Wärmedämmung einer Jugendhütte. Unterrichtsexperiment zur Wirkung verschiedener Dämmstoffe


Unterrichtsentwurf, 2012

33 Seiten


Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

1. Sachanalyse
1.1. Bedeutung der Wärmedämmung
1.2. Prinzip der Wärmedämmung

2. Didaktische Reflexion
2.1. Einordnung in den Bildungsplan ´04
2.2. Einbettung der Stunde in die Unterrichtseinheit
2.3. Gegenwarts- und Zukunftsbedeutung des Themas für die Schüler
2.4. Exemplarität und didaktische Reduktion
2.5. Aufgabenanalyse und mögliche Schwierigkeiten

3. Kompetenzerwerb/ Lernziele
3.1. Übergeordnete Kompetenzen
3.2. Fachliche Lernziele
3.3. Methodische Lernziele
3.4. Soziale Lernziele
3.5. Personale Lernziele

4. Methodische Reflexion
4.1. Artikulation des Unterrichts
4.1.1. Einstieg - Hypothesenbildung
4.1.2. Erarbeitungsphase –Versuch
4.1.3. Ergebnissicherung
4.1.4. Puffer
4.2. Methoden und Medien
4.2.1. Gruppenunterricht
4.2.2. Das Experiment

5. Verlaufsplan & Anlagen

6. Literaturverzeichnis

1. Sachanalyse

1.1. Bedeutung der Wärmedämmung

In der Geschichte der Menschheit steigerte sich der Bedarf an Energie einhergehend mit dem weltweiten Bevölkerungswachstum ständig. Zur Energiewandlung werden hauptsächlich fossile Brennstoffe verwendet. Diese gegenwärtige Art der Energienutzung ist mit erheblichen Gefahren für Mensch und Umwelt verbunden.1 Insbesondere möchte ich hierbei auf die Klimaveränderung durch CO2 – Freisetzung hinweisen. Die ständig wachsende CO2 – Konzentration in der Atmosphäre schränkt die Wärmeabstrahlung der Erdoberfläche in den Weltraum ein. Dadurch kommt es zur allmählichen Aufheizung der Erdatmosphäre mit unvorhersehbaren Folgen für das globale Klima.2 Es ist daher nötig Energie „einzusparen“ und somit den Raubbau an fossilen Brennstoffen einzuschränken. Dies kann unter anderem in den Haushalten geschehen, die ähnlich viel Energie, wie Verkehr und Industrie umwandeln. Energiesparmaßnahmen müssen dabei nicht gleichbedeutend sein mit Verzicht oder gar Verminderung der Lebensqualität. Allein durch die Änderung des Nutzungsverhaltens und den Einsatz effizienter technischer Mittel, kann mit oder ohne zusätzliche finanzielle Mittel Energie eingespart werden.3 Die Mehrzahl der Bundesbürgerinnen und Bürger ist der Ansicht, dass die meiste Energie im Haushalt für Elektrogeräte „verbraucht“ wird (davon ging auch die Technikgruppe aus). Den höchsten Energiebedarf hat mit Abstand die Heizung (vgl. Abb. 1). Heizen verursacht nicht nur hohe Kosten, sondern auch eine erhebliche Umweltbelastung. Privathaushalte in Deutschland setzen jährlich ca. 130 Millionen Tonnen Kohlendioxid frei.4 Die größten Einsparpotentiale im privaten Bereich liegen demzufolge im Bereich der Einsparung von Heizwärme. Unter den Maßnahmen, die einen effizienteren Energieeinsatz zum Ziel haben, steht die Wärmedämmung der Gebäudehülle daher zweifellos mit an vorderster Stelle.5

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb.1: Das größte Stück vom Energiekuchen (Angaben in Prozent)

Quelle: Eigene Darstellung

1.2. Prinzip der Wärmedämmung

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb.2: Dicken verschiedener Baustoffe in cm für einen U-Wert von 0,3

Quelle: Eigene Darstellung

Bei einem Temperaturgefälle zwischen warmer Raumluft und kalter Außenluft hat Wärme immer das Bestreben einen Temperaturausgleich herbeizuführen. Im Winter geht dabei die größte Wärmemenge durch Dach, Fenster und Wand zur kalten Seite verloren. Dieser Wärmeverlust wird als Transmissionswärmeverlust bezeichnet. Der Wärmeverlust durch Transmission ist dabei abhängig von der Wärmeleitfähigkeit ʎ des Baustoffes, der Dämmstoffdicke, der Anordnung der Baustoffe (Außen- oder Innendämmung) und dem Temperaturunterschied zwischen innen und außen. Grundsätzlich gilt hierbei, dass leichtere Stoffe mit vielen Hohlräumen (Lufteinschlüsse) für eine gute Wärmedämmung sorgen und dichte Materialien dagegen Wärme gut weiterleiten und daher schlechte Isolationsmaterialien sind. Typische Dämmmaterialien sind Polystyrol und Mineralwolle (anorganische Dämmstoffe), sowie Zellulose und Holzfaserplatten (organische Dämmstoffe). Dabei finden natürliche Dämmstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen wie Hanf immer mehr Akzeptanz. Der Einfachheit halber wurden die Dämmstoffe in Wärmeleitfähigkeitsgruppen (WLG) eingeteilt. WLG 040 bedeutet beispielsweise, dass der Baustoff eine Wärmeleitfähigkeit von kleiner als ʎ = 0,04 hat. Die Wärmeleitfähigkeit ist dabei eine Materialeigenschaft, die angibt, wie viel Wärme in 1s durch 1m2 Fläche bei 1K Temperaturdifferenz strömt, wenn die Wanddicke 1m beträgt. Allgemein errechnet sich die Wärmeleitfähigkeit als ʎ = U d. Der Wärmedurchgangskoeffizient U wurde dabei durch Tests der Dämmeigenschaften ermittelt, wie sie auch in der Schule durchführbar sind. Der U-Wert wird in gemessen und gibt an, wie viel Wärme durch eine Fläche von 1m2 eines Bauteils während 1s strömt, wenn die Temperaturdifferenz 1K beträgt. Je kleiner U ist, desto besser ist ein Bauteil wärmegedämmt. Eine gute Dachdämmung kann beispielweise einen U-Wert von bis zu 0,18 erreichen.6 7 Die Wärmeleitfähigkeiten der von mir auserwählten Dämmstoffe, betragen: Polystyrolpartikelschaum 0,032–0,040 ; Glaswolle 0,032–0,045 ; Hanf 0,040 ; Holzfaserdämmplatte 0,040–0,060 . In dieser Unterrichtsstunde sollen die Schüler aber bestenfalls die benötigte Heizleistung für ihr Minifachwerkhaus, gedämmt mit einem bestimmten Dämmstoff, ermitteln.8 Dafür müssen sie die Zeiten, in denen ihre Heizquelle eingeschaltet ist, um die gewünschte Temperaturdifferenz aufrecht zu erhalten, messen, um anschließend den Energiebedarf (E) zum Heizen bestimmen zu können. Indem die Schüler die umgewandelte elektrische Energie durch die Gesamtzeit der Messperiode teilen, erhalten sie die Heizleistung (PHL = ).

2. Didaktische Reflexion

2.1. Einordnung in den Bildungsplan ´04

Die Unterrichtsstunde „Wärmedämmung einer Jugendhütte – Experiment zur Wirkung verschiedener Dämmstoffe“ im Fach Technik lässt sich im Bildungsplan ´04 für die Realschule – Klasse 9 dem Problem- und Handlungsfeld „Versorgung und Entsorgung“, sowie dem Problem- und Handlungsfeld „Bauen und Wohnen“ zuordnen. Hinsichtlich der Kompetenzentwicklung von Schülerinnen und Schülern heißt es dort:

„Die Schülerinnen und Schüler können

- technische Möglichkeiten zur Energieeinsparung im privaten oder schulischen/ öffentlichen Bereich nennen. (Kenntnis- und Strukturperspektive);
- technische Experimente zu Problemstellungen im Bereich Bauen und Wohnen planen, durchführen und auswerten. (Handlungsperspektive);
- Möglichkeiten des energiesparenden Bauens und Wohnens nennen. (Kenntnis- und Strukturperspektive);“
- Vorteile, Nachteile und Auswirkungen von Prozessen, Objekten und Materialien der Bautechnik beurteilen. (Bedeutungs- und Bewertungsperspektive) 9

Durch den unmittelbaren und handelnden Umgang mit den verschiedenen Dämmstoffen können die Schüler darüber hinaus weitere Handlungs- und Erfahrungsmöglichkeiten im Bereich der Technik sammeln (Handlungsperspektive) , sowie angemessene Kriterien zur Beurteilung technischer Objekte und die Methoden dieser Beurteilung kennenlernen (Bedeutungs- und Bewertungsperspektive) . „Dadurch wird bei den […] Schülern allmählich eine rational begründete Beurteilungsfähigkeit gegenüber der Technik aufgebaut“ 10 , damit diese, „ Objekte bewerten, sie auswählen und über sie (mit)entscheiden“ 11 können. Die enge Verknüpfung der Technik mit wirtschaftlichen Gesichtspunkten und mit solchen der persönlichen Lebensgestaltung jedes Einzelnen, wird hier, neben der Mehrperspektivität der Technik, deutlich.

2.2. Einbettung der Stunde in die Unterrichtseinheit

Die Unterrichtsstunde „Wärmedämmung einer Jugendhütte – Experiment zur Wirkung verschiedener Dämmstoffe“ ist innerhalb der Unterrichtseinheit „Energie sparen – Wärmedämmung und Heiztechnik“ angesiedelt. Primär- und Realerfahrungen stehen hierbei im Mittelpunkt des handlungs- und problemorientierten Technikunterrichts. Um die Ziele einer technischen Grundbildung zu erreichen, sollen immer wieder technische Experimente zu Problemstellungen geplant, ausgeführt und ausgewertet werden.12 Der beiliegende Stoffverteilungsplan gibt einen Überblick über die Unterrichtseinheit „Energie sparen“, theoretische Ansätze, Experimente und fachpraktische Arbeiten. Dabei ist anzumerken, dass sich die Unterrichtseinheit in zwei Teile gliedern lässt. Der erste Teil setzte sich in erster Linie mit den Begriffen Energie und Leistung auseinander. Hier wurden die Schüler darauf hingeführt, selbständig ein Energieprofil eines Haushaltes zu erstellen, indem sie unterschiedliche Experimente zum rationellen Einsatz elektrischer Energie durchführten. Darüber hinaus wurde in diesem ersten Teil der Unterrichtseinheit ein rationales und idealisierendes Ablaufschema für die Durchführung und Auswertung von technischen Experimenten erarbeitet. Der zweite Teil befasst sich schwerpunktmäßig mit dem Thema „Wärmedämmung und Heiztechnik“. Hier führen die Schüler unterschiedliche Experimente im Bereich Wärmedämmung durch. Das von den Schülern selbst gebaute Minifachwerkhaus, mit welchem sich die Schüler identifizieren können, eignet sich hierfür ideal. Dieser handlungstheoretische Ansatz basiert auf dem handlungstheoretischen Modell im Primat der Praxis nach J.F. Herbart.13 Die abverlangten Leistungen werden dabei von Stunde zu Stunde anspruchsvoller. So wird von der Messung und Berechnung des Heizwertes auf die Bestimmung des U-Wertes und schließlich auf die Einteilung der Dämmstoffe in Wärmeleitfähigkeitsgruppen eingegangen. Den Abschluss dieser Unterrichtseinheit bildet die fachpraktische Arbeit „Bau eines Sonnenkollektors für das Minifachwerkhaus“.

2.3. Gegenwarts- und Zukunftsbedeutung des Themas für die Schüler

Die Energienutzung ist einhergehend mit dem globalen Bevölkerungswachstum unweigerlich ein Schlüsselproblem14 unserer Gegenwart und der vor uns liegenden Zukunft. Einerseits ist eine sichere Energieversorgung für das Überleben der postmodernen Gesellschaft sowie die weitere wirtschaftliche Entwicklung notwendig, andererseits ist inzwischen klar, dass unsere gegenwärtige Art der Energienutzung mit erheblichen Gefahren für Mensch und Umwelt verbunden ist. Insbesondere zähle ich hierzu die massive Freisetzung von Kohlenstoffäquivalenten durch die nicht nachhaltige Verbrennung von Kohle, Gas und Erdöl. Die Dringlichkeit dieses Thema wird deutlich, betrachtet man die entwicklungs- und umweltpolitischen Aktionsprogramme wie die Agenda 21 oder die weiteren UN-Klimakonferenzen. Natürlich ist hier zu beachten, dass die Energieversorgung ein globales Problem ist und die Ausbeutung der begrenzten Energievorräte weltweit immer weiter steigt. Dennoch bin ich der Ansicht, dass unsere Schüler für ein energiebewusstes Handeln, nicht nur um Geld zu sparen, sensibilisiert werden müssen. Die Industriestaaten, und damit jeder Einzelne von uns, stehen in der Verantwortung gegenüber den weniger technisch entwickelten Ländern. Heutzutage ist es daher sehr wichtig den Energieverbrauch eines jeden einzelnen Haushalts genau unter die Lupe zu nehmen, setzen eben diese Haushalte jährlich ca. 130 Millionen Tonnen Kohlendioxid frei. Wärmedämmung und Heiztechnik müssen hier entschieden in den Fokus gerückt werden, kann hier zweifelsohne am meisten Energie und Geld pro Haushalt eingespart werden. Bezogen auf den Endenergieverbrauch in Europa kann insbesondere die wärmetechnische Sanierung von Ein- und Mehrfamilienhäusern einen großen Beitrag dazu leisten, die von der EU und Bundesregierung gesetzten CO2-Minderungsziele zu erreichen. Daher ist bei der Planung und dem Bau von neuen Häusern eine gute Wärmedämmung genauso unerlässlich, wie bei energetischen Sanierung von Altbauten. Es werden daher verstärkt von Privatpersonen Wärmedämmmaßnahmen an Gebäuden nachgefragt, die nicht nur aus eigenem Interesse heraus umgesetzt werden wollen, sondern auch aufgrund gesetzlicher Auflagen erforderlich werden. Die Schüler erweitern in dieser Stunde daher nicht nur ihr technisches Grundverständnis, sondern lernen mitunter, ihren gegenwärtigen technischen Alltag auch in Zukunft bewältigen zu können.

2.4. Exemplarität und didaktische Reduktion

In der Schule gehen wir von der Situation des technischen Laien aus, der einer immer undurchschaubareren Technik gegenübersteht. Eine technische Grundbildung, „die den Schülerinnen und Schülern fundamentale Einsichten und Handlungsmuster durch eine intensive Auseinandersetzung mit exemplarischen technischen Inhalten vermittelt“, ist somit gefordert . „Dabei stehen immer Primär- und Realerfahrungen mit Technik im Mittelpunkt des handlungs- und problemorientierten Technikunterrichts.“ 15 Dabei gilt es zu beachten, dass der durchschnittliche Mensch in der Realität (zumindest im privaten Bereich) zu 99 Prozent als technischer Konsument agiert. Oberstes Ziel muss es daher sein, den Schülern Strategien für die zukünftige technische Lebensbewältigung zu vermitteln, die sie dazu qualifizieren, technische Entscheidungen, Entwicklungen und Produkte zu vergleichen, analysieren und zu bewerten.16 Geeignete Strategie um im privaten Bereich Energie einzusparen, ohne dabei auf etwas verzichten zu müssen oder gar die Lebensqualität zu vermindern, sind hier zweifelsfrei fachlich richtig durchgeführte Wärmedämmmaßnahmen. Die exemplarische Bedeutung des Themas „Wärmedämmung“ wird insbesondere durch folgende fünf Punkte ersichtlich:

1. Wärmedämmung senkt den Energieverlust und Heizkosten können eingespart werden.
2. Unterschiedliche (Wärmedämm-) Materialien weisen unterschiedliche Eigenschaften mit Vor- und Nachteilen auf.
3. Wärmedämmung erhöht die Wohnbehaglichkeit und verbessert das Wohnklima.
4. Wärmedämmung reduziert Kohlenstoffdioxidemissionen und schont die Umwelt.
5. Wärmedämmung schützt die Bausubstanz und steigert den Gebäudewert.

Das Allgemeinbildende Ziel technischer Mündigkeit soll in dieser Unterrichtseinheit Induktiv17 durch Phasen der Vertiefung und Besinnung18 herbeigeführt werden. Um diesen größeren Sinn- bzw. Sachzusammenhang zu erschließen, wurden hier vier typische Wärmedämmmaterialien ausgewählt: Glaswolle, Hanf, Holzfaser und Polystyrol. Ich habe mich bewusst für diese Materialien entschieden, da sie ähnlich gute Dämmwirkungen haben, sich hinsichtlich Beständigkeit, Wirtschaftlichkeit, Recycling und Gefahr aber deutlich unterscheiden. Während Glaswolle beispielweise der seit vielen Jahren führende (anorganische) Dämmstoff in Deutschland ist, handelt es sich bei Hanf um einen technisch neu entwickelten organischen Dämmstoff. Weitere Eigenschaften der hier verwendeten Dämmstoffe lassen sich dem Anhang (Vgl. Medium 5) entnehmen.

[...]


1 Vgl. Babenderede (u.A.) 2011, S. 28

2 Vgl. Hessisches Ministerium für Wirtschaft, Verkehr und Landesentwicklung 2008, S. 3

3 Vgl. Koch 1996, S. 2-4

4 Vgl. Umweltbundesamt 2003, S. 4

5 Einige Experten warnen davor, zu hohe Erwartungen in die Sanierung von Altbauten zu haben. Sie sind sich sicher, dass eine Optimierung des Heizsystems deutlich effektiv ausfällt und halten die angegebenen Zahlen in der Werbung von bis zu 75% Eindämmung der Transmissionswärmeverluste durch Wärmedämmung für maßlos übertrieben. Selbst gehen in den meisten Fällen von einer tatsächlichen Einsparung von maximal 7-15% aus. (Vgl. http://www.swr.de/odysso/-/id=1046894/nid=1046894/did=8460796/zjba20/index.html, Stand 15.11.2012.

6 Vgl. Babenderede (u.A.) 2011, S. 34-35

7 Vgl. Bratzel (u.A.) 2006, S. 18-21

8 Die Schüler sollen sich über den neuen Unterrichtsinhalt in dieser Stunde zunächst Klarheit verschaffen, bevor wir uns weiter in die Materie vertiefen.

9 Vgl. Ministerium für Kultus, Jugend und Sport, S.146- 147

10 Ebd., S. 145

11 Ebd., S. 144

12 Ebd., S.144 u. 147

13 Herbart begründete insgesamt vier Theorie-Praxis Modelle. Beim handlungstheoretischen Modell im Primat der Praxis bestimmt die Theorie Prinzipien und Richtung der Praxis. Die Praxis bildet jedoch den Takt, indem sie Erfahrungswerte dafür liefert, wie in einem konkreten Umfeld Theorie Wirklichkeit werden kann.

14 Schlüsselprobleme sind die von Wolfgang Klafki formulierten wesentlichen Inhalte der Allgemeinbildung. Nach Klafki sollen an den Schlüsselproblemen fokussiert die Bildungsinhalte exemplarisch vermittelt werden. Klafki leitet die Schlüsselprobleme aus epochal typischen Aufgaben der Menschheit ab, die vorerst nicht so bald gelöst werden können und deshalb auf absehbare Zeit Probleme darstellen, auf die der Bildungsprozess vorzubereiten hat.

15 Ministerium für Kultus, Jugend und Sport, S.144

16 Vgl. Willenberg 2011, S. 1

17 Induktion bedeutet seit Aristoteles den abstrahierenden Schluss aus beobachteten Phänomenen auf eine allgemeine Erkenntnis.

18 Das Unterrichtsbild der Vertiefung und Besinnung geht zurück auf J.F. Herbart. Der Schüler soll sich hierbei zunächst eine klare Vorstellung von einzelnen Lerngegenständen machen, bevor sie diese in Beziehung zueinander stellt und schließlich sein Selbstverhältnis zu diesen kennzeichnet.

Ende der Leseprobe aus 33 Seiten

Details

Titel
Wärmedämmung einer Jugendhütte. Unterrichtsexperiment zur Wirkung verschiedener Dämmstoffe
Hochschule
Staatliches Seminar für Didaktik und Lehrerbildung (Realschulen) Reutlingen
Autor
Jahr
2012
Seiten
33
Katalognummer
V984896
ISBN (eBook)
9783346348548
ISBN (Buch)
9783346348555
Sprache
Deutsch
Schlagworte
Wärmedämmung, Jugendhütte, Dämmstoffe, Experiment, Styrodur, Holzfaser, Hanf, Mineralwolle
Arbeit zitieren
Martin Briol (Autor), 2012, Wärmedämmung einer Jugendhütte. Unterrichtsexperiment zur Wirkung verschiedener Dämmstoffe, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/984896

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