Zählerablesedienste

Eine quantitative Erfassung der Wärmemenge, die von den Heizkesseln produziert wird, war ursprünglich deswegen vorgesehen, um im Rahmen der Kooperation mit den Waldbauern eine Abrechnung nach gelieferter Wärme zu ermöglichen. Darum wurden an den Kesseln Wärmezähler angebracht. Eine Ausweitung der Messungen zu einem Messprojekt mit Schülern resultiert aus dem Wunsch, für das Curriculum zur Umweltbildung weitere Unterrichtselemente zum Erlernen wissenschaftlicher Methoden zu entwickeln und außerdem nach weiteren Möglichkeiten der Energieeinsparung an der Schule zu forschen.

Der äußere Anlass, dieses Projekt voran zu treiben, ergab sich aus der Entscheidung des Schulvorstands, ein ursprünglich geplantes Blockheizkraftwerk (BHKW) nicht bauen zu lassen. Das BHKW gehörte zum Energiekonzept, dass die Beratungsfirma Haase für die Schule entwickelt hatte. Es sollte die Wärmeversorgung durch die Hackschnitzelheizung ergänzen. Die Schule ließ allerdings die Einbindung eines BHKW durch das Planungsbüro Sycon kritisch überprüfen, was eine deutliche Relativierung der Vorteile ergab, die von Haase vorausgesagt worden waren. Eine Wirtschaftlichkeitsberechnung, die die Projektgruppe anhand aktueller Verbrauchsdaten erstellte, ergab zudem ein Missverhältnis von Investitionskosten und Energiekostenersparnis (vgl. „Antrag auf Umwidmung“). Von der Seite der DBU wurde im Gespräch beim Vor-Ort-Termin am 22.09.2009 in Aussicht gestellt, dass die Fördermittel, die für das BHKW bereitgestellt worden waren, umgewidmet und stattdessen für ein Messprojekt mit Schülern verwendet werden könnten.

Stationäre Wärmezähler durch Schüler ablesen zu lassen, stand schon Anfang 2009 im Raum. Eine Anschaffung weiterer Zähler wurde aber vom Schulvorstand damals aufgrund der hohen Kosten abgelehnt. Ermutigt durch die DBU gab nun jedoch der Vorstand grünes Licht für die Erarbeitung eines erweiterten Messkonzepts. Dieses hat die Projektgruppe in einem Antrag auf Umwidmung von Fördergeldern vorgestellt, der am 12.04.2010 genehmigt wurde.

Im Zentrum der nun geplanten Aktivitäten stehen in einem ersten Schritt sieben Wärmemengenzähler, die es ermöglichen, den Wärmebedarf der einzelnen Gebäude quantitativ zu ermitteln. Die Messungen lassen sich mit einer Vielzahl von Schüleraufgaben und Teilprojekten verbinden, die z. B. die Visualisierung von Verbräuchen zum Thema haben, die Verhaltensänderungen messtechnisch objektiv belegen und die die Erstellung eines energetisch optimalen Nutzungskonzeptes für die Gebäude oder etwa die Bestimmung vordringlicher Sanierungs-Maßnahmen ermöglichen.

Im zweitem Schritt wird in Zusammenarbeit mit aktiven Eltern ein Konzept für eine Einzelraummessung erarbeitet, dass zu einem Prototyp der Wärmeverbrauchserfassung für einzelne Klassenräume führen soll. Dieser Prototyp soll durch die Schüler im Unterricht bis zu einer Stückzahl von 6 Geräten nachgebaut werden. Diese werden dann mit den aufgenommenen Daten in einem Gebäude eine detaillierte Wärmeverteilungsberechnung ermöglichen. Die Geräte sollen mobil und daher wechselnd eingesetzt werden können. Unter anderem können damit durch die Schüler Einsparungen beim Wärmeverbrauch durch sinnvolles Verhalten im Sinne der Nachhaltigkeit gemessen und damit vergleichbar werden. Auch ein entsprechender, die Motivation der Schüler steigernder Wettbewerb unter den Klassen kann damit schulintern ausgelobt werden.

Dieses Konzept wurde inzwischen folgendermaßen umgesetzt:

1. Für die Messung des Wärmeverbrauchs der einzelnen Gebäude wurden Splitwärmezähler der Firma Allmess fest installiert. Sechs Geräte wurden beim Wärmeverteiler im Gebäude „Neubau Mittelstufe“ eingebaut und eines (das den Verbrauch des „Bauernhauses“ misst) wurde im Hackschnitzel-Heizungsraum installiert, der sich im „Bauernhaus“ befindet. Auf einfachen Knopfdruck zeigt das Display dieser Geräte, wieviel Wärme seit Einbau der Zähler für den jeweiligen Heizkreis verbraucht wurde (in Mwh.). Diese Zähler können auch von jüngeren Schülern ausgelesen werden, die die entsprechenden Räume in Begleitung des Hausmeisters oder eines eingewiesenen Lehrers betreten dürfen.

   Schüler der 7. Klassen beschäftigen sich im Februar 2011 im Chemieunterricht einige Wochen intensiv mit dem Thema „Verbrennung“. Dabei werden sie Experimente mit Holzhackschnitzeln durchführen. Zur Hinführung auf dieses Thema werden die Schüler bereits im Januar Gebäudewärmezähler auslesen, Messungen auswerten und ein Interview mit dem Hausmeister und dem Hackschnitzellieferanten führen. Auf das Thema „Heizkreise“ sind die Siebtklässler bereits im Herbst 2010 aufmerksam gemacht worden, als sie an der Menschenkette mitwirkten, die am „Tag der Nachhaltigkeit“ das Fernwärmenetz auf dem Schulgelände sichtbar machte.

   Aus versicherungstechnischen Gründen dürfen Schüler ohne Begleitung eines Erwachsenen den Heizungsraum und den Verteilerraum, in denen die Zähler hängen, nicht betreten. Um, wenigstens von älteren Schülern, dennoch eine eigenständige Auslesung zu ermöglichen, wurden die Wärmezähler verdrahtet und zu einem übergeordneten Datensammelgerät (M­Bus­Master der Firma Relay) im Visualisierungsraum zusammengeführt. Der Visualisierungsraum ist eingewiesenen Schülern grundsätzlich zugänglich. Dort können sie nun sämtliche Gebäudezähler (mithilfe des M-Bus Masters und einer entsprechenden Software) über den gleichen Computer auslesen, auf dem auch die Visualisierung der Kesseldaten erfolgt.

   Zur Datensicherung wird regelmäßig ein Backup auf einer externen Festplatte durchgeführt. Der Computer und die Festplatte sind in einem (belüfteten) Schrank eingeschlossen. Für die Schüler ist nur die Tastatur und der Bildschirm verfügbar.

2. Im Hinblick auf die Klassenzimmermessung mit mobilen Geräten war geplant, diese Geräte von Schülern zusammenbauen zu lassen. Eine genaue Betrachtung von Gerätekomponenten, die für einen solchen Zusammenbau in Frage kommen, und der Vergleich mit von Herstellern angebotenen Komplettgeräten, ließ aber schließlich die Wahl auf Komplettgeräte fallen. Angeschafft wurden fünf 8-Kanal-Temperatur-Datalogger der Firma PCE.

   Der pädagogische Nutzen dieser Geräte erscheint zunächst geringer, da auf das eigene Zusammenbauen verzichtet wird. Die Einsatzfähigkeit der Komplettgeräte ist aber in einem Maße größer als es die der Selbstgebauten gewesen wäre, dass die Projektgruppe die Entscheidung für gerechtfertigt hält. Zu den Vorteilen der angeschafften Geräte gehört, dass sich zwei Heizkörper mit einem Gerät messen lassen und dass man die aufgezeichneten Daten auf dem Display als Graph sehen kann. Mitglieder der Projektgruppe haben sich bei einem Besuch des Umweltzentrums Hollen einfachere Datenlogger vorstellen lassen. Diese werden dort für Verbrauchsmessungen in Schulen benutzt. Es zeigte sich aber, dass quantitative Analysen, wie sie in Evinghausen geplant sind, mit derartigen Geräten nicht durchführen lassen.

   In den vier Wochen vor Weihnachten hat sich eine fünfköpfige Schülergruppe der 10. Klassen mit Klassenzimmermessungen beschäftigt. Die Schüler wurden in die Bedienung der Geräte eingeführt. Sie haben im Kursraum den Vor- und Rücklauf der Heizkörper und die Raumtemperatur gemessen, die Temperaturkurven (die auf dem Display der Datalogger erschienen) diskutiert, die Daten auf den Computer übertragen, mit der zugehörigen Software visualisiert und die Daten in eine Kalkulationstabelle exportiert. Die Schüler haben gelernt, die Temperaturdaten mithilfe eines vorbereiteten Programmes in Leistungsdaten umzurechnen. In verschiedenen Räumen der Schule wurden anschließend weitere Messungen durchgeführt. Um die Ergebnisse in den Klassenräumen bewerten zu können, wurde auch ein Vergleich mit gleichzeitig abgelesenen Gebäudewärmezählern herangezogen.

   Am Weihnachtsbasar 2010 der Schule wurde das Messverfahren an einem „Nachhaltigkeitsstand“ von einer Schülerin interessierten Besuchern vorgeführt. Im Laufe des Januar 2011 wird die Schülergruppe, um diese Unterrichtseinheit abzuschließen, eine Dokumentation ihrer Messungen erstellen.

Dr. Peter Gronemann