SERVICETEIL FÜR LEHRERINNEN UND LEHRER

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1 SERVICETEIL FÜR LEHRERINNEN UND LEHRER

2 Sicher warm mit Fernwärme MACHT SCHULE Sehr geehrte Lehrerinnen und Lehrer, liebe Eltern! Das Wissen unserer Kinder ist das entscheidende Kapital für die Zukunft. Wir alle tragen Verantwortung dafür, dass wir den Jugendlichen die bestmögliche Ausbildung zuteilwerden lassen. Die Energie AG Oberösterreich bekennt sich zu ihrer Verantwortung für kommende Generationen und speziell für die Jugend. Unter dem Motto Energie AG macht Schule wurde das Schulprogramm der Energie AG neu gestartet. Damit stehen für alle Schulstufen der Volksschulen bzw. der Hauptschulen und Gymnasium-Unterstufen lehrreiche und vor allem interessante Unterlagen rund um die Themen Energie, Entsorgung und Wasser zur Verfügung. Die Energie AG hat sich in mehr als 120 Jahren Unternehmensgeschichte vom reinen Stromversorger zum Umwelt- und Nachhaltigkeitskonzern entwickelt. Unser Ziel ist es, wichtige Fragen rund um die Themenbereiche Energie, Wasserversorgung und Abfallverwertung für eine saubere Umwelt verständlich aufzubereiten. Die Energie AG bietet für Schulen auf Anfrage gerne Führungen in ihren Kraftwerken an, in denen anschaulich und spannend der Lehrplaninhalt vertieft werden kann. Darüber hinaus bieten wir Ihnen die Möglichkeit, Energie in der Erlebniswelt Energie in Timelkam hautnah zu erleben und im Museum Stromgeschichten die rasante Entwicklung der Energie vom Beginn bis heute zu sehen und zu begreifen. Wir wünschen viel Spaß und spannendes Lernen mit den Schulunterlagen der Energie AG! Generaldirektor KR Prof. Ing. DDr. Werner Steinecker MBA Vorsitzender des Vorstands Dr. Andreas Kolar Mitglied des Vorstands Dipl.-Ing. Stefan Stallinger MBA Mitglied des Vorstands 2

3 MACHT SCHULE Sicher warm mit Fernwärme Inhaltsverzeichnis Leitgedanke zum Material Der Einstieg ins Material Was ist Wärme? Was ist Fernwärme? Was sollte ich sonst noch rund um das Thema Fernwärme wissen? Und zum Schluss Der Kern der Sache Lehrplanbezug Verweise

4 Sicher warm mit Fernwärme MACHT SCHULE Leitgedanke zum Material Dieses Material soll sowohl Schülerinnen und Schülern als auch Lehrkräften die Möglichkeit bieten, Einblick in die wichtigen Aufgabengebiete der Energie AG Oberösterreich und Informationen aus erster Hand zu erhalten. Bei der Erstellung des Materials war ein wichtiger Leitgedanke, dass es im Unterricht sinnvoll einsetzbar ist. Das Unterrichtsmaterial soll leicht verständlich, übersichtlich und vor allem brauchbar sein. Dazu wurden Prinzipien des gehirngerechten Lernens aufgegriffen, wobei Ideen aus Was haben wir im Kopf (Hans Schachl, Veritas Verlag Linz) und Stroh im Kopf. Vom Gehirn-Besitzer zum Gehirn-Benutzer (Vera F. Birkenbihl, mvg-verlag) übernommen wurden. Gehirngerechtes Lernen setzt zum einen voraus, dass an bereits vorhandenes Wissen angeknüpft wird, zum anderen sollen möglichst viele unterschiedliche Lernkanäle (sehen, lesen, selber tun...) aktiviert werden. Außerdem ist eine Wiederholung und Festigung der Inhalte von großer Bedeutung. All das soll das vorliegende Material durch seinen speziell entwickelten Aufbau ermöglichen. Neben informativen Texten sowie zahlreichen Bildern und Grafiken, die die Sachinformation veranschaulichen, finden die Schüler hier Aufgaben, die zum Denken und Selbermachen einladen: Denker gefragt!, Forscher gefragt! und Finder gefragt!. Dieses Begleitheft für Lehrkräfte enthält - neben den Lösungen und Informationen zu den Aufgaben des Schülermaterials - Lehrplanbezüge, Verweise zu den weiteren Angeboten im Rahmen des Schulservices der Energie AG Oberösterreich - sowie weiterführende Links. Der Einstieg ins Material Die erste Seite des Materials soll für günstige Lernvoraussetzungen sorgen. Mit Hilfe eines ersten Brainstormings wird unter Was fällt dir zum Wort Wärme ein? zunächst das bereits vorhandene Wissen der Schüler zum Themenbereich aktiviert. Danach erhalten sie eine Antwort auf die Frage Was erwartet dich?. Die SchülerInnen wissen, was auf sie zukommt, und können sich so besser auf die Lerninhalte einstellen, was sich günstig auf die Aufnahmebereitschaft auswirkt. Um echtes Lernen aus Neugierde und Interesse zu ermöglichen, sollte die Frage nach dem Wozu geklärt werden dies geschieht unter dem Punkt Warum das alles?. 4

5 MACHT SCHULE Sicher warm mit Fernwärme 1 Was ist Wärme? Lösung Forscher gefragt! 1a Bereite zwei Frühstückseier (weiche Eier) zu. Kühle die Eier nach dem Kochen folgendermaßen ab: Ein Ei hältst du für 60 s unter fließendes kaltes Wasser. Das andere Ei legst du vorsichtig für 60 s in eine Tasse, die mit kaltem Wasser gefüllt ist. Welches Ei ist nach Ablauf der Zeit kälter? Kannst du das Ergebnis erklären? Antwort: Das Ei unter der Wasserleitung ist kälter als das Ei in der Tasse. Begründung: Das Ei unter der Wasserleitung kann seine Wärme auf eine größere Menge kaltes Wasser übertragen. Es kommt immer neues kaltes Wasser nach, das die Wärme des Eis mitnehmen kann. Beim Ei in der Tasse geht die Wärme des Eis auf die beschränkte Wassermenge in der Tasse über. Mit anderen Worten: Zwischen dem Ei und dem Wasser in der Tasse liegt das angestrebte thermische Gleichgewicht bei einer höheren Temperatur als zwischen Ei und fließendem Wasser. Denker gefragt! 1b Kannst du erklären, warum sich ein Löffel aus Metall in heißem Tee schneller erwärmt wird als ein Löffel aus Kunststoff? Antwort: Das hängt mit der Wärmeleitfähigkeit der beiden Stoffe zusammen. Metall ist ein guter Wärmeleiter, Kunststoff ein schlechter (daher verwendet man ihn auch als Isolator). Hintergründe Streng physikalisch betrachtet, müsste man zwischen thermischer Energie (Zustandsgröße) und Wärme (Prozessgröße) unterscheiden. Da diese Differenzierung, gerade für die Zielgruppe dieses Materials - noch schwer zu verstehen ist und auch in den meisten Schulbüchern dieser Schulstufe nicht darauf eingegangen wird, wurde in diesem Material ebenfalls auf diese Unterscheidung verzichtet. 5

6 Sicher warm mit Fernwärme MACHT SCHULE 2 Was ist Fernwärme? Lösung Denker gefragt! 2a Was verändert sich im Wärmetauscher? Temperatur Bewegung der Teilchen... bei den heißen Verbrennungsgasen sinkt, wird weniger wird langsamer... beim Wasser steigt, wird mehr wird schneller Wärmeenergie wird weniger wird mehr Denker gefragt! 2d Kannst du erklären, warum Heizen bei offenem Fenster eine Energieverschwendung ist? Denk daran, was du über Wärmeübertragung schon weißt! Zwischen aufgeheiztem Innenraum und der kalten Luft im Freien besteht ein Temperaturunterschied. Ohne äußeren Einfluss geht Wärme immer vom wärmeren auf den kälteren Stoff über. Aus diesem Grund entweicht warme Luft nach draußen ein thermisches Gleichgewicht zwischen innen und außen wird angestrebt. Für diesen vergeblichen Versuch wird sehr viel Energie aufgewendet die Energie wird im wahrsten Sinne des Wortes zum Fenster hinaus geblasen. 2b Nummeriere die Bestandteile der Zentralheizung. Umformstation Rohre Pumpen Heizkörper Ventil Hintergründe Kraft-Wärme-Kopplung In einer Kraft-Wärme-Kopplungsanlage verrichtet zunächst wie in einem normalen Dampfkraftwerk der heiße Dampf Arbeit an der Turbine und damit am Generator. Somit kann elektrische Energie bereitgestellt werden. In einem zweiten Schritt wird die verbleibende Prozesswärme zur Bereitstellung von Wärme für die Fernwärmenutzung verwendet. Aufgrund verschiedener Dampf-Entnahmestellen kann man zwei Bauweisen von KWK-Anlagen unterscheiden. Q zu 2 4 Dampferzeuger Dampfturbine P el G Speisewasserpumpen Q H Finder gefragt! 2c Suche im Internet nach sinvollen Tipps zum Energiesparen beim Heizen! m Während der Heizperiode Fenster nur zum Stoß lüften öffnen m Räume bei längerer Abwesenheit nicht vollständig auskühlen lassen m Reduktion der Raumtemperatur um wenige Grad Celsius spart eine erhebliche Menge an Energie Beachtung der Idealtemperaturen: o Wohnzimmer C o Schlafzimmer C o Kinderzimmer 20 C o Badezimmer 24 C m Heizkörper vor Heizperiode entlüften lassen m Heizkörper durch nichts verhängen oder verstellen m Wenn möglich, Verzicht auf elektrische Heizstrahler m In Neubauten Einbau einer Wärmepumpe m Nutzung von Fernwärme m P el elektrische Leistung Q H Wärmeverbraucher Q zu Zugeführte Wärme G Generator Speisewasser Dampf Welle Bei der Gegendruckturbine wird der Dampf am Ende der Turbine zur Bereitstellung von Wärme verwendet. Je nachdem, wie viel Wärme benötigt wird, kann unterschiedlich viel elektrische Energie zur Verfügung gestellt werden.

7 MACHT SCHULE Sicher warm mit Fernwärme Q zu P el Kondensator Dampferzeuger Dampfturbine G Q H Speisewasserpumpen P el elektrische Leistung Q H Wärmeverbraucher Q zu Zugeführte Wärme G Generator Speisewasser Dampf Welle Bei der Entnahmekondensationsturbine wird der Dampf im Mittelteil der Turbine entnommen. Diese Art der Kraft- Wärme-Kopplung ist sehr flexibel in der Handhabung. So kann entweder der gesamte Dampf verwendet werden, um thermische Energie bereitzustellen oder um einen Generator anzutreiben, der den Dampf in elektrische Energie umwandelt. Durch Ventile sind auch verschiedene gemischte Betriebsweisen möglich. In beiden Fällen wird das kondensierte Wasser über eine Speisewasserpumpe wieder dem Dampfkreislauf zugeführt. 7

8 Sicher warm mit Fernwärme MACHT SCHULE 3 Was sollte ich sonst noch rund um das Thema Fernwärme wissen? Hintergründe Noch vor einigen Jahren war das Problem bei langen Rohrleitungen der dabei entstehende Wärmeverlust. Durch ausgereifte Technik ist die Isolierung der Rohre inzwischen aber beinahe perfekt, sodass so gut wie keine Wärme mehr verloren geht. In dünn besiedelten Gebieten ist Fernwärme unrentabel, es würde zu lange dauern, bis sich so ein Projekt amortisiert. Man müsste den Kunden dort überdurchschnittlich hohe Preise verrechnen, dann wäre die Versorgung mit Fernwärme aber nicht mehr attraktiv. 8

9 MACHT SCHULE Sicher warm mit Fernwärme Und zum Schluss... Die letzten beiden Seiten dienen zur Festigung und Wiederholung der gelernten Inhalte. Unter Was fällt dir jetzt alles zum Thema Wärme ein? haben die Schüler ein weiteres Mal die Gelegenheit, ihr Wissen mit Hilfe eines Brainstormings gesammelt zu Papier zu bringen. Aufgrund der offenen Aufgabenstellung eignet sich diese Art der Wiederholung sehr gut für eine stark individualisierte Vorgehensweise. Interessierte und leistungsstärkere Schüler werden mehr Wörter zum Thema finden als schwächere. Das ungezwungene Schreiben außerhalb der üblichen Schreibnorm rund um das Schlagwort regt ganzheitliches Denken an. Je geübter die Schüler im Einsatz der Methode sind, desto eher kann man sie dazu anleiten, ihre Ideen strukturiert(er) aufs Papier zu bringen (Anlegen einer MindMap ). Das Brainstorming kann in Einzel-, Partner- oder Gruppenarbeit durchgeführt werden. Anregungen Für die Gruppenarbeit kann folgende Vorgehensweise ausprobiert werden: In jeder Gruppe gibt es nur einen Stift; der Stift wird reihum durchgegeben und jeder schreibt ein passendes Wort auf das Blatt Papier. Jedes Gruppenmitglied sollte aktiv mitdenken, um in jeder Runde ein weiteres Wort hinzufügen zu können. Dabei regen die Wörter der Gruppenmitglieder weitere Ideen und Assoziationen an. Am Ende können die SchülerInnen auf ein Blatt voller Wissen blicken. Ein Vergleich des Brainstormings vom Beginn mit dem jetzigen Brainstorming ist mit Sicherheit interessant. So können die Schüler unmittelbar ihren Lern- und Wissenszuwachs sehen. Der Kern der Sache Bei der Zusammenfassung Der Kern der Sache haben Sie als Lehrkraft die Möglichkeit, jene Inhalte noch einmal festzuhalten, die Ihnen persönlich wichtig sind. Sie können die SchülerInnen auch anleiten, selbst zu definieren, was der Kern der Sache ist. Im unteren Bereich der letzten Seite wird eine Zusammenfassung des gesamten Themenbereichs angeboten. 9

10 Sicher warm mit Fernwärme MACHT SCHULE Lehrplanbezug Die Inhalte des Schülermaterials sind auf den Lehrplan für den Physikunterricht (2003) in der 2. und 3. Klasse Hauptschule / AHS-Unterstufe abgestimmt. Didaktische Grundsätze Um Vorgänge in Natur und Technik anschaulich zu erklären, ist der Einsatz von Modellen (z. B. das Teilchenmodell) und grundlegender Begriffe (z. B. Trägkeit, Kraft, Energie) empfehlenswert. Altersadäquat aufbereitet, sorgen sie für ein tiefgreifendes Verständnis des Lerninhalts. Die Physik bestimmt unser Leben Ausgehend vom Interesse und von Fragen der Schüler zum Thema soll ein motivierender Streifzug durch unterschiedlichste Bereiche des belebten und unbelebten Naturgeschehens unternommen werden. - Die für die Physik typische Denkweise kennenlernen - Unterschiede zwischen physikalischen und nicht-physikalischen Denkansätzen erkennen Alle Körper bestehen aus Teilchen Auf Basis ihrer alltäglichen Erfahrungen sollen die Schüler immer intensiver mit dem Teilchenmodell und seinen Auswirkungen auf diverse Körpereigenschaften vertraut gemacht werden. - Grundlegende Zusammenhänge zwischen dem Teilchen aufbau und Wärmephänomenen verstehen; Temperatur, Wärme, Wärmemenge und Wärme ausdehnung Unser Leben im Wärmebad Anhand von Alltagserfahrungen sollen die Schüler auch ein tiefgreifendes Verständnis für thermische Vorgänge in der unbelebten und belebten Welt entwickeln: - Die Alltagsbegriffe Wärme und Kälte als Bewegungsenergie der Teilchen begreifen, aus denen Körper aufgebaut sind, sowie den Unterschied zwischen Wärme und Temperatur verstehen. - Anhand von Modellen verschiedene Formen des Wärmetransports erklären und wichtige Schlussfolgerungen ziehen können; Wärmeleitung, Wärmeströmung, Wärmestrahlung - Die Bedeutung der Wärmeenergie im wirtschaftlichen und ökologischen Zusammenhang sehen Elektrotechnik macht vieles möglich - Begriffe wie Energieumformung, Arbeitsverrichtung und Wirkungsgrad [...] verstehen - Einsicht in die ökologische Bedeutung von Energiesparmaßnahmen gewinnen und entsprechende Handlungskompetenz aufbauen 10

11 MACHT SCHULE Sicher warm mit Fernwärme Verweise... auf die Homepage des Schulservices Nähere Informationen zu den weiteren Angeboten des Schulservices der Energie AG finden Sie unter Weitere Informationen zum Themenbereich: m Homepage der Wärme GmbH, erreichbar über m Homepage des Fachverbands der Gas- und Wärmeversorgungsunternehmungen: Energie AG Oberösterreich, Linz Alle Rechte vorbehalten, insbesondere das Recht der Verbreitung (auch durch Film, Fernsehen, Internet, fotomechanische Weitergabe, Bild-, Ton- und Datenträger jeder Art) und der auszugsweise Nachdruck. Die Kopiervorlagen sind urheberrechtlich geschützt. Der Erwerber ist berechtigt, davon Vervielfältigungen in Klassensätzen ausschließlich für den eigenen Gebrauch herzustellen. Alle weiteren Vervielfältigungen sind nach dem Urheberrecht unzulässig. Sofern nicht anders angegeben: Fotos Energie AG Oberösterreich, Abdruck honorarfrei bei Bildhinweis: Energie AG Auflage (2015) Gedruckt in Österreich Wir bitten um Verständnis, dass wir uns aus Gründen der leichteren Lesbarkeit im Text größtenteils auf die allgemein übliche von uns jedoch absolut geschlechtsneutral verstandene männliche Form für Personenbezeichnungen beschränken. Impressum: ENERGIE AG Oberösterreich Postfach 298 Böhmerwaldstraße Linz, Austria Service-Nummer: Service-Fax: schule@energieag.at Internet: 11

12 Energie AG macht Schule: Schulunterlagen für Groß und Klein Infos über Energie, Wasser und Abfall Volksschule: Abfall und Wasser (Sachunterricht, 1./2. Schulstufe) Energieerzeugung (Sachunterricht, 3./4. Schulstufe) Hauptschule/AHS-Unterstufe: Kraftwerke und ihre Umwelt (Geografie, 5./6. Schulstufe) Sicher warm mit Fernwärme (Physik, 6./7. Schulstufe) Wohin kommt der Abfall (Geografie, 5./6. Schulstufe) Elektrischer Strom braucht Wege (Physik, 8. Schulstufe) Trinkwasser (Geografie, 5./6. Schulstufe) Solarenergie (Physik, 8. Schulstufe) Elektrischen Strom richtig nutzen (Physik, 6./7. Schulstufe) Wertvoller Abfall (Chemie, 8. Schulstufe) VERSUCHE, EXPERIMENTE UND SCHULUNTERLAGEN Bestellungen: via Internet unter: