische Funktion und Bildungsweg Von einem realen Fall aus dem Alltag wird an den Erfahrungen der Schüler/Innen angeknüpft. Durch die kleine Geschichte mit dem Esel werden die Schüler aufgemuntert und zu problemorientiertem Denken angeregt. Durch das Unterrichtsgespräch und dem damit verbundenen Brainstorming wird das Problem thematisiert und die Motivation der Schüler angeregt.

47. Heizungssysteme Anja Kelm und Katrin Jackisch 47 Didaktische Funktion und Bildungsweg Der Lehrer steht hauptsächlich als Berater zur Verfügung. Die problemorientierte Komplexaufgabe soll von den Schülern weitestgehend selbstständig gelöst werden. Durch das Lösen dieser Aufgabe wir den Schülern bewusst, welche Heizungssysteme die Umwelt belasten und welche Alternativen es heute schon gibt und in der Zukunft geben wird.

48. Heizungssysteme Anja Kelm und Katrin Jackisch 48 Literaturangaben Arbeitslehre Aktuell: Arbeit-Technik H2-Mobilität der Zukunft: Unterrichtsprojekt zum Thema Wasserstoff BUSO Bund Solardach eG: Mit unserem Solardach heizen sie besser Projekt Zukunft: Die Megatrends in Wissenschaft und Technik DGH - Lehrerbrief: Haushalt und Energie –Basismodul www.heizung.de www.ad.siemens.de/intelligent-home/html_00/info/info.htm#komfort www.oeldorado.de