Katharina Schmidt TMT05VS

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1 Diplomarbeit Energiedetektive Entwicklung des Prototyps für ein Schulprojekt zur Ermittlung des häuslichen Energieverbrauchs Katharina Schmidt TMT05VS Betreuer: Dr.-Ing. Jörg Isele Edmund Kraft Bearbeitungszeitraum: bis Abgabetermin: 16.September 2007 Matrikelnummer:

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3 Forschungszentrum Karlsruhe in der Helmholtz-Gemeinschaft Institut für Angewandte Informatik Leiter: Prof. Dr.- Ing. habil. G. Bretthauer Diplomarbeit Energiedetektive Entwicklung des Prototyps für ein Schulprojekt zur Ermittlung des häuslichen Energieverbrauchs Bearbeiter: Betreuer: Katharina Schmidt Dr.-Ing. Jörg Isele Institut für Angewandte Informatik Forschungszentrum Karlsruhe Bearbeitungszeit: In Deutschland wird ca. 1/3 des Primärenergieverbrauchs für die Gebäudeheizung eingesetzt. Die Gesellschaft stöhnt unter der Last der ständig steigenden Kosten. Der Energieverbrauch privater Haushalte wird mit Zählern gemessen, die einmal jährlich abgelesen werden. Es findet praktisch keine Zuordnung der Kosten zur Verursachung statt. Mit simplen Mitteln kann der Energieverbrauch im Tages- und Jahresverlauf bestimmt und aussagekräftig in Diagrammen dargestellt werden. Mit einfachen Modellen, die versuchen, sowohl die Wohnungsgröße als auch die Zahl der Bewohner zu berücksichtigen, können normierte Werte berechnet werden, die einen Vergleich und die Bewertung unterschiedlicher Wohnungen zulassen. Das Projekt Energiedetektive verfolgt mehrere unterschiedliche Ziele: 1. Kinder und Jugendliche sollen für die Thematik sensibilisiert werden. 2. Die Schüler sollen an einem längerfristigen technikbetonten Projekt arbeiten. 3. Der Vergleich innerhalb einer Schulklasse ist (auch für die Haushaltsvorstände) weit weniger abstrakt, als die Zahlen bei allgemeingültiger Aufklärungsarbeit. 4. In anonymisierter Form dienen die Daten kommunalen Aufgaben. In der Diplomarbeit sind folgende Teilaufgaben zu erledigen: 1. C#: Die Programmiersprache soll C# sein. 2. Aufgabenklärung: Welche Daten sollen erfasst werden? An welche Altersstufe wendet sich das Projekt? 3. Modellbeschreibung: Wie wird ein Energieverbrauchswert normiert? 4. Messdatenerfassung: PDA als Alternative zu Bleistift und Papier? 5. Weitere Daten: Wohnungsgröße, Bewohnerstruktur, Zimmertemperatur, Klimatisierung, Benzinverbrauch 6. Datenauswertung: Darstellung der Werte in Diagrammen und Ampeln. 7. Lehrkonzept: Denkbarer Jahresverlauf des Projektes. 8. Klassenkoffer: Die von den Schülern benötigten Materialien (Messgeräte, Software, Broschüren) sind soweit möglich zusammenzustellen. 9. Dokumentation: Die Ergebnisse werden dokumentiert. 10. Präsentation: Die Arbeit wird vor interessierten Kollegen vorgestellt. Dr.-Ing. J. Isele

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5 Erklärung Gemäß 19 (4) der Studien- und Prüfungsordnung für den Studienbereich Technik der Berufsakademie Karlsruhe vom versichere ich: Ich, Katharina Schmidt, habe die vorliegende Diplomarbeit selbstständig verfasst und keine anderen als die angegebenen Quellen und Hilfen verwendet. Ort, Datum Unterschrift Forschungszentrum Karlsruhe Katharina Schmidt Berufsakademie Karlsruhe Institut für Angewandte Informatik Diplomarbeit Mechatronik, TMT05VS

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7 I Inhaltsverzeichnis 1 Motivation und Beschreibung Auslegung des Projektes Energiedetektive für den schulischen Einsatz Voraussetzungen und Anforderungen an die Schüler Themengebiete Einordnung des Projektes in Schulform und Klassenstufe Durchführung des Projektes im Schuljahr Das Programm Allgemeine Anforderungen Die benötigten Daten und deren Eingabe Der Vergleich der Verbräuche Die Bewertung des Verbrauchs im Report Die Berechnungen Die Speicherung und Übertragung der Daten Die Darstellung von Daten Weitere Programmfunktionen Die praktische Erfassung der Messdaten Mögliche Probleme bei der Datenaufnahme und deren Lösung Die Wiki-Seite Der Energiekoffer Grundlegender Inhalt des Klassenkoffers Attraktivität steigern Aktueller Entwicklungsstand der Software Anmelden Programm beenden Benutzer wechseln Der Lehrermodus Der Schülermodus Weitere noch nicht umgesetzte Punkte Ausblick und Zusammenfassung Tabellenverzeichnis Abbildungsverzeichnis Quellenangaben... 89

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9 Konzept Energiedetektive 1 1 Motivation und Beschreibung Das Institut für Angewandte Informatik des Forschungszentrums Karlsruhe arbeitet an einem neuen Projekt zum Erfassen und Vergleichen von Energieverbrauchsdaten im privaten Haushalt. Zurzeit werden die Zählerstände normalerweise einmal im Jahr abgelesen und daraufhin der Verbrauch dem Haushalt in Rechnung gestellt. Dadurch ist lediglich erkenntlich wie viel Strom, Gas, Wasser oder andere Energieträger sich im Jahr lautlos und unbemerkt aufsummiert haben. Es lassen sich jedoch keine Rückschlüsse auf temporäre Abweichungen oder auf Stromfresser ziehen. Eine Bewertung des Verbrauchs erfolgt lediglich am zu zahlenden Betrag und mittels des Vergleichs der vorangegangenen Jahre. Die Gegenüberstellung einzelner Haushalte oder der Vergleich mit dem Bundesdurchschnitt erfolgt nicht, sodass man als Verbraucher ohne Aufwand keinen verlässlichen Anhaltspunkt finden kann, der es ermöglicht sein Verbraucherverhalten einzuordnen. Trotz der steigenden Zahl an Aufklärungskampagnen in Punkto Energie verbrauchen und Energie sparen werden gerade Stromfresser weiterlaufen gelassen, da sie sich in der Jahresrechnung unauffindbar tarnen. Diverse Energieunternehmen in der EU und in Deutschland wie die EnBW [1] und Vattenfall [2] bieten bereits im Rahmen des Smart Meterings intelligente, internetbasierte Stromzähler an, die den Stromverbrauch automatisiert ablesen und in Rechnung stellen sowie die individuelle Verbrauchskurve im Internet zeitnah darstellen lassen. Oft werden auch Strommessgeräte als Leihgabe angeboten, um die Stromfresser im Haushalt ausfindig zu machen. In Schweden und Italien machte man die Erfahrung, dass durch Smart Metering das Verbrauchsverhalten derart beeinflusst wird, dass 5 bis 10% des Stromes eingespart wurden. [3] Damit ist das Smart Metering eine wichtige Stütze zur Umsetzung der EU-Richtlinie zur Energieeffizienz und Energiedienstleistung, in der es heißt, dass der Privatkunde zeitnah über seinen Energieverbrauch und die damit entstandenen Kosten informiert werden soll. [3] Forschungszentrum Karlsruhe Katharina Schmidt Berufsakademie Karlsruhe Institut für Angewandte Informatik Diplomarbeit Mechatronik, TMT05VS

10 2 Die Nachteile, die das Forschungszentrum zu einem neuen Projekt im Bereich Smart Metering veranlassten sind folgende: Die Installation der Hardware für das Smart Metering ist aufwendig. Auch wenn jetzt in der Anfangsphase die Kosten in Pilotprojekten meist noch von Energieunternehmen getragen werden, so wird der Verbraucher sie in Zukunft wohl selber tragen müssen. Außerdem stehen viele Menschen dem Versand persönlicher Daten über das Internet eher skeptisch gegenüber. Die Smart Metering Projekte beschränken sich derzeit auf die Erfassung und Darstellung des Stromverbrauchs. Die regelmäßige Auswertung des Verbrauchs von Erdgas, Wasser, Fernwärme oder gar von Heizöl und der Kraftstoffbedarf der PKW werden in diesem Rahmen nicht von den Versorgern angeboten. Es liegt also nahe eine Lösung anzubieten, die den erfolgreichen Einsatz des Smart Meterings für alle Energieformen der privaten Haushalte vorbereitet. Die Lösung sollte für den Verbraucher so einfach und kostengünstig wie möglich sein und die Angst vor der Nutzung seiner Verbrauchsdaten nehmen obwohl Strom, Erdgas, Wasser, Fernwärme, Heizöl und der Kraftstoffverbrauch der privaten PKW damit erfasst werden können. Diese Lösung erfolgt in Form eines Computerprogrammes, in dem die Eckdaten und regelmäßig die Zählerstände der eigenen Wohnung eingetragen werden und daraus Werte berechnet werden, die einen direkten und aussagekräftigen Vergleich mit anderen Haushalten und dem Bundesdurchschnitt zulassen. Außerdem werden Hochrechnungen für den voraussichtlichen Jahresverbrauch und die entstehenden Kosten durchgeführt und grafische sowie textuelle Bewertungen vorgenommen. Die in das Programm eingetragenen Daten können anonymisiert als Paket auf die zugehörige Wiki-Seite des Forschungszentrums Karlsruhe hochgeladen werden[4, 5]. Dadurch wird im Laufe der Zeit Datenmengen gesammelt, die im Vergleich die regionalen Unterschiede sichtbar werden lassen, anstatt sich nur auf den Bundesdurchschnitt und wenige andere Haushalte zu referenzieren. Die regionalen Datensätze können so auch den Kommunen zur Verfügung gestellt werden. Angestrebt ist daher eine zunehmende Ausbreitung des Projektes, was dem Forschungszentrum und den Sponsoren zugute kommen wird, aber in aller erster Linie das Thema Energiesparen in privaten Haushalten auf regelmäßige aktive Beteiligung erweitert, anstatt eine neue reine Informationskampagne zu starten.

11 Konzept Energiedetektive 3 Ein erwachsener Mensch hat oft eine fest geprägte Meinung, von der er nur schwer und in einem langwierigen Prozess abzubringen ist. Kinder hingegen sammeln gerade Erfahrungen, auf die sie später ihren erwachsenen Charakter und ihre erwachsene Meinung bilden. So ist es also wichtig und effektiver gerade die zukünftige Generation für den nachhaltigen und sparsamen Umgang mit Ressourcen zu sensibilisieren und ihnen Möglichkeiten und Wege aufzuzeigen, gemeinsame Erfahrungen gewinnbringend zu nutzen. Über ein Projekt, dessen Ausgangspunkt die Schule ist, können so auch die Eltern auf verschiedenste Weise immer wieder über einen langen Zeitraum mit diesem Thema konfrontiert werden. In dieser Diplomarbeit soll ein Konzept erstellt werden, das die Auswertungssoftware, die Einbindung des Projekts in den Unterricht und die Erweiterung mit einem passenden Experimentierkoffer umfasst. Das entstehende Schulprojekt soll den Namen Energiedetektive tragen. Forschungszentrum Karlsruhe Katharina Schmidt Berufsakademie Karlsruhe Institut für Angewandte Informatik Diplomarbeit Mechatronik, TMT05VS

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13 Konzept Energiedetektive 5 2 Auslegung des Projektes Energiedetektive für den schulischen Einsatz Bevor der Umfang des Programms näher erläutert werden kann, muss man sich einig werden, für welche Klassenstufe beziehungsweise Schulform das Projekt Energiedetektive ausgelegt werden soll. Um die Eingabe und Auswertung der Daten, deren Bewertung, sowie den Sinn des gesamten Projektes zu verstehen müssen die Schüler über gewisse Grundkenntnisse verfügen. Auf diesen Grundlagen kann dann im Verlaufe des Projektes in den verschiedenen Themengebieten aufgebaut werden. 2.1 Voraussetzungen und Anforderungen an die Schüler Eine Grundvoraussetzung für dieses Projekt ist der Inhalt des Faches Mathematik. Bekannt sein sollten bereits sehr große und sehr kleine Zahlen auch im Dezimalbereich. Die abgelesenen Werte sollten sinnvoll auf die geforderten Nachkommastellen gerundet werden können. Die Auswertung der Daten erfolgt in Tabellen, Diagrammen und sogenannten Sachtexten. Der Schüler sollte in der Lage sein, Tabellen und Diagramme selbst anzulegen und lesen und vergleichen zu können. Mehrere Kurven in einem Diagramm und die Prozentrechnung dürfen hierbei kein unüberwindbares Problem darstellen. Sachtexte sollten ohne große Probleme und ohne umfangreiche Erklärungen verstanden werden können. Die Werte werden gegenüber den Tabellen nicht eins zu eins im Diagramm wiedergegeben, sondern deren berechnete Mittelwerte und zum Vergleich normierte Werte. Der Schüler muss sich unter dem Begriff Durchschnitt beziehungsweise Mittelwert etwas vorstellen können und auch den Zusammenhang zwischen Größen erkennen können. Dies ist zum Beispiel wichtig um den Heizbedarf einer großen und einer kleinen Wohnung miteinander vergleichen zu können. Normalerweise wird die größere Wohnung mehr Heizenergie in der Summe benötigen. Wird der Heizenergiebedarf jedoch pro Quadratmeter der Wohnung angezeigt, so muss das nicht zwangsläufig zur selben Aussage führen. Hier kann die kleinere Wohnung durchaus mehr Heizenergie Forschungszentrum Karlsruhe Katharina Schmidt Berufsakademie Karlsruhe Institut für Angewandte Informatik Diplomarbeit Mechatronik, TMT05VS

14 6 pro Quadratmeter benötigen als die größere. Der Schüler sollte dies erkennen und bewerten können. Außerdem sollte der Schüler eine gewisse Vorstellungskraft und Assoziationsvermögen besitzen, um die Umrechnung von Verbräuchen in andere Darstellungen zu erfassen. Gemeint ist damit zum Beispiel, dass der Stromverbrauch eines Tages nicht einfach als Zahl stehen bleibt, sondern im Text auch erwähnt wird, wie viele Glühbirnen man damit 24 Stunden brennen lassen kann. Ebenfalls sollte auch der auf die benötigte Anbaufläche für Biodiesel in Fußballfelder umgerechnete Kraftstoffverbrauch vorstellbar sein. Es wird also auch räumliches Vorstellungsvermögen vorausgesetzt. Die Diagramme geben stets den normierten Verbrauch pro Quadratmeter pro Kopf oder pro Kilometer an. Das Lesen und verstehen solcher Darstellungen ist demnach besonders wichtig. Damit ist auch gleichzeitig vorausgesetzt, dass die Schüler gewisse Größen und Einheiten kennen und gegebenenfalls ineinander umrechnen können. In diesem Projekt wird eingegangen auf - Die Fläche im Quadratmetern - Das Volumen in Litern und Kubikmetern - Die Leistung in Kilowattstunden - Die Zeit als Datum, in Tagen, Wochen, Monaten und Jahren. Neben der Mathematik werden von den Schülern die praktische Beschaffung der Verbrauchswerte und deren Eingabe in das Programm gefordert. Dazu müssen die Anzeigen für Temperatur und Zähler für Erdgas, Fernwärme, Wasser, Strom und Kilometern sowie der Verbrauch von Heizöl und Kraftstoff richtig abgelesen und einem bestimmten Zeitraum zugeordnet werden können. Alternativ dazu können die Werte von einer Rechnung abgelesen werden. Ebenfalls notwendig ist der Umgang mit Geräten zu Längenmessung wie Zollstock oder Maßband. Nach dem Sammeln der Werte in Tabellenform (Datum und Zählerstand) auf einem Formblatt werden diese in das Computerprogramm eingetragen. Die Schüler sollten also einen Computern ein- und ausschalten können, auf Daten externer Datenträger wie USB-Sticks zugreifen können, eine Programm starten und beenden und mit der Tastatur und der Maus Eingaben vornehmen und Befehle erteilen können. Außerdem sollten sie in der Lage sein, sich mit einem zu merkenden, eigenen Nutzernamen und geheimen Passwort anzumelden.

15 Konzept Energiedetektive 7 Die Dateneingabe am PC erfolgt wenn möglich in der elterlichen Wohnung, in der auch die Werte aufgenommen werden. Ist dort kein Computer vorhanden, so kann dies auch in der Schule geschehen. Regelmäßige Einsatzorte des Projektes sind also die elterliche Wohnung, die Schule, der Computer und die Orte, an denen sich die Verbrauchszähler befinden. Die Kinder sollten sich, gegebenenfalls unter Aufsicht, auch in Kellern, in Abstellkammern und auf Dachböden sicher verhalten können. Eine Belehrung und Aufklärung sollte hierzu unbedingt voraus gehen, auch um das exakte Ablesen der Daten zu gewährleisten. Eine weitere Grundvoraussetzung ist es, das die Schüler fähig sind, an einem langfristigen Projekt zu arbeiten und in gewissenhafter Regelmäßigkeit die benötigten Daten sammeln und eingeben, also an das wissenschaftliche Arbeiten herangeführt werden können. 2.2 Themengebiete Die Mathematik und das Sammeln der Daten sind unterstützende Hilfsmittel und zugleich Grundvoraussetzungen für ein erfolgreiches Projekt namens Energiedetektive. Die Themen, mit denen sich das Projekt befasst sind Energie und Wasser. Hauptsächlicher Bestandteil ist das Verbrauchen und das Sparen von Energie und Wasser im Haushalt, der entsprechende Vergleich zwischen verschiedenen Haushalten und die daraus resultierende Bewertung des einzelnen Haushaltes. Im Folgenden werden Kernpunkte genannt, die nicht zwingend vor dem Projektstart bekannt sein müssen, aber als Bestandteile des umfassenden Verstehens der zukunftsprägenden Problematik Energie und Wasser im Projektverlauf betrachtet werden sollten. Dass Energie zunächst in eine nutzbare Form umgewandelt werden muss, bevor sie verbraucht werden kann, sollte jedem Schüler bewusst sein. Nötig dazu sind das Wissen welche Arten von Energie wir im Haushalt nutzen vor allem im Betracht auf die Heizart und aus welchen Quellen sie bezogen wird. Die Förderung von Rohstoffen, deren Verarbeitung, die Umwandlung in andere Energieformen mit Betrachtung des Wirkungsgrades, der Energiegehalt und der Transport der Energieträger sollten prinzipiell bekannt sein. Auch ist es wichtig die Größe und Lage der heutigen Forschungszentrum Karlsruhe Katharina Schmidt Berufsakademie Karlsruhe Institut für Angewandte Informatik Diplomarbeit Mechatronik, TMT05VS

16 8 Rohstoffreserven, alternative Energiequellen und die Energiekostenentwicklung im Laufe der Jahre zu betrachten, um die Tragweite der Problematik Energie zu verstehen. Wichtiger als Energie zum Heizen, Betreiben elektrischer Geräte und als Garantie der Mobilität ist das Wasser als Grundlage allen Lebens. Die Bedeutung und Nutzung von Wasser für die Natur und den Menschen sollte deutlich werden. Wichtig zu wissen ist, dass Trinkwasser nicht lediglich aus dem Wasserhahn kommt und durch den Abfluss verschwindet, sondern aufbereitet und gereinigt werden muss. Zudem ist Wasser nicht als selbstverständlicher Besitz des Menschen in den Bereichen Haushalt, Wirtschaft, Freizeit und Umweltgestaltung zu sehen sondern als Naturgewalt, die die Erde formt und bestimmt wo Leben herrscht. Wichtig ist es auch hier auf sogenannte alternative Quellen einzugehen wie zum Beispiel Regenwasser und so oft wie nötig den sparsamen Umgang zu betonen. 2.3 Einordnung des Projektes in Schulform und Klassenstufe Damit die Auswertung der eingegebenen Daten und die darauf folgende Bewertung verstanden werden kann, sollten die Kinder von Seiten der Mathematik bereits die im Programm relevanten Grundlagen beherrschen. Viele dieser Grundlagen werden bis zum Ende der vierten Klasse in der Grundschule vermittelt. Daher ist es weniger sinnvoll mit diesem Projekt bereits in der Grundschule zu beginnen, da die Schüler die Ergebnisse nicht ohne weiteres nachvollziehen beziehungsweise aufgrund der großen und dezimalen Zahlen noch nicht verstehen könnten. So gerät das Hauptziel des Projektes Energiedetektive sehr schnell in den Hintergrund und die Mathematik in den Vordergrund. Ein beschränkter Einsatz des Programms ist in den Klassen fünf bis sechs denkbar, wenn zum Beispiel nur das leicht greifbare Medium Wasser betrachtet wird. Dabei ist es einfacher, zuerst gemeinsam mit allen Schülern nur ein Gebäude zu untersuchen anstatt sofort viele, verschiedene Haushalte. So kann man die Schüler Stück für Stück mit wachsender Begeisterung über neue Möglichkeiten an die wesentlichen Punkte der Gesamtproblematik und die Funktionsweise des Programmes heranführen. Bei weiterer Dauer des Projekts in den folgenden Schuljahren können dann verschiedene Haushalte und Energieträger in die Betrachtung mit aufgenommen werden.

17 Konzept Energiedetektive 9 Angedacht ist es, das Projekt Energiedetektive in die Klassen 7 bis 9 in der Realschule einzuordnen. Dort kann bereits auf mehrere vorangegangene Unterrichtsinhalte aufgebaut werden und gleichzeitig mit dem Projekt in neuen Lernstoff eingeführt werden. In den folgenden Absätzen soll ein sinnvoller Einsatz des Projektes Energiedetektive in diesen Klassen mit einzelnen Lehrinhalten verschiedener Fächer begründet werden. Grundlage dazu bildet der Lehrplan Baden- Württemberg für die Schulform Realschule. [6] Mathematik Im Fach Mathematik sind die Schüler am Ende der sechsten Klasse in der Lage sinnvoll zu runden und mit Prozentzahlen umzugehen. Die Größen und Einheiten von Zeit, Geld und Länge sind bekannt und können ebenso wie Rechteckflächen und Quadervolumina umgewandelt werden. Das Sammeln von Daten in Tabellen und Darstellen in verschiedenen Diagrammarten sowie die Berechnung von Mittelwerten werden ebenfalls beherrscht. Zudem leistet der Mathematikunterricht einen Beitrag zum Erwerb verschiedener Kompetenzen wie Ausdauer, Zuverlässigkeit, Sorgfalt, Verantwortungsbereitschaft, Urteilsfähigkeit und kritisches Reflektieren. Die Beschreibung der realen Gegebenheiten mit Hilfe der Mathematik ist eines der Hauptziele des Unterrichts. Diese Kompetenzen und Inhalte werden bei der Durchführung des Projektes verlangt und gleichzeitig ebenso gefördert Naturwissenschaftliches Arbeiten Im Bereich des naturwissenschaftlichen Arbeitens der Fächer Biologie, Chemie und Physik werden eine ganze Reihe für das Projekt wichtiger Inhalte vermittelt. 1) So soll der Einsatz des Computers zum Erwerben von Wissen sowie beim Dokumentieren und Präsentieren von Arbeiten als Selbstverständlichkeit angesehen werden. Von dieser Seite steht also dem Einsatz eines Programmes mit naturwissenschaftlichem Inhalt nichts entgegen. 2) Des Weiteren soll der Schüler zu dem Schluss gebracht werden, dass jedes Teil eine eigene Bedeutung besitzt und dennoch einem Gesamtsystem untergeordnet ist. Dieser Aspekt lässt sich auf den einzelnen Haushalt als Teil des Systems aller Haushalte einer Klasse oder gar Schule anwenden. Auch wenn der einzelne Haushalt im Mittelwert nicht mehr zu erkennen ist, so trägt auch er seinen Teil Forschungszentrum Karlsruhe Katharina Schmidt Berufsakademie Karlsruhe Institut für Angewandte Informatik Diplomarbeit Mechatronik, TMT05VS

18 10 zu der aktuellen Situation also dem berechneten Durchschnittsverbrauch bei und kann ihn gleichermaßen mit verändertem Verhalten in Zukunft beeinflussen. 3) Mit dem naturwissenschaftlichen Arbeiten sollen Probleme des Alltags messtechnisch erfasst werden und die Beziehungen zweier messbarer Größen im Experiment hergestellt werden. Unter diesem Aspekt lässt sich der normierte Verbrauch von Energie und Wasser pro Kopf beziehungsweise Quadratmeter oder gefahrenen Kilometer als Beispiel anbringen. 4) Besonders wichtig für dieses Projekt ist auch die Auseinandersetzung mit dem Energiebegriff. Behandelt werden Mengen und Kosten sowie Speichermöglichkeiten von Energie im Alltag und Sonnenenergie. In der zehnten Klasse werden regenerative Energien, fossile und nachwachsende Rohstoffe und die Treibhausgas- sowie Ozonproblematik vermittelt. Bis dahin kann das Projekt ein grundlegendes Verständnis als Fundament für komplexere Betrachtungen gelegt haben. 5) Der Begriff Elektrizität wird eingeführt. 6) Weiterhin soll ein Beitrag zum Anerziehen von ökologisch verantwortlichem Handeln erfolgen, wobei auf die Begrenztheit der Ressourcen aufmerksam gemacht wird und ein emotionaler Bezug zur Natur als Grundlage zu deren Schutz hergestellt werden soll. Diese Betrachtungen des Themas Energie tragen wesentlich zum Verständnis des Gesamtziels des Projektes Energiedetektive bei. Im Gegenzug unterstützt das Programm mit den darstellenden Vergleichen von verbrauchten Mengen den emotionalen und direkt nachfühlbaren Bezug. Zum Beispiel kann dies die schockierende Vorstellung sein, den täglichen Wasserbedarf in Form von Flaschen eigenhändig in die eigene Wohnung zu tragen Fächerverbund Erdkunde, Wirtschaftskunde, Gemeinschaftskunde Im Fächerverbund Erdkunde, Wirtschaftskunde, Gemeinschaftskunde soll ein vernetztes, fächerübergreifendes Denken geschult werden, wie es auch im Sinne des Projektes ist. Die Schüler sollen für eine Verbesserung der Umwelt und eine nachhaltige Entwicklung in sämtlichen Bereichen sensibilisiert werden und die Notwendigkeit eines umweltgerechten Handelns zum Erhalt der Vielfalt der Erde als bewahrenswerte Schöpfung erkennen.

19 Konzept Energiedetektive 11 Außerdem wird die Gewinnung und Verarbeitung von Rohstoffen als Lehreinheit bereits in der sechsten Klasse vorgeschrieben, womit dieses projektbezogene Themengebiet bereits vor Projektstart als Grundlage behandelt worden ist Technik Im Fach Technik ab der Klasse acht wird auch der ökologische Aspekt der Technik beleuchtet. Es werden im Bereich Verkehr neben alternativen Kraftstoffen auch die ökologischen Folgen der Mobilität besprochen. Die Versorgung mit fossilen und regenerativen Energien wird als Modell besprochen und Möglichkeiten für energiesparendes Bauen und Wohnen sollen bekannt gemacht werden. So hat der Schüler nutzbare Werkzeuge in der Hand, um im späteren eigenständigen Leben ein energiesparendes Verhalten umzusetzen. Praktischen Bezug dazu erhält er bereits durch die Arbeit im Projekt Energiedetektive Mensch und Umwelt Im Fach Mensch und Umwelt soll dem Schüler der Sinn einer verantwortungsbewussten Lebensgestaltung erläutert werden. Hier kommt wieder der Aspekt des einzelnen Teils in Bezug auf ein Gesamtsystem zum Tragen. Diesmal wird an das Verhalten des einzelnen Schülers appelliert. Er wird unter anderem über Kennzeichnungsvorschriften und Kennzeichen bei Haushaltsgeräten aufgeklärt also auch auf Energiesparklassen. Das kann in Bezug auf das Projekt folgendermaßen reflektiert werden: Der einzelne Schüler vergleicht seine Verbrauchskurven mit denen der Klasse und dem Bundesdurchschnitt. Daraus zieht er Rückschlüsse auf Abweichungen und forscht aufgrund seiner Kenntnisse den Ursachen nach und ersinnt Möglichkeiten zum Beispiel bei einem hohen Verbrauch durch verändertes Nutzerverhalten diesen zu senken oder er ergründet warum gerade sein Haushalt viel weniger Strom verbraucht. Eine Lösung und Antwort darauf können Geräte einer sehr guten Energiesparklasse sein. Bei optimistischer Betrachtung legt der Schüler nach weiterer Auseinandersetzung in Zukunft also Wert auf sparsame elektrische Geräte nicht allein wegen der Stromrechnung, die er als baldiger selbstständiger Mensch dann auch selbständig begleichen muss Informationstechnische Grundbildung Zu guter Letzt werden die Forderungen für die informationstechnische Grundbildung betrachtet. Forschungszentrum Karlsruhe Katharina Schmidt Berufsakademie Karlsruhe Institut für Angewandte Informatik Diplomarbeit Mechatronik, TMT05VS

20 12 Diese Grundbildung soll fächerübergreifend zum Sammeln, Bearbeiten und Auswerten von Daten genutzt werden. Die Einarbeitung in unbekannte Programme und die Arbeit mit verschiedenen Datenträgern sollen im Laufe des Schullebens eine gewissen Selbstverständlichkeit erlangen ebenso der Umgang mit persönlichen Daten in elektronischer Form und das gemeinsame Arbeiten an Dokumenten. Im Hinblick auf das Programm des Projektes Energiedetektive werden diese Faktoren erfüllt. Das Programm ist zunächst unbekannt und erfordert Einarbeitung und die Übertragung von Daten mittels eines USB-Sticks, die dann gemeinsam von der Klasse genutzt werden können. Im Programm werden persönliche und haushaltsspezifische Daten benötigt und es werden regelmäßig die Verbrauchsdaten nachgetragen und ausgewertet. 2.4 Durchführung des Projektes im Schuljahr Nachdem nun festgelegt und begründet wurde, für welche Hauptaltersstufe das Projekt Energiedetektive ausgelegt sein soll, erfolgt ein Vorschlag zu dessen Einbindung in den Unterricht. Eingeordnet werden kann das Projekt in den Fächerverbund Naturwissenschaftliches Arbeiten der Realschulen in Baden-Württemberg. So wird der fächerübergreifende und vielseitige Aspekt nicht aufgrund von zu engen spezifischen Lehrplanvorgaben beschnitten. Ein Einsatz in anderen Unterrichtsfächern und Fächerverbünden ist dennoch nicht ausgeschlossen. Die verantwortlichen Lehrer sollten am Ende jedoch selbst über den sinnvollsten, zielführendsten Einsatz des Projektes in ihrer Schule beraten und entscheiden dürfen. Außerdem soll in der künftigen Entwicklung und Ausarbeitung des Projektes eine Pädagogische Hochschule mit professionellem Rat die Entscheidung erleichtern. Da in diesem Projekt Daten über einen langen Zeitraum gesammelt werden müssen, um aussagekräftige Auswertungen zu erhalten, sollte das Projekt eine Dauer von mehreren Monaten, bestenfalls sogar von mehreren Schuljahren haben. Bei einer mehrjährigen Dauer kann der Umfang des Programms am besten ausgeschöpft werden, da so jahreszeitliche Aspekte wie die Änderung des Heizenergiebedarfs oder jahresspezifische Eigenschaften, wie zum Beispiel besonders milde Winter, noch deutlicher sichtbar werden.

21 Konzept Energiedetektive 13 Das Projekt sollte möglichst mit dem Beginn des neuen Schuljahres starten. In dieser Zeit nach den sechswöchigen Sommerferien können die Schüler im Allgemeinen wesentlich leichter motiviert werden, da sie erholt sind und wichtige Klassenarbeiten oder auch Prüfungen noch in weiter Ferne liegen. Zur Einführung des Projektes sollte ein Elternabend durchgeführt werden, um den Eltern den Umfang und den Sinn des Projektes zu erklären und ihnen daraus resultierende Vorteile aufzuzeigen. Auch die Umsetzung des Datenschutzes sollte dabei den Eltern erläutert werden, um eine mögliche negative Einstellung gegenüber dem Projekt zumindest zu mildern. Zu diesem Thema kann den Schülern auch ein Elternbrief mitgegeben werden, der den Umfang der eventuell sensiblen Daten aufzeigt. Folgende Daten eines privaten Haushalts beziehungsweise Schülers sollen im Programm aufgenommen werden: - Name, Vorname und Geburtstag des Schülers - Klasse und Schule des Schülers - Wohnungsgröße - Die Anzahl der Einwohner der Wohnung des Schülers - Die Art der Heizung (Erdgas, Erdöl, Fernwärme, sonstige) - Der Kraftstoff der Autos Diese Angaben dienen lediglich den Berechnungen und der Unterscheidung der einzelnen Haushalte bei der Anmeldung des Schülers. Ab der Ebene der gesamten Klasse sind nur die berechneten Werte für jeden Schüler zugänglich, nicht jedoch fremde Haushalts- und schülerspezifische Daten. Die Schüler selbst sollten zudem eine Sicherheitsbelehrung zu den Themen Elektrizität, brennbare Stoffe und Unfallverhütung beim Ablesen von Zählerständen erhalten. Des Weiteren ist es ratsam, den Schülern zu erklären, wie die Zähler richtig abgelesen werden um wie mit den Gräten des Energiekoffers umgegangen wird. Weitere Belehrungen liegen im Ermessen des projektleitenden Lehrers. Zu Beginn des Projektes wird im Programm für jeden Schüler ein Profil in der Klasse seiner Schule angelegt, in dem die oben genannten persönlichen und haushaltsbezogenen Daten eingetragen werden. Forschungszentrum Karlsruhe Katharina Schmidt Berufsakademie Karlsruhe Institut für Angewandte Informatik Diplomarbeit Mechatronik, TMT05VS

22 14 Im Verlaufe des Projektes werden regelmäßig Daten gesammelt. Es werden einmal in der Woche die Verbräuche der Wohnung abgelesen und in das Programm eingetragen. Dies ist die regelmäßige Hausaufgabe jedes Schülers. Sollte dieser keinen Computern zu Hause haben, so kann er seine Daten in der Schule in das Programm übertragen. Einmal im Monat sollte sich die gesamte Klasse treffen, um das Projekt zu besprechen und die Daten auszuwerten und Ergebnisse zu diskutieren. Dabei werden die Verbrauchsdaten aller Schüler zusammengetragen und die Klassendurchschnitte berechnet. Ist ein Drucker vorhanden, so können der Report und die Bewertung des Verbrauchs der einzelnen Haushalte von den entsprechenden Schülern ausgedruckt werden. Dies kann natürlich auch am heimischen Drucker erfolgen. Im Rahmen des Treffens erfolgt auch eine Verteilung von projektbegleitenden Aufgaben wie zum Beispiel die Ermittlung des Stromverbrauchs bestimmter Geräte eines Haushalts oder kleine Vorträge zu den Themengebieten des Projektes. So wird begleitend zum Unterricht regelmäßig das Thema Energie angeschnitten und mit den Vorträgen kann aktueller Unterrichtsstoff eingeführt oder vertieft werden. Diese Vorträge könnten dann auch als kleine naturwissenschaftliche Ausarbeitungen benotet werden und werden daher vorzugsweisen von denjenigen Schülern übernommen, die aus unterschiedlichen Gründen nicht an der Datenerfassung teilnehmen können. Neben dem Programm steht bei den monatlichen Treffen der Energiekoffer im Mittelpunkt. Er bietet eine Reihe von Möglichkeiten die Ergebnisse des Reports nachzuvollziehen, enthält Anschauungsmaterialien sowie Geräte wie zum Beispiel ein Strommessgerät. Damit unterstützt der Koffer das Projekt und erleichtert dessen Einführung durch Broschüren, Projekt- und Exkursionsvorschläge. Näher erläutert wird der Energiekoffer unter Kapitel 6. Um die Schüler und auch Eltern im Projekt dauerhaft zu motivieren dienen der Inhalt des Energiekoffers, druckbare Reporte über die Verbräuche der Haushalte, ein Energiequiz mit Urkunde bei erfolgreicher Beantwortung der Fragen und sicher auch gute Noten, die mit den Vorträgen erzielt werden können.

23 Konzept Energiedetektive 15 3 Das Programm Nachdem im vorangegangenen Kapitel erläutert wurde in welcher Klassenstufe und Schulform das Projekt hauptsächlich durchgeführt werden kann, widmen sich die folgenden Seiten der Auslegung und Umsetzung des Programmes. 3.1 Allgemeine Anforderungen Das Programm des Projektes Energiedetektive soll als Schulsoftware gestaltet werden. In dieser Software werden die haushaltseigenen Verbrauchsdaten von verschiedenen Energieträgern, von Wasser und die Innentemperatur gesammelt und mittels Tabellen, Diagrammen und Texten ausgewertet. Die Daten werden dazu regelmäßig durch die Nutzer, also Schüler und Lehrer, in das Programm eingepflegt. Dem entsprechend muss das Programm mit einer im Laufe der Jahre ständig wachsenden Anzahl von Messreihen umgehen können. Das heißt diese aufzunehmen, mit ihnen Berechnungen durchzuführen sowie deren Ergebnisse zu vergleichen und als Grafik und Text darzustellen. Die Verbräuche der einzelnen Haushalte sollen miteinander und gegenüber dem Bundesdurchschnitt verglichen werden. Dazu müssen sie auf vergleichbare Werte normiert werden. Die Bewertung wird daraufhin in Form von Diagrammen und Texten erfolgen. Diese sollen ausgedruckt werden können. Entsprechend der Aufteilung einer Schule in Klassen mit Schülern soll auch das Programm in Ebenen gegliedert werden. Die übergeordnete Ebene bildet dabei die Schule selbst, von der auf verschiedene, angelegte Klassen zugegriffen werden kann. Den Klassen können dann Lehrer und Schüler hinzugefügt werden. Jede Ebene ist dabei mit Passwörtern geschützt. Der Schüler kann so nur auf sein eigenes Profil zugreifen, der Projekt- oder Klassenleiter auf die ihm anvertrauten Klassen inklusive der zugehörigen Schülerprofile. Von der Schulebene aus kann mit dem richtigen Passwort auf sämtliche Daten und Profile zugegriffen werden. Der Schulebene selbst übergeordnet ist nur die Entwicklerebene, in der die Schule selbst angelegt werden kann. Entsprechend dieser Struktur sind auch die Rechte zur Änderung der meisten Daten geregelt. Forschungszentrum Karlsruhe Katharina Schmidt Berufsakademie Karlsruhe Institut für Angewandte Informatik Diplomarbeit Mechatronik, TMT05VS

24 16 Abbildung 1: Gliederung der Institution Schule Das Programm soll mittels der Programmiersprache C# erstellt werden. Die fertige Anwendung soll durch eine Datei unabhängig vom Speichermedium und möglichst ohne Installation gestartet werden können. Das Programm befindet sich entweder auf einem USB-Stick oder auf der Festplatte eines Computers. Jeder Schüler bekommt einen USB-Stick mit dem Programm ausgehändigt, um die Dateneingabe auch zu Hause vornehmen zu können. In der Schule werden die Daten der einzelnen Schüler dann am Schul-PC zusammengetragen, also von den USB-Sticks importiert. Ob das Programm und die Klassendaten in der Schule auf einem USB-Stick oder auf der Festplatte gespeichert werden, soll dabei frei wählbar sein. Neben dem Zusammentragen der einzelnen Schülerdaten sollen die daraus berechneten Klassendurchschnitte auf die USB-Sticks der Schüler exportiert werden können, um auch an anderen Computern die Vergleiche darstellen zu können. Der Sinn des USB-Sticks ist es, dass das Programm und die enthaltenen Daten überall genutzt werden können. So ist der Schüler nicht an den heimischen PC gebunden und kann seine Hausaufgaben an jedem PC mit USB-Anschluss erledigen. Auch müssen die Daten zur Nutzung im Klassen- oder Schulverbund nicht auf einen Internetserver geladen werden, sondern werden im vom Schüler beaufsichtigten USB-Stick transportiert. Parallel zu dem Programm soll es eine Wiki-Seite im Internet geben, die auch über Links im Programm erreicht werden kann. Hier stehen Informationen und Tipps zu dem Projekt Energiedetektive wie Energiespartipps, Unterrichtsvorschläge und einiges mehr. Außerdem sollen die ermittelten und anonymisierten Durchschnittsdaten auf

25 Konzept Energiedetektive 17 diese Seite hochgeladen werden können, um so überregionale Vergleiche anstellen zu können. Dies ist in den dazu berechtigten Entwickler-, Schul- beziehungsweise Klassenebenen möglich. Sollte der PC, an dem gearbeitet wird, nicht über einen Internetzugang verfügen, so kann eine lokale Startvariante vom USB-Stick beziehungsweise vom Computer geladen werden, um auf wesentliche Informationen zugreifen zu können. Nähere Informationen über die Wiki-Seite befinden sich in Kapitel 5. Neben diesen Grundfunktionen sollte im Programm ein einheitliches Design verfolgt werden. Dieses sollte allerdings nicht unter der Annahme eine Schulsoftware zu entwickeln in ein kindliches Schema verfallen. Die Navigation zwischen den einzelnen Profilen und Menüs soll logisch aufgebaut und damit einfach zu verfolgen sein. 3.2 Die benötigten Daten und deren Eingabe Damit das Programm seine Funktionen erfüllen kann, benötigt es eine ganze Reihe von Daten zur Unterscheidung der Profile sowie zur Berechnung, Darstellung und Bewertung der regelmäßig eingetragenen Daten Festlegung der zu erfassenden Medien Vorausgehend und für das weitere Verständnis sei grundlegend zu erwähnen, welche Verbrauchsdaten im Programm aufgenommen werden können: - Die Heizenergie anhand von Erdgas, Heizöl beziehungsweise Fernwärme - Der Wasserverbrauch - Der Stromverbrauch - Der Kraftstoffverbrauch von Fahrzeugen Neben diesen Werten kann auch die Innen- sowie Außentemperatur dokumentiert werden. Von einer Erfassung der Heizenergie in Form von Brennholz, Kohle oder Pellets wurde abgesehen, da deren verbrauchte Mengen nur schwer zu erfassen sind und diese Formen nur in den seltensten Fällen als hauptsächliches Heizmittel verwendet werden (siehe Tabelle 1). [7] Wird Strom zum Heizen der Wohnung benutzt, so ist dies im Stromverbrauch enthalten und kann bei der Auswertung im Report mutmaßlich berücksichtigt werden. Forschungszentrum Karlsruhe Katharina Schmidt Berufsakademie Karlsruhe Institut für Angewandte Informatik Diplomarbeit Mechatronik, TMT05VS

26 18 Heizmittel Anzahl der Haushalte In Prozent Gesamt Gas ,7 Heizöl ,8 Fernwärme ,7 Elektrizität ,1 Briketts, Braunkohle ,3 Holz, sonstiges ,0 Koks, Steinkohle ,3 Tabelle 1: Wohnsituation 2002; Überwiegende Energieart der Heizung Bei den Kraftstoffen wird zwischen Benzin und Diesel unterschieden Profildaten und Profilrechte Nun wird erläutert, welche Daten zur Organisation der Profile auf den verschiedenen Ebenen nötig sind. In der Entwicklungsebene wird grundlegend die Schule unter ihrem Namen und einem Zugriffspasswort angelegt. Ist ein Schulprofil angelegt worden, so können dort der Schule weitere Eckdaten wie deren Adresse oder Region und deren Ansprechpartner beziehungsweise Direktor angeben werden. Ebenfalls werden in dieser Ebene die Profile und Passwörter der einzelnen Klassen, die am Projekt teilnehmen, erstellt. Dies erfolgt unter Angabe der Klasse und des Schuljahres, also zum Beispiel Klasse 8a (08/09). In der Klassenebene selbst werden dann die verantwortlichen Lehrer eingetragen. Diese Lehrer dürfen die Schülerprofile erstellen und bearbeiten sowie festlegen, welche Daten von den Schülern gesammelt werden sollen. So kann zum Beispiel bestimmt werden, dass nur der Wasserverbrauch und die Innen- und Außentemperatur erfasst werden sollen. Die Heizenergie und der Kraftstoffverbrauch werden demnach in der Auswertung und in den Schülerprofilen ausgeblendet. Allgemein gilt, dass die Innentemperatur von jedem Schüler in seiner elterlichen Wohnung gemessen und im Schülerprofil eingetragen wird, die Außentemperatur jedoch für die gesamte Klasse stellvertretend am Schulgebäude gemessen und im Klassenprofil eingetragen wird. Dabei ist möglichst ein digitales Thermometer, das die Minimal- und Maximaltemperaturen speichert, zu nutzen.

27 Konzept Energiedetektive 19 Bei der Erstellung der Schülerprofile werden neben dem Passwort folgende Schülerdaten vom Lehrer eingetragen: - Vorname und Nachname des Schülers - Geburtsdatum des Schülers - Nutzername des Schülers Diese Angaben können zur Vermeidung von grobem Unfug vom Schüler selbst nicht geändert werden. Die Angabe des Geburtsdatums ist wichtig, um Schüler mit denselben Namen innerhalb des Programms unterscheiden zu können. Neben diesen Angaben kann der Lehrer einzelnen Schülern zusätzliche Aufgaben wie zum Beispiel die Ermittlung des Stromverbrauches einzelner Geräte zuteilen und dies im Profil eintragen. Möchte der Lehrer selbst an der Erhebung von Verbrauchswerten teilnehmen, so legt er für sich selbst auch ein Schüler -Profil an. Das gleiche gilt, falls das Schulgebäude ebenfalls untersucht werden soll. Im Schülermodus werden dann im entsprechenden Schülerprofil die für die Berechnung erforderlichen Eckdaten des Haushaltes aufgenommen, soweit sie nach den Bestimmungen des Lehrers erforderlich sind: - Die Wohnungsgröße im Quadratmetern - Die Anzahl der Bewohner in der Wohnung des Schülers - Die Art der Heizung - Die Kraftstoffart des Fahrzeugs Bei der Auswahl der Heizungsart werden wie schon erwähnt Erdgas, Heizöl und Fernwärme angeboten. Sollte der Haushalt auf andere Art beheizt werden, so wird Sonstige ausgewählt und in diesem Schülerprofil werden keine Daten der Heizenergie eingetragen und berechnet. Auch bei der Berechnung des Klassendurchschnitts für Heizenergie wird dieser Haushalt nicht berücksichtigt. Wurden letztendlich die Schülerdaten und die Wohnungsdaten vollständig eingegeben, so kann mit der eigentlichen Projektarbeit begonnen werden. Innerhalb des Schülerprofils können dann die Verbrauchsdaten und die Innentemperatur hinzugefügt werden sowie Vergleiche und Bewertungen des eigenen Haushalts inklusive dem Druck der Reporte vorgenommen werden. Forschungszentrum Karlsruhe Katharina Schmidt Berufsakademie Karlsruhe Institut für Angewandte Informatik Diplomarbeit Mechatronik, TMT05VS

28 Die Passwörter Die Passwörter werden zunächst bei der Erstellung eines Profils gesetzt um einen ersten Login zu ermöglichen. Innerhalb des entsprechenden Profils können sie neben anderen Daten jederzeit geändert werden. Um bei Vergessen eines Profilpasswortes wieder auf das Profil zugreifen zu können, kann das Passwort in der nächstübergeordneten Ebene erneuert werden. Das Schulpasswort wird demnach zuerst unter dem Entwicklermodus bestimmt und kann dann später im Schulprofil oder im Entwicklermodus geändert werden. Die Klassenpasswörter werden beim Anlegen des Klassenprofils im Schulmodus erstellt und anschließend in diesem oder unter dem Profil der entsprechenden Klasse geändert. Die Schülerprofile und Schülerpasswörter werden analog dazu zunächst im Klassenmodus erstellt und die Passwörter bei Bedarf vom Schüler selbst in seinem Profil oder durch den oder die verantwortlichen Lehrer im Klassenprofil geändert. Das Entwicklerpasswort selbst kann nicht geändert werden. Es ist durch die Programmierung vorgegeben und kann bei Vergessen durch den Direktor oder beauftragten Lehrer im Forschungszentrum Karlsruhe angefragt werden oder auch in einem dem Programm beigefügten, vertraulichen Dokument festgehalten sein. Die Passwörter der einzelnen Ebenen und Profile dürfen nur den berechtigten Personen bekannt oder zugänglich gemacht werden, um einen Missbrauch der privaten Projektdaten zu verhindern. Dies ist eine verwaltungstechnische Aufgabe innerhalb der Schule Die Verbrauchsdaten Wie bereits erwähnt, werden vom Programm die Heizenergie, der Wasser- und Stromverbrauch der Wohnung und einzelner Geräte, die Leistung der Geräte in verschiedenen Zuständen, der Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeugs und die Innensowie Außentemperatur erfasst und verarbeitet. Damit die Werte im Programm richtig verarbeitet werden, müssen sie beim Eintragen dem Ablesedatum und dem richtigen Medium in der richtigen Einheit zugeteilt werden. In der folgenden Tabelle sind die Medien und deren geforderte Einheiten aufgeführt.

29 Konzept Energiedetektive 21 Medium Einheit Strom Kilowattstunden kwh Geräteleistung Kilowatt kw Wasser Liter l Erdgas Kubikmeter m³ Heizöl Liter l Fernwärme Kilowattstunden kwh Innen- und Außentemperatur Grad Celsius C Kraftstoff Liter l Gefahrene Strecke Kilometer km Kosten Euro Tabelle 2: Einheiten der erfassten Medien Wie man erkennen kann, wird bei dem Medium Kraftstoff nicht nur die verbrauchte Litermenge, sondern auch die damit zurückgelegten Kilometer bei der Eingabe verlangt. Dies ist für die spätere Berechnung und Normierung der Werte wichtig. Für diesen Vorgang müssen bei der Eintragung der anderen Verbrauchsmedien keine zusätzlichen Angaben getätigt werden. Die Innentemperatur, welche kein Verbrauch ist, sollte um die Angabe ergänzt werden, in welchem Zimmer sie gemessen wurde. Anbieten würde sich dabei das Kinderzimmer, aber auch die Küche oder das Wohnzimmer lassen Vergleiche zu Die Berechnungsfaktoren Die Normierung der Verbrauchswerte Um einzelne Haushalte miteinander vergleichen zu können, ist es wichtig, dass die Werte und Kosten normiert werden. Das bedeutet, dass der Verbrauch und die Kosten pro Kopf (Anzahl der Bewohner), Quadratmeter (Wohnungsgröße) oder pro Kilometer über eine bestimmte Zeitspanne dargestellt werden. Die Normierung der Verbräuche der einzelnen Medien wird folgendermaßen festgelegt: 1) Der Heizenergiebedarf wird auf den Bedarf pro Quadratmeter Wohnfläche normiert. 2) Der Bedarf an Strom und Wasser des Haushaltes wird pro Kopf ermittelt. 3) Der Kraftstoffverbrauch wird in Liter pro 100 km betrachtet. 4) Die Leistung einzelner Geräte wird nicht normiert. Forschungszentrum Karlsruhe Katharina Schmidt Berufsakademie Karlsruhe Institut für Angewandte Informatik Diplomarbeit Mechatronik, TMT05VS

30 22 So wird deutlich, dass zum Beispiel ein Haushalt mit 5 Personen nicht unbedingt verschwenderischer mit der Ressource Wasser umgeht als ein 3 Personenhaushalt, auch wenn der größere Haushalt mit Sicherheit eine wesentlich höhere Gesamtverbrauchsmenge und Rechnung zu begleichen hat. Zusätzlich muss der Heizenergiebedarf auf einen Nenner gebracht werden. Die Heizarten Erdgas, Heizöl und Fernwärme haben bei ihrer Angabe unterschiedliche Einheiten und besitzen je Einheit einen unterschiedlichen Heizwert. Hierzu wurde eine Umrechnung vorgenommen, um zu ermitteln wie viel Kilowattstunden in einem Liter Heizöl und einem Kubikmeter Erdgas stecken. Ein Liter leichtes Heizöl (HEL) der Klasse Premium enthält nach Wikipedia 10,08 kwh und ein Kubikmeter Erdgas im Stadtgebiet der Stadtwerke Karlsruhe 10,783 kwh. [8, 9] Mit dieser Normierung können die Verbräuche dann auf eine bestimmte Zeitspanne berechnet und im Diagramm angezeigt werden. Zudem kann in der weiteren Auswertung des Haushaltsverbrauchs eine Hochrechnung für das aktuelle Jahr erfolgen Die Angabe der Kosten Damit Berechnungen für die Kosten über eine bestimmte Zeitspanne angestellt werden können, soll im Programm zunächst auf die in der anstehenden Tabelle aufgelisteten Preise zurückgegriffen werden. Medium Kosten Quelle, Stand (Trink+Ab-) Wasser Strom Erdgas 3,02 / m³ 0,302 Cent / l 18,41 Cent / kwh 10,77 Cent / kwh 116,13 Cent / m³ Stadtwerke Karlsruhe, Vorteil 24, Family; Stadtwerke Karlsruhe, Grundversorgung, bis kwh/jahr; Stadtwerke Karlsruhe, Fernwärme 4,72 Cent / kwh Stadtwerke Karlsruhe, Heizöl Premium (HEL) Diesel Bio-Diesel Benzin normal 522,41 / 500 l 1,045 / l 1,375 /l für KA; (für KA) ,359 /l (JET, TOTAL Karlsruhe) ,475 /l (für KA) Tabelle 3: Kostenfaktoren

31 Konzept Energiedetektive Weitere Werte Damit der Verbrauch der einzelnen Haushalte bewertet werden kann müssen Vergleiche mit dem Bundesdurchschnitt erfolgen. Die dazu nötigen Werte werden im folgenden Kapitel an passender Stelle aufgeführt. 3.3 Der Vergleich der Verbräuche Nachdem die Werte normiert worden sind, können die einzelnen Haushalte untereinander und mit dem Bundesdurchschnitt verglichen werden. Dazu wird der normierte Verbrauch pro Kopf und Tag oder pro Quadratmeter und Tag ermittelt. Da die Werte circa einmal pro Woche aufgenommen werden das Ablesedatum der einzelnen Haushalte dennoch unterschiedlich sein kann, wird bei der Anzeige im Diagramm der durchschnittliche Tagesverbrauch pro Kopf oder Quadratmeter in einer Woche dargestellt. Dies erfolgt für den einzelnen Haushalt und für die gesamte Klasse. Die dazu nötige Summe aller normierten Verbräuche und eventuelle die Summe aller Haushaltsbewohner, Wohnungsgrößen und der gefahrenen Kilometer in der Klasse wird entsprechend der beteiligten Schülerprofile ermittelt. Haushalte, die zum Beispiel keinen Heizenergieverbrauch aufnehmen, werden nicht mit in die Berechnung des Klassendurchschnittes für Heizenergie mit einbezogen. In der Auswertung wird die berechnete, normierte Klassenverbrauchskurve der Kurve des einzelnen, auch normierten Haushaltes gegenübergestellt Bundesdurchschnittliche Verbräuche Ebenfalls wird der Verbrauch mit dem eines durchschnittlichen Haushaltes der Bundesrepublik Deutschland verglichen. Daran wird auch die spätere Bewertung festgemacht Stromverbrauch Der Stromverbrauch ist dabei wie in der folgenden Tabelle 4 [10] entsprechend der Haushaltsgröße, also der Bewohneranzahl, zu unterscheiden. Forschungszentrum Karlsruhe Katharina Schmidt Berufsakademie Karlsruhe Institut für Angewandte Informatik Diplomarbeit Mechatronik, TMT05VS

32 24 im Jahr im Jahr Am Tag am Tag Haushaltsgröße kwh kwh/kopf kwh kwh/kopf 1 Person ,48 5,48 2 Personen ,50 4,25 3 Personen ,68 3,56 4 Personen ,33 3,0 5 Personen ,52 2,90 6 Personen ,90 2,65 Tabelle 4: Strombedarf nach Haushaltsgröße Trinkwasserbedarf Der tägliche Trinkwasserbedarf einer Person liegt nach den VDI-Nachrichten unabhängig von der Haushaltsgröße bei 125 Liter am Tag, woraus sich für eine Person Liter im Jahr ergeben Heizenergiebedarf Die Darstellung des Heizwärmebedarfes gestaltet sich gegenüber dem Wasser und dem Strom um einiges schwieriger. Der Heizwärmebedarf ist zum einen stark von der Wärmeisolierung und damit meistens auch vom Baujahr [8, 9, 11] und der Bauart [12] der Wohnung abhängig. Baujahr Gebäude Fernwärme in kwh/m² * Jahresverbrauch Erdgas in m³/m² Heizöl in l/m² Min Max Min Max Min Max Altbau ,4 40,8 35,7 43,7 bis ,0 33,4 27,8 35, ,5 24,1 19,8 25, ,0 16,7 13,9 17, ,3 11,1 9,9 11,9 ab 2002 nach EnEV ,5 7,4 6,9 7,9 (Energieeinsparverordnung) Tabelle 5: Heizwärmebedarf nach Baujahr und Energieträger

33 Konzept Energiedetektive 25 Abbildung 2: Heizwärmebedarf nach Hausart Zum anderen unterliegt er sehr stark den jahreszeitlichen Schwankungen der Außentemperatur [13]. Demnach haben die einzelnen Monate einen unterschiedlich großen Anteil an der verbrauchten Gesamtheizenergie eines Jahres [14]. Ein weiteres Problem sind die klimatischen Unterschiede innerhalb Deutschlands. So gibt es in der Stadt Karlsruhe wesentlich weniger Heiztage als zum Beispiel in Garmisch-Patenkirchen. 25,0 20,0 15,0 Temperatur in C 10,0 5,0 0,0-5,0 Jan. Feb. März April Mai Juni Juli Aug Sept. Okt. Nov. Dez. Minimal -3,0-2,5 0,0 3,0 7,0 10,5 12,5 12,0 9,0 5,5 2,0-1,5 Maximal 2,0 3,0 7,0 12,0 17,0 20,5 22,0 22,0 18,0 13,0 7,0 3,0 Mittel -0,5 1,0 3,5 7,5 12,0 16,5 17,0 17,0 13,5 9,5 4,0 1,0 Tabelle 6: Durchschnittstemperaturen Deutschlands Forschungszentrum Karlsruhe Katharina Schmidt Berufsakademie Karlsruhe Institut für Angewandte Informatik Diplomarbeit Mechatronik, TMT05VS

34 26 Monat Tageszahl des Monats Heizanteil Monat in % Heizanteil Tag in % Januar 31 17,00 0,55 Februar 28 15,00 0,54 März 31 13,00 0,42 April 30 8,00 0,27 Mai 31 4,00 0,13 Juni 30 1,33 0,04 Juli 31 1,33 0,04 August 31 1,33 0,04 September 30 3,00 0,10 Oktober 31 8,00 0,26 November 30 12,00 0,40 Dezember 31 16,00 0,52 Summe im Jahr ,00 Tabelle 7: Anteil der Monate am Heizbedarf nach VDI 2067 Für diese Probleme wird folgende Lösung angeboten: 1) Der Heizwärmebedarf pro Quadratmeter der privaten Haushalte wird mit den geforderten Werten der Energieeinsparverordnung von 2002 verglichen. [11] 2) Entsprechend diesem geforderten Jahresverbrauch werden die anteiligen Verbräuche der jeweiligen Monate für die Energieträger Erdgas und Heizöl berechnet. 3) Diese Kurven sind entsprechend der Heizart des Haushaltes als Bundesdurchschnitt anzugeben. 4) Der Klassendurchschnitt wird bei der Anzeige ebenfalls in die Heizart des Haushaltes umgerechnet. Die entsprechenden Tabellen und Kurven befinden sich im Anhang. Dem Heizenergiebedarf sollten bei der Auswertung die Kurven der Außen- und Innentemperatur entgegengestellt werden, damit das Heizverhalten besser analysiert werden kann Kraftstoffverbrauch Um den Kraftstoffverbrauch vergleichend darzustellen, wird die von der EU geforderte Richtlinie herangezogen, nach der ab 2012 nur noch 120 Gramm CO 2 pro gefahrenen Kilometer ausgestoßen werden dürfen. Für einen Benziner ergibt sich daraus ein Richtverbrauch von 5,06 Litern auf 100km und für einen Diesel ein Verbrauch von 4,53 Litern auf 100km. [15]

35 Konzept Energiedetektive Andere Betrachtungen des Verbrauchs Da der Vergleich mit anderen Haushalten und mit dem deutschen Durchschnittshaushalt als alleinstehende Tatsache für die Schüler zum Teil etwas suspekt sein kann, werden die Verbrauchsdaten des eigenen Haushaltes auf eine verständlichere Art dargestellt. Es sollen dabei Beispiele aus dem Alltag herangezogen werden, um den Kindern einen näheren Bezug zu der Größenordnung des Verbrauchs zu bieten und um dadurch die Vorstellungskraft für besonders große und in diesem Falle meist nur scheinbar kleine Größen zu schulen Stromverbrauch Um sich die Menge des verbrauchten Stromes besser vorstellen zu können, wird der Tagesverbrauch einer Person dahingehend umgerechnet, wie lange sie dafür mit dem Fahrrad fahren müsste, um mit einem standardmäßigen Dynamo und einer Glühbirne mit dem Verbrauch von 3 Watt den nötigen Strom erzeugt zu haben. [16] Ein weiterer Vergleich wird zwischen den Glühlampen von 60 Watt Leistung und entsprechenden Energiesparlampen von 9 Watt Leistung gezogen [17]. Hier wird jeweils die Leuchtmittelanzahl angegeben, die 24 Stunden mit dem Tagesverbrauch des gesamten Haushaltes brennen könnte Wasserverbrauch Die Menge des verbrauchten Wassers für eine Person am Tag wird in die Anzahl von Sechser-Wasserträgern umgerechnet. Dabei handelt es sich um Flaschen mit 1,5 Litern Inhalt. Ein Sechser-Träger steht also für 9 Liter verbrauchten Trinkwassers Heizenergieverbrauch Der Verbrauch an Heizenergie in Form des Heizmittels, das der Heizart des Haushalts entspricht, wird zunächst in die analog notwendige Menge der anderen beiden im Programm erfassten Heizmittel umgerechnet. Davon ausgehend kann man die mit dem verbrauchten Erdgas gefüllte Menge an Luftballons berechnen. Die Luftballons haben ein Füllvolumen von circa 2,5 Litern, also 0,0025 m³. [18] Kraftstoffverbrauch Bei der Betrachtung des Kraftstoffverbrauchs wird zunächst die im angegebenen Zeitraum zurückgelegte Strecke verdeutlicht. Die erfolgt mit Angabe eines Zieles, zu dem von Karlsruhe aus mit dem Auto gefahren wird. (siehe Tabelle 8) [19] Forschungszentrum Karlsruhe Katharina Schmidt Berufsakademie Karlsruhe Institut für Angewandte Informatik Diplomarbeit Mechatronik, TMT05VS

36 28 Von Karlsruhe nach in Kilometer Pforzheim 34 Baden-Baden 43 Mannheim 70 Deutschland Frankfurt 142 Nürnberg 250 München 300 Paris Frankreich 552 Hamburg 628 Deutschland Berlin 680 London Großbritannien 850 Rom Italien Barcelona Spanien Madrid Lissabon Portugal Athen Griechenland Tabelle 8: Entfernungen von Städten zu Karlsruhe Diese Strecken können natürlich auch ausgehend von einem anderen Startpunkt bezogen werde. Da das Projekt Energiedetektive jedoch zunächst in der regionalen Öffentlichkeitsarbeit des Forschungszentrums Karlsruhe Verwendung finden wird, ist Karlsruhe als Ausgangspunkt sinnvoll und auf einer Karte leichter zu finden als zum Beispiel Eggenstein-Leopoldshafen. Die verbrauchte Menge an Kraftstoff innerhalb eines Jahres wird in die Menge Rapsöl, die die selbe Energiemenge liefert wie der angegeben Kraftstoff, umgerechnet. Daraus wird die dafür benötigte Anbaufläche in Quadratmetern und Fußballfeldern ermittelt und angegeben. Ein Fußballfeld wird hier mit einer Fläche von m² verrechnet [20]. Auf einer Fläche von einem Hektar (10 000m²) werden im Jahr circa Liter Rapsöl gewonnen. [21] Den Energiegehalt pro Liter und die benötigte Anbaufläche für Rapsöl können der folgenden Tabelle [21, 22] entnommen werden. kwh / l In Liter Rapsöl Ackerfläche in m² für 1l Rapsöl Normalbenzin 8,2 0,84 5,55 Superbenzin 8,6 0,87 5,69 Diesel 10 1,03 6,97 Rapsöl 9,7 1 l 6,77 Tabelle 9: Vergleich von Diesel, Benzin und Rapsöl

37 Konzept Energiedetektive Die Bewertung des Verbrauchs im Report Auf den vorangegangenen Seiten wurden die unterschiedlichen Vergleichsarten des privaten Verbrauchs eines Haushalts erläutert. In einem druckbaren Report sollen für jedes Verbrauchsmedium diese Vergleiche angestellt werden und zudem die Bewertung des Verbraucherverhaltens eines Haushalts gegenüber dem Bundesdurchschnitt erfolgen. Wird der Report angefordert, so soll er sich in einem neuen Fenster öffnen. Dabei werden je nach Abweichung des Verbrauchs eines Mediums gegenüber dem Bundesdurchschnitt unterschiedliche Aussagen getroffen. Da von einem Haushalt nur wenige Eckdaten aufgenommen werden, kann das Programm keine exakte Analyse durchführen um die Abweichungen zu begründen. Entsprechend der Einordnung des abweichenden Verbrauchs eines Mediums sollen die Schüler und deren Eltern selbst über plausible Ursachen nachdenken. Jedoch werden sie bei diesem Schritt nicht von dem Programm alleine gelassen. Ab einer Abweichung in Prozent nach oben oder unten erfolgt eine Bewertung in viel mehr oder viel weniger. Zunächst wird eine Abweichung von 25 Prozent nach oben und 25 Prozent nach unten festgesetzt. Zukünftig sollte aber über diesen Faktor beraten werden, da für verschiedene Verbrauchsmedien sicher auch unterschiedliche Toleranzen gelten. Entsprechend dem Grad der Abweichung wird dem Report eine Liste mit Fragen zugefügt. Diese Fragen sollen beantwortet werden und dienen als Denkanstoß zur Ursachenfindung. Damit ist bereits ein entscheidender Schritt zum Senken eines überdurchschnittlich hohen Verbrauches getan. Als zusätzliches Bewertungskriterium werden im Report die Kosten für die Verbräuche in der angegebenen Zeitspanne angegeben. Für diese Zeit werden auch verschiedene Kosten angegeben. Das können zum Beispiel sein: - Kosten für den täglichen Bedarf des gesamten Haushaltes - Kosten für den täglichen Bedarf einer Person Daraus werden auch die voraussichtlichen Jahreskosten berechnet. Im Folgenden werden die möglichen Fragen für einen zu hohen oder merkwürdig geringen Verbrauch aufgelistet. Forschungszentrum Karlsruhe Katharina Schmidt Berufsakademie Karlsruhe Institut für Angewandte Informatik Diplomarbeit Mechatronik, TMT05VS

38 Fragen bei überdurchschnittlichem Verbrauch - Hattet ihr in dieser Zeit Besuch? Strom - Habt ihr sehr viele elektrische Geräte wie zum Beispiel eine zusätzliche Gefriertruhe, einen zweiten Kühlschrank oder mehrere Computer zu Hause? - Heizt ihr eure Wohnung mit einer elektrischen Heizung? Das sind zum Beispiel Heizstrahler oder eine elektrische Fußbodenheizung. - Benutzt ihr im Sommer eine Klimaanlage, um eure Wohnung zu kühlen? - Wie erwärmt ihr euer Wasser? Habt ihr einen elektrischen Durchlauferhitzer? - Welche Energieklassen haben eure elektrischen Geräte? Vor allem alte Kühlschränke und Waschmaschinen haben einen sehr hohen Verbrauch Trinkwasser - Nutzt ihr das Trinkwasser auch im Außenbereich? Vielleicht wascht ihr euer Auto zu Hause, bewässert den Garten oder füllt einen Swimmingpool. - Duscht ihr zu Hause oder badet ihr? - Wascht ihr euch mehrmals am Tag? - Habt ihr eine Wasser-Spar-Taste an der Toilettenspülung? - Tropfen eure Wasserhähne oder Heizungen? Heizenergie - Wurde in eurer Wohnung mehr geheizt, weil zum Beispiel Besuch da war? - War der letzte Winter kälter als normal? - Liegt eure Wohnung oder euer Haus in einer zugigen Lage? - Wohnt ihr in einem älteren Haus? Wurde ein altes Haus nicht in den letzten Jahren renoviert, so ist es oft schlecht isoliert und verliert viel Wärme nach außen. - Habt ihr sehr hohe Decken (deutlich über 3m) in eurer Wohnung? - Sind eure Heizungen von Vorhängen oder Möbeln verdeckt? - Ist die Heizung an, obwohl die Fenster geöffnet sind? - Heizt ihr die gesamte Wohnung den ganzen Tag und auch nachts? - Sind bei euch immer alle Türen offen? - Habt ihr viele große Fenster in eurer Wohnung?

39 Konzept Energiedetektive Kraftstoff - Wird mit dem Auto hauptsächlich in der Stadt gefahren oder steht das Auto oft im Stau? - Wir oft in den Bergen gefahren? - Habt ihr ein altes oder sehr großes und schweres Auto? - Wird mit eurem Auto oft viel transportiert? - Liegt in eurem Auto und im Kofferraum viel herum, was eigentlich gar nicht gebraucht wird? - Habt ihr auf eurem Auto einen Dachgepäckträger? - Fahrt ihr mit einem Anhänger oder Wohnwagen an eurem Auto? - Habt ihr oft oder immer die Klimaanlage bzw. Heizung an? - Schaltet der Fahrer erst sehr spät in einen höheren Gang? - Beschleunigt der Fahrer meistens sehr schnell und muss viel bremsen, um dann wieder stark zu beschleunigen? - Sind die Reifen des Autos nicht richtig aufgepumpt? - Wann war das Auto zum letzten Mal zur Durchsicht in einer Werkstatt? Vielleicht ist der Motor kaputt Fragen bei unterdurchschnittlichem Verbrauch - War deine Familie oder in dieser Zeit nicht zu Hause oder im Urlaub? - Ist deine Familie die meiste Zeit des Tages nicht zu Hause? - Achtet deine Familie sehr auf einen sparsamen Umgang mit Energie und Wasser? - Wohnt ihr in einem Energiesparhaus? Strom - Welche Energieklassen haben die elektrischen Geräte in eurem Haushalt? Sehr sparsam sind Geräte der Klasse A. - Habt ihr nur wenige elektrische Geräte zu Hause? Welche der folgenden Geräte besitzt ihr nicht? o Kühlschrank o Gefrierschrank o Computer (mit oder ohne) Röhrenbildschirm o Waschmaschine o Röhrenfernseher Forschungszentrum Karlsruhe Katharina Schmidt Berufsakademie Karlsruhe Institut für Angewandte Informatik Diplomarbeit Mechatronik, TMT05VS

40 32 - Habt ihr einen Elektroherd oder einen Gasherd? - Benutzt ihr zu Hause Computer oder Laptops? Laptops sind nämlich viel sparsamer als große Computer. - Hattet ihr über eine gewisse Zeit keinen Strom, zum Beispiel weil gebaut wurde? - Geht ihr sehr früh ins Bett, sodass nur selten das Licht brennt? Trinkwasser - Wie oft duscht ihr? - Habt ihr zu Hause eine Waschmaschine oder geht ihr in den Waschsalon? - Nutzt ihr zusätzliche Wasserquellen wie zum Beispiel das Regenwasser für die Toilettenspülung? - War das Wasser eine Zeit lang abgestellt, weil zum Beispiel gebaut wurde? - Waschen sich einige Familienmitglieder oft nicht zu Hause, sondern auf der Arbeit oder nach dem Sport in der Sporthalle oder im Fitnessstudio? Heizenergie allgemein - Ist in einigen Zimmern keine Heizung angestellt? - Wird die Heizung jeden Tag herunter gedreht, wenn tagsüber niemand zu Hause ist? - Ist das Klima bei euch zu Hause mild? - Ist euer Haus oder eure Wohnung windgeschützt oder befindet sich genau zwischen anderen Häusern und Wohnungen? - Im Winter: War der Winter in dieser Zeit nicht so kalt? - Habt ihr eine Dachwohnung, in der es bei Sonnenschein wärmer wird? - Heizt ihr mit Strom? - Wurde euer Haus in den letzten Jahren besser isoliert? Erdgas - Heizt ihr nicht mit Erdgas, sondern mit anderen Energieträgern wie Heizöl oder über Fernwärme? - Erzeugt ihr euer Warmwasser nicht mit Erdgas, sondern mit anderen Energieträgern wie Heizöl oder über Fernwärme?

41 Konzept Energiedetektive Heizöl - Heizt ihr nicht mit Heizöl, sondern mit anderen Energieträgern wie Erdgas oder über Fernwärme? - Erzeugt ihr euer Warmwasser nicht mit Heizöl, sondern mit anderen Energieträgern wie Erdgas oder über Fernwärme? Fernwärme - Heizt ihr nicht mit Fernwärme, sondern mit anderen Energieträgern wie Heizöl oder Erdgas? - Erzeugt ihr euer Warmwasser nicht mit Fernwärme, sondern mit anderen Energieträgern wie Heizöl oder Erdgas? Kraftstoff - Habt ihr ein kleines, leichtes Auto? - Habt ihr ein neues oder sehr sparsames Auto? - Habt ihr ein Hybrid-Auto? Aufbau des Reportes Der Report wird wie schon erwähnt im Schülerprofil für einen Haushalt erstellt. Er umfasst einen zuvor angegebenen Zeitraum und ist für jedes Verbrauchsmedium nach demselben Schema gegliedert. 1) Zunächst werden die Verbrauchsdaten und kosten aufgegliedert. 2) Dieser Verbrauch wird dann durch alternative Darstellungen verdeutlicht. 3) Ein Vergleich des Verbrauchs mit dem Bundesdurchschnitt und mit dem Klassendurchschnitt wird durchgeführt. Dies erfolgt neben dem Text auch im vorne anstehenden Verbrauchsdiagramm. 4) Abweichungen gegenüber dem Bundesdurchschnitt werden bewertet und bei Bedarf wird der Report durch die entsprechenden Fragen ergänzt. 5) Abschließend erfolgt ein Verweis auf die Wiki-Seite und deren Energiespartipps. Neben den Reporten der einzelnen Verbrauchsmedien auf jeweils einzelnen Blättern kann auch eine Gesamtübersicht erstellt werden. Hier werden dann auch Faktoren wie zum Beispiel die Kosten pro Einheit Verbrauchsmedium genannt. Forschungszentrum Karlsruhe Katharina Schmidt Berufsakademie Karlsruhe Institut für Angewandte Informatik Diplomarbeit Mechatronik, TMT05VS

42 34 Sollte der Schüler den Stromverbrauch einzelner elektrischer Geräte erfasst haben, so erfolgen nur Angaben zu den Verbräuchen und Kosten, aber keine Vergleiche. Zusätzlich wird im Text der Verbrauch im Standby, im Betrieb und im ausgeschalteten Zustand angegeben. Um den Aufbau der einzelnen Reporte zu verdeutlichen, sind im Anhang die zugrunde liegenden Texte mit Platzhaltern für eingetragene und berechnete Werte angefügt. 3.5 Die Berechnungen Da nun fest steht, welche Werte berechnet und welche Vergleiche angestellt werden sollen, wird in diesem Abschnitt erläutert, wie dies geschehen soll Erklärung der Formelzeichen Für die in diesem Kapitel verwendeten Formeln werden folgende Zeichen verwendet: Formelzeichen Erklärung Zählerstand beziehungsweise Verbrauchsstand Bewohneranzahl Wohnungsgröße Tankmenge Zurückgelegte Kilometer Tagesanzahl in der betrachteten Zeitspanne Kosten Verbrauch Normierter Verbrauch Normierter Tagesverbrauch Normierter Jahresverbrauch Nicht normierter Tagesverbrauch Nicht normierter Jahresverbrauch Verbrauch Normierter Verbrauch Normierter Tagesverbrauch Normierter Jahresverbrauch Nicht normierter Tagesverbrauch Nicht normierter Jahresverbrauch Tabelle 10: Formelzeichen Im Verbrauchsintervall Im Wochenintervall

43 Konzept Energiedetektive Grundlegende Berechnungen Grundsätzlich wird der Verbrauch über eine bestimmte Zeitspanne berechnet. Da jedoch im Programm die einzelnen, ständig steigenden Zählerstände der Verbrauchsmedien eingetragen werden, muss für den betrachteten Zeitraum die Differenz zwischen den eingetragenen Werten ermittel werden. Dabei ist darauf zu achten, dass zeitlich vor liegt, beziehungsweise wird zur Ermittlung der Heizölverbrauchs der Betrag vom Ergebnis gebildet. Dieser Verbrauch wird dann für die Zeit Zwischen Datum A und Datum B normiert. Für die einzelnen Verbrauchsmedien der Haushalte ergeben sich damit folgende Formeln: - Stromverbrauch pro Person - Trinkwasserbedarf pro Person - Heizenergiebedarf (Erdgas und Fernwärme) pro Quadratmeter - Heizenergiebedarf (Heizöl) pro Quadratmeter Ö Ö - Kraftstoffverbrauch auf 100 Kilometern 100 Für die normierten Tagesverbräuche ergibt sich dann ausgenommen für den Kraftstoff, bei dem diese Betrachtung entfällt folgende Formel: Forschungszentrum Karlsruhe Katharina Schmidt Berufsakademie Karlsruhe Institut für Angewandte Informatik Diplomarbeit Mechatronik, TMT05VS

44 36 Die Formeln für den normierten Jahresverbrauch, sowie den nicht normierten Jahresund Tagesverbrauch werden aufgrund der gleichbleibenden Einfachheit hier nicht weiter aufgeführt Die Berechnung des normierten Tagesverbrauchs einer Woche Im Diagramm sollen die normierten Verbrauchswerte pro Tag angezeigt werden. Da die Daten der einzelnen Schüler sicherlich auch an unterschiedlichen Tagen abgelesen werden, wird der normierte Tagesdurchschnittsverbrauch pro Woche ausgerechnet. Dies erscheint zunächst erst umständlich, erweist sich jedoch als praktisch, wenn der Durchschnittsverbrauch der Klasse ausgerechnet und dargestellt werden soll. Denn so werden die Verbrauchskurven von Beginn an in gleichmäßig große Intervalle eingeteilt. Zunächst werden dazu die Verbrauchsmengen zwischen den einzelnen Eintragungen im gewünschten Zeitintervall ermittelt und normiert. Hierbei ist zu beachten, dass zeitlich zwischen und keine weiteren Werte eingetragen wurden. Nun kann es aber sein, dass der erste beziehungsweise der letzte Wert nicht mit den Grenzdaten des gewünschten Zeitraumes und nicht mit dem Ende beziehungsweise Anfang einer Woche übereinpassen. Dazu wird mit dem letzten Eintrag vor und dem ersten Eintrag nach diesem Zeitraum jeweils ein weiteres Verbrauchsintervall ermittelt. Weitere zusätzliche Intervalle wären nötig, wenn durch das erste zusätzliche Intervall noch nicht die gesamte Woche des Beginns oder Endes des gewünschten Zeitraumes überdeckt und berechnet werden kann. Von diesen, der Dateneingabe zugeordneten, Verbrauchsintervallen wird dann der Verbrauch in Intervallen von einer Woche berechnet. Dies geschieht wie folgt: 1) Zunächst wird der Tagesverbrauch jedes benötigten Verbrauchsintervalls berechnet. 2) Danach werden die einzelnen Wochen zunächst hinsichtlich Verbrauchsintervallgrenzen untersucht. Dabei gibt es verschieden Fälle zu unterscheiden, die die Vorgehensweise bei der Berechnung beeinflussen.

45 Konzept Energiedetektive 37 Wochenintervall Datum Wochentag Zählerstand Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag Samstag Sonntag Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag Samstag Sonntag Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag Samstag Sonntag Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag Samstag Sonntag Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag Samstag Sonntag Verbrauchsintervall Anzeigebereich Vom bis Montag Dienstag Letzter Wert Mittwoch Donnerstag Freitag Samstag Sonntag Tabelle 11: Berechnungsbeispiel Forschungszentrum Karlsruhe Katharina Schmidt Berufsakademie Karlsruhe Institut für Angewandte Informatik Diplomarbeit Mechatronik, TMT05VS

46 38 a. Es wurde in der betrachteten Woche mindestens einmal abgelesen. Dadurch haben wir in einer Woche mindestens zwei verschiedene normierte Tagesverbräuche. Die Woche soll in der Anzeige jedoch einen Konstanten normierten Tagesverbrauch haben. Dieser wird entsprechend den Anteilen der einzelnen Tagesverbräuche an der Woche berechnet Die Faktoren a, b, c, entsprechen der Anzahl der Tage, die der jeweilige in die zu betrachtende Woche fällt. Für den normierten Tagesverbrauch der Woche 2 würde die Formel dann lauten: b. Es wurde in der betrachteten Woche nicht abgelesen. Demnach muss man nicht wie unter 2a Anteile berechnen, sondern kann den normierten Tagesverbrauch des Verbrauchsintervalls, das die Woche komplett überspannt direkt als Tagesverbrauch des Wochenintervalls nutzen. Für Woche 3 wäre dann. c. Ist der betrachtete Zeitraum größer als der Umfang der Werteerhebung, so wird der gewünschte Zeitraum automatisch auf den ersten beziehungsweise letzten Eintrag der Zählerstände begrenzt. Um so noch das den täglichen Verbrauch im Wochenintervall darzustellen, wird der der Tagesverbrauch des Grenzverbrauchsintervalles in die wertelosen Wochentage der Grenzwoche ausgedehnt. Dies erfolgt zum Beispiel in der Woche 5, wenn der gewünschte Zeitraum über den 28. Oktober hinaus geht. In diesem Beispiel ist dann. Das muss allerdings nicht immer der Fall sein. Schon wenn zum Beispiel am 03. Oktober noch ein Wert eingetragen wurde ist die Berechnung nichtmehr ganz so einfach.

47 Konzept Energiedetektive 39 3) Da man nun die einzelnen normierten Tagesverbräuche im Wochenintervall vorliegen hat, kann man sie im Diagramm als Stufenkurve ausgeben. 4) Von diesem normierten Tagesverbrauch im Wochenintervall könne weitere Berechnungen ausgehen, sie zum Beispiel den Jahresbedarf hochrechnen. Dazu wird der Mittelwert des Tagesbedarfes aller Wochenintervalle des entsprechenden Zeitraumes gebildet. Alternativ könnte man den Jahresverbrauch auch mit den Tagesverbräuchen der in den Zeitraum fallenden Verbrauchsintervalle berechnen Berechnung des Klassendurchschnittes Der Klassendurchschnitt wird ebenfalls als normierter Tagesverbrauch in Intervallen von einer Woche dargestellt. Demzufolge muss nur der Mittelwert jeder Wochen von den entsprechenden Werten der Schüler gebildet werden. Damit dieser Durchschnitt nicht jedes Mal aufs Neue vom Programm berechnet werden muss, wird der berechnete Tagesverbrauch im Wochenintervall unter dem Klassenprofil abgespeichert. Gleiches kann auch für den Schüler und seine normierten Tagesverbrauchswerte im Wochenintervall gelten. Bei der Speicherung der berechneten Werte sollt berücksichtigt werden, dass im Nachhinein noch Zählerstände hinzugefügt werden könnten, zum Beispiel wenn ein Schüler seinen Aufschrieb verloren und wiedergefunden hat und so fleißig ist und die Daten nachträgt Berechnung der Kosten Für die Berechnung der Kosten werden die Kostenfaktoren und die als Geldmenge darzustellende, berechnete Verbrauchsmenge benötigt. Dabei ist wie immer auf die richtigen Einheiten zu achten. Allgemein gilt: So können sämtliche Kosten berechnet werden. Seien es die Gesamtkosten eine Jahres oder die Kosten für den Verbrauch pro Kopf am Tag, entscheidend ist, dass die gewünschte Verbrauchsmenge zuvor richtig berechnet wurde. Forschungszentrum Karlsruhe Katharina Schmidt Berufsakademie Karlsruhe Institut für Angewandte Informatik Diplomarbeit Mechatronik, TMT05VS

48 Berechnung der alternativen Vergleichswerte Für die Umrechnung der Verbräuche in andere Darstellungen werden folgende Formeln vorgegeben: 1) Die tägliche Wassermenge des gesamten Haushalts 9 2) Die Summe an brennenden Glühbirnen (60W) und Energiesparlampen (9W) als Alternative für den Tagesbedarf des Gesamthaushalts ) Die Fahrtdauer, um mit einem Fahrraddynamo den täglichen Stromverbrauch pro Kopf zu decken ) Die Umrechnung des Heizenergiebedarfs in andere Energieträger [8,9] Erste Einheit Gewünschte Einheit Pro 1 m³ Pro 1 Liter Pro 1 kwh Erdgas Heizöl Fernwärme m³ Erdgas 1 m³ 0,935 m³ 0,093 m³ Liter Heizöl 1,07 Liter 1 Liter 0,099 Liter kwh Fernwärme 10,783 kwh 10,08 kwh 1 kwh Tabelle 12:Umrechnungsfaktoren für den Heizenergiebedarf 5) Die mit Erdgas gefüllten Luftballons für den Heizenergiebedarf über die gewünschte Zeitspanne ³ 0,0025 ³

49 Konzept Energiedetektive 41 6) Die verbrachte Menge Kraftstoff in Rapsöl-Litern ö ö ü 7) Die nötige Anbaufläche in Quadratmetern für die aus 6 resultierende jährliche Menge Rapsöl ä ö ö ) Die benötigte Anbaufläche für Rapsöl in Fußballfeldern ß 3.6 Die Speicherung und Übertragung der Daten ä öß ß Damit die Daten nicht beim Schließen des Programmes verloren gehen, müssen sie spätestens bei dessen Beendigung gespeichert werden Feste Berechnungsfaktoren Dies sind unveränderliche Daten wie zum Beispiel der Umrechnungsfaktor zwischen Hektar und Quadratmeter. Solche Art Daten werden sich auch bei einer späteren Überarbeitung nicht ändern und können direkt im Programmcode angelegt werden Profildaten Diese Daten sind die veränderlichen Angaben zur Person, Klasse, Schule, Passwörter, Eckdaten der Haushalte, eingetragene und berechnete Verbrauchswerte. Sie werden in einer XML-Datei abgelegt, die mit der erhobenen Datenmenge ohne Probleme mitwachsen kann. Diese XML-Datei befindet sich auf jedem Schüler-USB-Stick und auf dem Speichermedium des Klassenprogrammes. Im Klassen- oder Schulprogramm ist der komplette Datenumfang des Projektes Energiedetektive in dieser XML gespeichert. Die entsprechende XML-Datei des Schülers enthält nur die eigenen Daten des Schülers und die Klassendurchschnitte. Die Klassendurchschnitte können am Schul-PC über das Programm in seine XML-Datei auf dem USB-Stick ergänzt werden. Der gleiche Prozess läuft in entgegengesetzter Forschungszentrum Karlsruhe Katharina Schmidt Berufsakademie Karlsruhe Institut für Angewandte Informatik Diplomarbeit Mechatronik, TMT05VS

50 42 Richtung ab, wenn bei den Projektstunden im Klassenverbund die Verbrauchsdaten der Schüler gesammelt werden, um den Klassendurchschnitt auf Befehl des Lehrers berechnen zu können Veränderliche Berechnungsfaktoren Sich ständig verändernde Faktoren sind zum Beispiel die Kosten der Verbrauchsmedien oder der Energiegehalt der Kraftstoffe. Aber auch die Bundesdurchschnitte unterliegen einem ständigen Wandel. Ebenfalls in diese Kategorie fallen die Bewertungstexte für den Energiereport. Solche Art Daten müssen regelmäßig gepflegt werden, damit das Programm nicht veraltet. Daher bietet es sich an Berechnungsfaktoren dieser Art einer zweiten XML-Datei zu speichern, die per Download von der Wiki-Seite regelmäßig erneuert werden kann. Denkbar ist es dabei auch bei einer gewissen Durchsetzung des Projektes Energiedetektive verschiedene XMLs zum Download anzubieten, die sich nach Anbietern und ihren Kosten oder nach den Regionen und ihren durchschnittlichen Verbräuchen einteilen lassen Datentransfer zur Wiki-Seite Ebenfalls angedacht ist es, die Wiki-Seite im Laufe der Zeit derart auszubauen, das dort am Projekt teilnehmende Klassen und Schulen eventuell auch Privatpersonen Profile anlegen können. Diese Profile können sie mit ihren Verbrauchsdaten aus dem Programm heraus laden und so auch Überregionale Vergleiche anstellen. Dazu muss entweder vom Programm ein Paket erzeugt werden, dass den normierten und anonymisierten Verbrauch sicher auf die Wiki-Seite an die Richtige Stelle hochlädt oder es werden per Hand standardisiert angebotene Tabellen und Grafiken gefüllt, die dann übermittelt werden. Die einzigen Angaben, die neben den Verbrächen gemacht werden, sind die Region, in der sich die Schule oder der Haushalt befinden und der Name der Schule Der Datenschutz Da das Programm mit personen- und haushaltsgebundenen Daten arbeitet, müssen diese vor unautorisierten Zugriffen geschützt werden. Ein erster Schritt wird bereits damit getan, dass der Schüler auf seinem USB-Stick nur Daten des eigenen Haushaltes und die durchschnittlichen Klassenverbräuche gespeichert hat. In den Durchschnittsverbräuchen sind keinerlei andere Einzelhaushalte

51 Konzept Energiedetektive 43 mehr erwähnt oder extra hervorgehoben. Dasselbe gilt für denkbar mögliche Schuldurchschnitte. Weitere Schritte sind die erläuterte Vergabe von Passwörtern und die Anonymisierung der auf die Wiki-Seite geladenen Daten. Darüber hinaus muss aber in Elternabenden Aufklärung betrieben werden und die Eltern selbst müssen der Aufnahme persönlicher und haushaltsgebundener Daten sowie der Verrechnung der Verbrauchsdaten zustimmen. 3.7 Die Darstellung von Daten Nachdem nun auf die Interne Verarbeitung der Daten eingegangen wurde, soll nochmals erläutert werden, wie die eingegebenen und berechneten Daten auf der grafischen Oberfläche des Programms dargestellt werden sollen. Wie schon oft erwähnt erfolgt dies in Tabellen, normierten Diagrammen und mittels Texten. Im Schülerprofil werden die einzelnen Zählerstände eingetragen. Daraufhin werden das Ablesedatum und der Zählerstand des ausgewählten Mediums und Zeitraumes in einer Tabelle angezeigt. Daneben erscheint die zugehörige Grafik in Form eines Diagrammes - bei Verbrauchsmedien mit den normierten Tagesverbräuchen im Wochenintervall. Bei der Ansicht des Kraftstoffverbrauchs wird in der Tabelle der Zählerstand der gefahrenen Kilometer angegeben und die dem Datum entsprechende getankte Menge. Im Diagramm erscheint der durchschnittliche Verbrauch auf 100km im Wochenintervall Die Innen- und Außentemperatur wird gleichzeitig in der Tabelle. Im Diagrammkann man dann bestimmen, ob beide Temperaturen einzeln oder gemeinsam angezeigt werden. Neben der Schülerkurve können in dem Diagramm auch die Durchschnitsskurven der Klasse und der Bundesrepublik Deutschland entsprechend der Auswahl angezeigt werden. Außer dieser Ansicht kann der bereits erläuterte Report angefordert werden. Im Klassenprofil sind die Durchschnittskurven der Klasse sichtbar und können wahlweise mit dem Bundesdurchschnitt gleichzeitig dargestellt werden. Hier kann ebenfalls ein zu betrachtender Zeitraum angegeben werden. Forschungszentrum Karlsruhe Katharina Schmidt Berufsakademie Karlsruhe Institut für Angewandte Informatik Diplomarbeit Mechatronik, TMT05VS

52 44 Bei der Darstellung der Diagramme sollte die Skalierung der Verbrauchs- oder Temperaturachse möglichst unverändert bleiben, damit der Schüler nicht so leicht durcheinander gebracht werden kann. In der realen Welt kommt es häufig vor, dass Kurven eins zu eins miteinander verglichen werden, ohne auf deren unterschiedliche Skalierung zu achten. Die Diagramme sollen als Balken- beziehungsweise Stufendiagramme angezeigt werden. Für einen schnellen Überblick sollte der Klassendurchschnitt als Balkendiagramm im Hintergrund angezeigt werden Davor verläuft die stufenförmige Schülerkurve (blau) und der Graph des Bundesdurchschnittes (schwarz). Abbildung 3: Diagramm Ein gutes Feature wäre es, wenn bereits in der normalen Verbrauchsansicht, also nicht im Report, bereits eine vorläufige Bewertung des Verbrauchs gegenüber dem Bundesdurchschnitt vorgenommen wird. Dazu kann ein Ampelsystem genutzte werden. Die Farbe Grün bedeutet, dass der Haushalt sehr gut Im Verbrauch liegt, die Farbe Gelb Bedeutet eine leichte Überschreitung bis zu 10 Prozent und die Farbe Rot kennzeichnet einen höheren Verbrauch von mehr als 10 Prozent gegenüber dem Bundesdurchschnitt. Abbildung 4: Diagramm mit Bewertung

53 Konzept Energiedetektive Weitere Programmfunktionen Neben dem bisher genannten Umfang des Programmes sollen einige weitere Fähigkeiten umgesetzt werden. 1) Beim Start und beim Schließen sollen für ein paar Sekunden Bilder erscheinen. a. Beim Starten des Programmes sollte ein Bild erscheinen, das den Ursprung Forschungszentrum Karlsruhe und den Inhalt des Programmes verdeutlicht. Eine mögliche Darstellung ist folgende: Abbildung 5: Startbild des Programmes b. Wird das Programm geschlossen, so sollen die Sponsoren des Projektes Energiedetektive angezeigt werden. 2) Neben einem Link zum Öffnen der Hilfedatei beziehungsweise des Programmhandbuches sollte es eine Sammlung von Internetlinks zum Wiki und zu den Sponsoren geben. Auch die Broschüren des Energiekoffers könnten als PDF über Links geöffnet werden. Forschungszentrum Karlsruhe Katharina Schmidt Berufsakademie Karlsruhe Institut für Angewandte Informatik Diplomarbeit Mechatronik, TMT05VS

54 46 3) Ebenfalls sollten aus dem Programm heraus Informationen bezogen werden, wer die Entwickler der Software sind und in welchem Rahmen dieses Projekt entstanden und geformt wurde. 4) Künftig sollte das Programm auch Schüler- und klassenbezogene Formblätter ausdrucken, die den Lehrkräften zum Beispiel die Elternarbeit erleichtern.

55 Konzept Energiedetektive 47 4 Die praktische Erfassung der Messdaten Um das Programm mit Verbrauchs- und Temperaturdaten füllen zu können, müssen diese regelmäßig erfasst werden. Die Datensammlung auf Formblättern im Haushalt soll im Normalfall einmal pro Woche erfolgen. Anschließend werden die Daten in das Programm der Schülers und der Klasse eingefügt. Messmittel zur Erhebung der Daten sind: - Digitale Thermometer für die Innen- und Außentemperatur - Die Verbrauchszähler für Trinkwasser, Strom, Erdgas und Fernwärme - Das Strommessgerät für den Verbrauch einzelner Geräte - Die Füllstandanzeige des Öltanks - Die Tankrechnung und der Kilometerzähler des Fahrzeugs. 4.1 Mögliche Probleme bei der Datenaufnahme und deren Lösung Die Datenerfassung unterliegt den häuslichen Voraussetzungen und der Unterstützung der Eltern. So kann es bei der Ermittlung der nötigen Daten zu einigen Problemen kommen. Das erste Problem ist, dass ein bestimmtes Medium nicht verbraucht werden kann. So besitzt nicht jede Familie ein Auto oder heizt nicht mit Fernwärme, Erdgas oder Heizöl. In diesem Fall dürfen keine fiktiven Werte in das Programm eingetragen werden, sondern der Schüler lässt sich diesen Verbrauch von vornherein durch den Lehrer ausblenden und entfällt der Berechnung. Damit der Schüler aber auch eine Aufgabe hat, werden ihm alternative Aufträge erteilt. Die Erfüllung von alternativen Aufgaben ist eine Lösung für alle aufgeführten Probleme. Bei Mietwohnungen ist es häufig so, dass die Zähler den Verbrauch des gesamten Hauses erfassen. Hier kann statt des einzelnen Haushaltes das gesamte Haus mit allen Mietparteien als ein einziger großer Haushalt betrachtet werden oder für das Haus ein durchschnittlicher Haushalt (Personen und Fläche pro Wohnung) verwendet werden. Um die Eckdaten dieses Mietshauses in Erfahrung zu bringen, kann der Hausmeister befragt werden. Selbiger könnte auch regelmäßig gebeten werden, die Zählerstände von dem Schüler unzugänglichen Verbrauchszählern entweder selbst aufzunehmen oder den Schüler diese ablesen zu lassen. Ist der Hausmeister nicht dazu bereit, dann muss für Forschungszentrum Karlsruhe Katharina Schmidt Berufsakademie Karlsruhe Institut für Angewandte Informatik Diplomarbeit Mechatronik, TMT05VS

56 48 den Schüler das Projekt auf die zugänglichen Teile beschränkt werden oder er kann den Verbrauch von der Jahresendrechnung nutzen. Für die Ermittlung des Ölverbrauches gibt es keine genaue Anzeige geschweige denn einen Verbrauchszähler. Der Ölverbrauch kann in dem kurzen Zeitraum von einer Woche nur sehr ungenau und allgemein ohnehin eher nur als Schätzwert ermittelt werden. Daher kann es ausreichend sein, den Ölverbrauch nur einmal pro Monat abzulesen. Gleiches gilt für andere ungenaue Angaben. Der Kraftstoffverbrauch wird anhand der Rechnung von der Tankstelle ermittelt. Dabei unterscheiden sich die Intervalle zwischen Vielfahrern und Wenigfahrern. Ein arges Problem für die Datenaufnahme ist es, wenn die Eltern dafür ihr Einverständnis nicht gegeben haben. In diesem Fall können dem Schüler nur alternative Aufgaben erteilt werden Alternative Aufgaben 1) Es kann der Stromverbrauch einzelner Geräte gemessen werden. Dies kann auch im Schulgebäude erfolgen. 2) Statt des eigenen Haushalts kann der Verbrauch des Schulgebäudes untersucht werden. 3) Einige Schüler können als EDV-Beauftragte tätig sein. Sie tragen dann zum Beispiel die Außentemperatur in das Programm ein öder können die Klassendurchschnitte auf die einzelnen USB-Sticks übertragen. 4) Es können Schüler zu Energiebeauftragten der Schule ernannt werden. Sie achten zum Beispiel darauf, dass in leeren Räumen das Licht ausgemacht wird, die Wasserhähne nicht einfach laufen gelassen werden, die Heizkörper richtig eingestellt sind, die Fenster beim Heizen geschlossen sind und dass in bestimmten Abständen gelüftet wird. 5) Ein gutes Mittel, um Noten zu verdienen ist die Vergabe von Referaten. Es können Vorträge über verschiedene Themen gehalten werden. Einige werden kurz genannt: o Die Entstehung und Nutzung der fossilen Energieträger o Energienutzung im Haushalt o Energie sparen o Alternative und regenerative Energiequellen 6) Es können einzelne Schüler damit beauftragt werden, den Durchschnittsverbrauch der Klasse für die anderen Schüler zusammen zu fassen.

57 Konzept Energiedetektive 49 5 Die Wiki-Seite Parallel zu der Schulsoftware soll ein Wiki für das Projekt Energiedetektive entstehen. Diese Seite soll eine Reihe von Funktionen erfüllen. Dazu wird die Seite neben der einführenden Startseite in verschiedene Menüs gegliedert: 1) Energiethemen Da sich in diesem Projekt alles um Energie dreht, soll eine kleine Wissensdatenbank angeboten werden. So kann man sich grundlegen über Energieträger, Energieverbrauch, Alternativen und Neuerungen in der Energiebranche informieren und sich Energiespartipps einholen. Die passenden Broschüren können hier auch heruntergeladen werden. Durch eine ständige Aktualisierung und Überarbeitung wird die Seite auf dem neuesten Stand gehalten. Zusätzlich kann hier ein Diskussionsforum für Energiefachleute und Sponsoren eingerichtet werden, das jeder Interessierte einsehen kann. 2) Lehrer Unter dem Menü Lehrer wird Material für die Durchführung des Projektes angeboten. Das sind zum einen Tipps und Vorlagen aber auch der Energiekoffer, das Programm und die einzelnen Schüler USB-Sticks können hier bestellt werden. Auch für die Lehrer wird ein Diskussionsforum eingerichtet, in dem sie Erfahrungen mit dem Projekt und Tipps austauschen können. Dieses Forum soll nur für die Lehrer zugänglich und sichtbar sein. 3) Schüler In dem Menü für Schüler können die Kerninhalte der Energiethemen nochmals kindergerecht wiedergegeben werden. Auch können kleine Experimentiervorschläge erbracht werden, die nicht an die Durchführung des Projektes im Unterricht gebunden sind. Forschungszentrum Karlsruhe Katharina Schmidt Berufsakademie Karlsruhe Institut für Angewandte Informatik Diplomarbeit Mechatronik, TMT05VS

58 50 4) Interessierte Für Interessierte wie zum Beispiel Eltern wird das Projekt Energiedetektive an der Schule näher erläutert. Dabei wird auch auf das Programm eingegangen. Ausführliche Informationen sind dann im Menü Energiedetektive zu finden. Das Programm kann in einer Version für einzelne Privathaushalte heruntergeladen werden. 5) Energiedetektive Das Menü Energiedetektive widmet sich vollständig dem gleichnamigen Schulprojekt. Hier erfolgt eine ausführliche Beschreibung des Projektes. Es werden eine Reihe von Downloads wie die Schulsoftware, die aktuellen XML-Dateien für die Berechnung und Auswertung im Programm sowie Broschüren angeboten. Auch eine Hilfe für das Programm soll hier in Form eines Online- Handbuches angeboten werden. 6) Auswertungen Vom Programm aus können die durchschnittlichen Verbräuche einer Klasse oder Schule auf die Wiki-Seite geladen werden. Gleiches gilt für die Haushaltsverbräuche der Version für einzelne Privathaushalte. Diese Verbräuche werden in Tabellen und Diagrammen dargestellt. Für jeden Nutzer oder jede Klasse beziehungsweise Schule wird dazu eine eigene, passwortgeschützte Seite eingerichtet. Aus den einzelnen Verbrächen wird der Gesamtdurchschnitt der einzelnen Regionen und der Bundesrepublik Deutschland berechnet und öffentlich dargestellt. 7) Neuigkeiten Hier wird auf Neuerungen und Erweiterungen des Projektes Energiedetektive aufmerksam gemacht. Dementsprechend wird auf aktualisierte Programmversionen und Downloads verwiesen. Auch können Aktionen bekanntgegeben werden wie Tage der offenen Tür bei den Sponsoren oder passende Themenveranstaltungen an Kinder-Unis.

59 Konzept Energiedetektive 51 8) Links In einer Sammlung von Links kann auf weitere Informationsquellen verwiesen werden. Das können neben dem Forschungszentrum zum Beispiel das statistische Bundesamt oder das Umweltbundesamt sein. Auch soll eine Liste mit den Links zu den Homepages aller Sponsoren angezeigt werden. 9) Sponsoren Im Menü Sponsoren werden die einzelnen Sponsoren des Projektes vorgestellt. Diesen Steckbrief können die Sponsoren auch selbst erstellen. 10) Kontakt Unter diesem Punkt werden neben den Kontaktdaten des Forschungszentrums auch die verantwortlichen Kontaktpersonen der Entwicklungsgruppe des Projektes aufgeführt. Auch kann hier ein schwarzes Brett für Feedback zum Projekt oder der Seite angeboten werden. Die Rechte zur Änderung der Inhalte der Wiki-Seite sollen den Entwicklern vorbehalten sein. Um Beiträge in Diskussionsforen für Lehrer oder Sponsoren und Energieexperten einzustellen, werden LogIns eingerichtet, die von den Entwicklern des Wikis vergeben werden, damit es besser auszuschließen ist, das unbefugte Personen die falschen Rechte erlangen. Hat sich das Projekt nach einiger Zeit stabilisiert, so können die recht für Beiträge und Änderungen jedem zugänglich gemacht werden ganz im Sinne eines Wikis. Das Wiki wurde bereits angelegt, befindet sich aber noch in Bearbeitung. Folgende Links führen zu der Seite im Internet: Forschungszentrum Karlsruhe Katharina Schmidt Berufsakademie Karlsruhe Institut für Angewandte Informatik Diplomarbeit Mechatronik, TMT05VS

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61 Konzept Energiedetektive 53 6 Der Energiekoffer Parallel zu der Software soll ein Experimentierkoffer angeboten werden, der das Projekt in verschiedener Hinsicht unterstützt. 6.1 Grundlegender Inhalt des Klassenkoffers Medien zur Aufnahme von Werten In dem Koffer befinden sich zu allererst Medien zur Aufnahme der Messwerte wie - Zollstock oder Maßband - Formblätter und Bleistift oder Kugelschreiber mit optionalem Werbeaufdruck der Sponsoren um die Messwerte vor Ort festzuhalten - ein digitales Thermometer und - ein Strommessgerät. Zusätzlich zum Strommessgerät wird eine ausschaltbare Steckdosenleiste beigelegt, um mehrere Verbraucher zum Beispiel am PC-Arbeitsplatz gleichzeitig zu erfassen. Günstig ist es, von diesen Medien mehr als ein Exemplar pro Koffer bereitzustellen, damit mehrere Schüler der Klasse gleichzeitig damit zu Hause arbeiten können. Die USB-Sticks für die Schüler sollten in ihrer Anzahl dem Bedarf entsprechend angefordert werden, da die Klassenstärke in verschiedenen Schulen sehr unterschiedlich sein kann. [23] Abbildung 6: Strommessgerät Abbildung 7: Abschaltbare Steckdosenleiste [24] Forschungszentrum Karlsruhe Katharina Schmidt Berufsakademie Karlsruhe Institut für Angewandte Informatik Diplomarbeit Mechatronik, TMT05VS

62 54 Abbildung 8: Zollstock [25] Abbildung 9: Maßband [26] [27, 28] Abbildung 10: Digitale Thermometer [29] Abbildung 11: Formblätter [30, 31] Abbildung 12: Bleistift und Kugelschreiber [32] Abbildung 13: USB-Sticks

63 Konzept Energiedetektive Informationsmaterialien Information in elektronischer Form Zur Verarbeitung der Messdaten dient das Programm, dessen Installations-CD und eingebundenes Handbuch zur Sicherheit nochmals dem Koffer beigelegt wird. Auf dieser CD befinden sich neben der Installationsdatei auch die im Folgenden aufgeführten Broschüren Broschüren Weitere Projekt- und Themenbezogene Informationen sind in Broschüren zu den Themen - Energie Was ist das? - Unser täglich Wasser - Tipps zum Energiesparen - Sicherheit geht vor! - Einfache Experimente mit Energie und Wasser enthalten, die auch eine Vorbereitung und Interessensbildung der Schüler für das Projekt sein sollen. In der Broschüre Energie Was ist das? werden die einzelnen im Haushalt und im Verkehr genutzten Energieträger erläutert. Betrachtet werden fossile sowie alternative Energiequellen, deren Nutzung und die Auswirkungen auf die Umwelt sowie die Prinzipien von Energieerzeugung aus Rohstoffen und anderen Quellen durch Kraftwerke und häusliche Geräte wie Solaranlagen oder Durchlauferhitzer. Dabei ist nicht nur auf die allgemeine Erzeugung von Kraftstoffen oder Strom sondern auch auf Fernwärme und die Schritte zum Erhalt von nutzbarem Erdgas und Heizöl einzugehen. Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Verdeutlichung, dass bei jeder sogenannten Energieerzeugung durch Umwandlung eigentlich Energieverlust auftritt, das heißt es wird an das Thema Wirkungsgrad herangeführt. Die Broschüre Unser täglich Wasser beleuchtet das Wasser nicht als Energieträger wie in der zuvor erwähnten Broschüre, sondern dessen allgemeine Bedeutung als Lebensgrundlage, die Nutzung als Trink- und Brauchwasser sowie die Bedeutung des entstehenden Abwassers. Forschungszentrum Karlsruhe Katharina Schmidt Berufsakademie Karlsruhe Institut für Angewandte Informatik Diplomarbeit Mechatronik, TMT05VS

64 56 In den Tipps zum Energiesparen sollen die Gründe, der Nutzen und natürlich das Wie des Energiesparens erörtert werden. Zu den Themen Strom, Wasser, Heizen und Kraftstoff wird kurz erläutert, in welchen Bereichen des Haushaltes diese Medien genutzt werden, um aufzuzeigen, wo die Hauptverlustquellen wie zum Beispiel Standby und schlechte Isolierung liegen. In Tabellen und Schaubildern werden Durchschnittsverbräuche genannt und mögliche Ursachen für Abweichungen nach oben oder untern aufgezählt. Auf dieser Grundlage folgen dann die entsprechenden Tipps zum Energiesparen und Nutzung von Alternativen. Abschließend ist darzustellen, welchen Gewinn der einzelne Haushalt und die gesamte Gesellschaft vom Energiesparen hat oder haben könnte und wie so eingespartes Geld genutzt werden kann um künftig noch mehr zu sparen. Die Broschüre Sicherheit geht vor enthält Sicherheitsbelehrungen im Umgang mit Elektrizität und brennbaren Stoffen. Weiterhin werden für das Programm grundlegende Dinge erklärt zum Beispiel Zählerstände abzulesen und das Strommessgerät richtig zu benutzen. Diese Broschüre sollte auf jeden Fall in der Projektvorbereitung im Klassenverbund gelesen und besprochen werden und jedem Schüler ein eigenes Exemplar überreicht werden. Die Broschüre Einfache Experimente mit Energie und Wasser ist eine Anleitung für Experimente, die mit dem Inhalt des Klassenkoffers oder einfach zu besorgenden Materialien im Unterricht und zu Hause durchgeführt werden können. Abbildung 14: Broschüren [33]

65 Konzept Energiedetektive Kleine Experimente Um den Unterricht in diesem Projekt nicht nur vor dem Computer und mit den Broschüren durchzuführen eignen sich einige wenig aufwendige und leicht zu verstehende Experimente. Der Unterschied zwischen sauberem und dreckigem Wasser ist manchmal nicht ersichtlich, besonders wenn das Wasser zu Hause beim Händewaschen sofort im Abfluss verschwindet. Dazu kann man den ph-wert des Wassers bestimmen und so eine grobe Bewertung von sauber und dreckig vornehmen. Dazu enthält der Koffer ph-teststreifen und in der Klasse wird das Wasser im Waschbecken vor und nach dem Händewaschen (mit nicht ph-neutraler Seife) getestet und das Ergebnis verglichen und bewertet. Vieleicht kann man bei Regen auch das Wasser einer Pfütze an einer viel befahrenen Straße untersuchen. Abbildung 15: ph-teststreifen [34] Neben dem Wasser kann auch das Sparen von Strom einfach untersucht werden. Dazu wird eine Glühbirne von 60W mit einer äquivalenten Energiesparlampe von 9W selber Fassung (E27) vergleichen. Beide sind ebenso wie das Strommessgerät im Energiekoffer enthalten. Man braucht lediglich eine einfache Tischlampe mit passender Fassung. Untersucht wird mit dem Strommessgerät die benötigte Leistung und Energie beider Leuchtmittel. An Taschenlampen können sich die Kinder selbst einfach und ohne Aufwand an der Strom- und Lichterzeugung versuchen. Zum einen dient dazu eine Taschenlampe zum Schütteln, in der durch Muskelkraft über Induktion Energie erzeugt wird, zum anderen kann eine Solartaschenlampe die Energiequelle Sonne näherbringen. Forschungszentrum Karlsruhe Katharina Schmidt Berufsakademie Karlsruhe Institut für Angewandte Informatik Diplomarbeit Mechatronik, TMT05VS

66 58 Abbildung 16: Energiesparlampe [35] [36] Abbildung 17: Glühbirne [37, 38] Abbildung 18: Solartaschenlampen [39] Abbildung 19: Taschenlampe zum Schütteln

67 Konzept Energiedetektive Anschauungsmaterial Um einen direkten Bezug zu den Energieträgern herzustellen, sollte der Koffer Proben von Erdöl, Braunkohle und Steinkohle als Anschauungsmaterial enthalten Neben einem notwendiger Weise eher kleinem Stück Brennholz sollen zum Vergleich Pellets beigefügt werden. Abbildung23: Ölfläschchen [40] [41] Abbildung 21: Braunkohlebrikett Abbildung 22: Steinkohle [42] Abbildung 20: Holzscheite [43] Abbildung 21: Pellets [44] Forschungszentrum Karlsruhe Katharina Schmidt Berufsakademie Karlsruhe Institut für Angewandte Informatik Diplomarbeit Mechatronik, TMT05VS

68 Attraktivität steigern Neben dem für das Programm und Verständnis grundlegenden Materialien sollte Zusatzmaterial angeboten werden. Dadurch wird das Projekt und der Koffer um ein Stück attraktiver wie alles, was erweiterbar ist. Das Angebot einer Wärmebildkamera ist besonders zum Aufspüren von Wärmequellen und Wärmesenken interessant. Da diese Kameras jedoch sehr teuer sind, sollten sie nicht zur Grundausstattung des Klassenkoffers gehören. Denkbar ist es, sie in einer Schulversion des Koffers anzubieten, sodass sie von verschiedenen Klassen ausgeliehen werden kann oder von mehreren Schulen über eine öffentliche Leihstelle für Lehrmedien genutzt werden kann. [45] Abbildung 22: Wärmebildkamera Ein weiterer Pluspunkt ist die Aktualisierung der Berechnungsdaten des Programms über die Wiki-Seite, von der entsprechende Dateien heruntergeladen werden können. Außerdem können bei einer regionalen Ausprägung des Projekts Exkursionen in die Firmen und Einrichtungen der Sponsoren leichter organisiert werden. Durch das Sponsoring des Projekts wird das Finden passender Exkursionsziele und die Kontaktaufnahme von Seiten der Schule erleichtert. Es könnte eine Liste der Sponsoren mit deren passenden Ansprechpartnern in den Broschüren aufgenommen werden. Alle Informationen, die in den Broschüren und im Programm zu finden sind sollten auch auf der Wiki-Seite erscheinen und dort bei Bedarf aktualisiert werden.

69 Konzept Energiedetektive 61 7 Aktueller Entwicklungsstand der Software Wie vom Wiki existiert bereits eine vorläufige Programmversion der Energiedetektive. Die Software wurde mit der Sprach C# unter Microsoft Visual Studio 2005 erstellt. Die Aufgabe, dieses Programm im Rahmen der Diplomarbeit selbst zu erstellen scheiterte aus Zeitgründen. Deshalb wurde professionelle Hilfe angenommen. Dieses Kapitel soll eine kleine Exkursion in die bereits umgesetzten Teile des Programms sein und kann als vorläufiges Handbuch für die Software angesehen werden. 7.1 Anmelden Beim Starten des Programmes erscheint zunächst die Aufforderung zum Anmelden. Es werden der Nutzername und das Passwort verlangt. Der Anmeldename setzt sich wie folgt zusammen: VornameNachname. Forschungszentrum Karlsruhe Katharina Schmidt Berufsakademie Karlsruhe Institut für Angewandte Informatik Diplomarbeit Mechatronik, TMT05VS

70 62 Abbildung 23: Anmeldefenster Entwickler melden sich ohne Namensangabe unter Schule an. Lehrer geben ihren Namen dabei mit an. Meldet sich ein Schüler an, so wählt er seine entsprechende Klasse aus. Im Fenster der Anmeldung ist derzeit noch genügend Platz, um ein Bild und Informationen anzuzeigen. Wird bereits bei der Anmeldung Hilfe benötigt, kann über den entsprechenden Button ein Hilfe-PDF geöffnet werden. Das Programm kann auch ohne Anmeldung sofort wieder über den Button Ende geschlossen werden. 7.2 Programm beenden Beim Beenden des Programmes erscheint für fünf Sekunden ein Fenster, in dem später die Sponsoren aufgelistet werden. Dieses Fenster kann auch vor Ablauf der fünf Sekunden geschlossen werden.

71 Konzept Energiedetektive 63 Abbildung 24: Sponsorenfenster 7.3 Benutzer wechseln Sollte die Anmeldung bereits erfolgt sein, kann der Benutzer auch ohne Beenden des Programmes gewechselt werden. Dazu wird sich im Menü abgemeldet und es erscheint wieder das Anmeldefenster. Abbildung 25: Abmelden im Menü Forschungszentrum Karlsruhe Katharina Schmidt Berufsakademie Karlsruhe Institut für Angewandte Informatik Diplomarbeit Mechatronik, TMT05VS

72 Der Lehrermodus Das Lehrerprofil unterscheidet sich in seinen Rechten bisher nicht vom Entwicklerzugriff, auch gibt es noch kein Profil für die Schulebene. Im Lehrerprofil können auf der linken Seite die einzelnen Klassen ausgewählt werden. Die Schüler dieser Klasse werden dann darunter aufgelistet. Im Profil gibt es verschiedene Reiter Schule Im Reiter Schule werden der Schulname und die eingetragenen Lehrer angezeigt. Abbildung 26: Schulreiter im Lehrermodus

73 Konzept Energiedetektive 65 Hier können die Klassen und Lehrer gelöscht werden. Dazu wird zur Sicherheit eine Bestätigung eingeholt. Gelöscht wird die ausgewählte Klasse beziehungsweise der in der Liste markierte Lehrer. Abbildung 27: Abfrage beim Löschen Neben dem Löschen können Lehrer und Klassen auch erstellt werden. Ein neues Lehrerprofil wird unter der Angabe von Name, Vorname, Passwort und optional dem Geburtstag erstellt. Aus den Vornamen und Nachnamen wird der Anmeldename erstellt. Abbildung 28: Neuer Lehrer Forschungszentrum Karlsruhe Katharina Schmidt Berufsakademie Karlsruhe Institut für Angewandte Informatik Diplomarbeit Mechatronik, TMT05VS

74 66 Das Passwort wird in folgendem Fenster gesetzt: Abbildung 29: Passwort setzen Sollen die Angaben eines Lehrers bearbeitet werden, so kann dies unter dem Punkt Lehrerprofil erfolgen. Dazu wird der entsprechende Lehrer ist der Liste markiert. Die Fenster sind gleich denen aufgebaut, die zur Erstellung eines neuen Lehrerprofils dienen. Für die Erstellung einer neuen Klasse wird deren Name und Schuljahr angegeben. Abbildung 30: Neue Klasse anlegen Bisher kann der einzelne Lehrer alle Klassen, Schüler und Lehrer bearbeiten. In Zukunft sollte der Lehrer nur ihm anvertraute Schüler und Klassen bearbeiten dürfen. Die entsprechenden Klassen erstellt er selbst. Des Weiteren sollten Lehrer bestimmt werden, die neben diesem ersten noch mit den Daten der Klasse hantieren dürfen. Ein Zugriff von Lehrern auf fremde Lehrerprofile sollte unterbunden werden.

75 Konzept Energiedetektive Klasse Die Klasse selbst kann durch Hinzufügen und Löschen von Schülern bearbeitet werden. Das Erstellen eines neuen Schülers erfolgt genauso wie das Erstellen eines neuen Lehrers. Gleiches gilt für das Löschen. In diesem Reiter bestimmt der Lehrer außerdem, welche Energieträger die ausgewählte Klasse erfassen soll. Abbildung 31: Klassenreiter im Lehrermodus Forschungszentrum Karlsruhe Katharina Schmidt Berufsakademie Karlsruhe Institut für Angewandte Informatik Diplomarbeit Mechatronik, TMT05VS

76 68 Im Schülerprofil kann der Lehrer die Angabe des Schülers bearbeiten und zur Not selbst die Eintragung und Auswertung des Haushaltes vornehmen. Auch wird dort angegeben, ob die Erlaubnis der Eltern zur Erhebung der Daten vorliegt. Mehr dazu im Abschnitt Schülerprofil. Bisher wurde im Lehremodus die Änderung des Schülerpasswortes und Geburtsdatums noch nicht umgesetzt. Möglich wäre es auch bei einem Klassenwechsel des Schülers, ihn einer andern Klasse zuzuteilen. Abbildung 32: Schülerprofil im Lehrermodus

77 Konzept Energiedetektive 69 Über die Buttons Schreibe USB-Stick und Lese USB-Stick wird der Austausch von Schülerdaten und Klassendurchschnitten zwischen USB-Stick und Speicherort des Klassenprogramms ermöglicht. Sind mehrere Wechseldatenträger angeschlossen, muss der Schüler-USB-Stick ausgewählt werden. Abbildung 33: USB-Stick beschreiben Forschungszentrum Karlsruhe Katharina Schmidt Berufsakademie Karlsruhe Institut für Angewandte Informatik Diplomarbeit Mechatronik, TMT05VS

78 70 Sollte ein anderer Speicherort, der nicht auf einem Wechseldatenträger liegt, vorgesehen werden, so kann dieser über den Button Andere Datei ausgewählt werden. Dabei muss aber auch die richtige XML-Datei als Quelle oder Speicherziel ausgewählt werden. Das untere Bild entspricht einer Dateiauswahl beim Speichern der Daten de Klassendurchschnitte auf dem Schüler-USB-Stick. Abbildung 34: Andere Datei auswählen

79 Konzept Energiedetektive Außentemperatur Im Reiter Außentemperatur wird die gemessene Temperatur am Schulgebäude stellvertretend für die ganze Klasse eingetragen und einer Tabelle mit Datum und Temperatur angezeigt. Bei Fehleintragungen können einzelne, markierte Werte wieder entfernt werden. Im Bild ist die Tabelle allerdings leer, da die Klasse keine Außentemperatur aufgenommen hat. Abbildung 35: Außentemperatur-Reiter im Lehrermodus Die Eintragung des Datums erfolgt im gesamten Programm über einen eingeblendeten Kalender. Forschungszentrum Karlsruhe Katharina Schmidt Berufsakademie Karlsruhe Institut für Angewandte Informatik Diplomarbeit Mechatronik, TMT05VS

80 72 Abbildung 36: Eingabe des Datums Durchschnittswerte der Energiedaten Im letzten Reiter der Lehreransicht können die normierten Verbrauchskurven der gesamten Klasse im Durchschnitt angezeigt werden. Zusätzlich zur Klassenkurve kann der entsprechende Bundesdurchschnittsverbrauch angezeigt werden. Der Bundesdurchschnitt ist hier pastellgrün hinter dem blauen Klassendurschnitt angezeigt. Abbildung 37: Reiter für den Klassendurchschnittsverbrauch

81 Konzept Energiedetektive Der Schülermodus Bei der Anmeldung des Schülerprofils erscheint die Oberfläche ebenso wie die des Lehrerprofils, allerdings wird dem Schüler nicht der volle Zugriff und Funktionsumfang zur Verfügung gestellt. So kann zunächst auf der linken Seite keine andere Klasse und kein anderer Schüler ausgewählt werden. Auch die Menüs der Reiter sind weniger Umfangreich Schule Im Reiter der Schule wird lediglich der Schulname angezeigt. Abbildung 38: Schulreiter im Schülermodus Forschungszentrum Karlsruhe Katharina Schmidt Berufsakademie Karlsruhe Institut für Angewandte Informatik Diplomarbeit Mechatronik, TMT05VS

82 Klasse In diesem Reiter können wie im Lehrermodus auch die USB-Sticks der Schüler ausgelesen und beschrieben werden. Abbildung 39: Klassenreiter im Schülermodus

83 Konzept Energiedetektive Das Schülerprofil Des Weiteren kann aber nur auf das Schülerprofil zugegriffen werden. Im Schülerprofil erfolgt die Hauptarbeit mit dem Programm, also die Eingabe der Daten sowie deren Auswertung und Bewertung. Mit dem Button Werte hinzufügen Öffnet sich ein Fenster, wie diese Aktion für die einzelnen Verbrauchsmedien durchgeführt werden kann. Abbildung 40: Eintragen von Werten Außerdem kann die Hilfedatei aufgerufen und die Bearbeitung des Schülerprofils durch Knopfdruck beendet werden. Forschungszentrum Karlsruhe Katharina Schmidt Berufsakademie Karlsruhe Institut für Angewandte Informatik Diplomarbeit Mechatronik, TMT05VS