ZfP-Sonderpreis der DGZfP beim Regionalwettbewerb Jugend forscht FRIEDRICHSHAFEN Die perfekte (und natürliche) Dämmung von Häusern Magdalena Bucher Pia Kley Lana Römischer Schule: Franz-Anton-Maulbertsch Schule Kirchstr. 10 88085 Langenargen Jugend forscht 2018
Schüler experimentieren 2018 Die perfekte (und natürliche) Dämmung von Häusern Lana Römischer Magdalena Bucher Pia Kley AG Jugend forscht Franz-Anton-Maulbertsch-Schule, Langenargen
1. Einleitung In Langenargen werden immer mehr Häuser mit Styropor gedämmt. Dann brauchen sie weniger Heizung, was gut ist, aber das Styropor ist sehr umweltschädlich. Und macht schrecklich viel giftigen Müll, wenn es mal entsorgt werden muss. Häuser isolieren ist gut, weil man dann nicht nur Heizkosten spart, sondern auch Öl, Gas oder Holz. Wir wollten ein Jugend forscht Projekt machen, mit dem man die Umwelt schonen kann, deshalb wollen wir versuchen, gute und natürliche Dämmmaterialien für Häuser zu finden und zu testen. 2. Material 2.1 Dämm-Material Wir haben uns viele verschiedene Materialien rausgesucht, mit denen wir unsere Häuser dämmen wollen: Zeitung Toilettenpapier Playmais Moos Blätter Alpaka-Wolle Watte Haare von Menschen Fleece Stroh Heu Getrocknetes Seegras Hanf
2.2 Die Test-Häuser Um die Dämmmaterialien zu testen, brauchten wir erst mal Häuser. Wir haben 4 Häuser gebaut. Die haben wir aus 2 cm dicken OSB-Platten gebaut. Die Häuser stehen auf einer 50 x 50 cm großen OSB-Grundplatte und sind würfelförmig mit 32 x 32 cm Kantenlänge. Oben in die Decke der Häuser haben wir Löcher gebohrt. Die Löcher sind gerade so groß, dass der Sensor von einem der 4 Thermometer durchgesteckt werden kann. Wir haben 4 Thermometer, die gleichzeitig die Temperatur am Gerät angeben und die Temperatur am Sensor am Ende eines Kabels. Damit können wir auch bei einem isolierten Haus außen die Innentemperatur ablesen. Das ist sehr wichtig. Wenn wir immer die Häuser aufmachen müssten, um die Innentemperatur abzulesen, würde jedes Mal Außenluft reinkommen und das Ergebnis würde nicht stimmen. Mit den Sensoren durch das Dach bleibt das Haus isoliert. Eigentlich wollten wir um die Häuser aus Draht einen Käfig bauen, in dem das Isolationsmaterial sein sollte. Der Käfig aus Draht war aber so schwer zu bauen, dass wir es nicht geschafft haben. Da hatte Birgit die Idee, von der Pharmafirma in Langenargen Verpackungskartons zu holen. Da gibt es würfelförmige mit 40 x 40 cm aus Plastik-Wellpappe. Wenn man die über unsere Holzhäuser stellt, passt auf den Seiten 4 cm Isolationsmaterial rein und am Dach etwas mehr. Das ist sehr geschickt, weil das Material so überall ungefähr gleich dick ist und man es gut an die Häuser dranmachen kann. 2.3 Versuchsablauf Wir haben immer drei verschiedene Materialien in die Kartons an unseren Häusern gefüllt und bei einem Haus den -Karton leer gelassen. Beim ersten Mal haben wir einem Haus keinen -Karton gegeben, wir haben es als Holzhaus rausgestellt. Dann haben wir uns aber überlegt, dass der -Karton auch isoliert und es besser ist, wenn unser Kontroll-Haus auch einen -Karton hat und sich die Häuser also nur durch das Isoliermaterial unterscheiden. Ab Versuch 5 haben alle Häuser immer einen -Karton außen.
Nachdem die Isolierung dran war, haben wir die Häuser raus vor das Schulhaus gestellt. Die Starttemperatur war bei allen vier Häusern immer gleich beim Rausstellen. Während dem Versuch haben wir immer wieder die Temperatur im Inneren der Häuser abgelesen. Unsere Messzeiten sind leider sehr unterschiedlich geworden. Aber das kommt daher, dass wir nicht immer so lange am Stück messen konnten, sondern manchmal nur in einer Pause und am Ende der Schule, weil unsere Lehrer wollten, dass wir immer im Unterricht sind und nicht nur Jugend forscht machen. 3. Ergebnisse Versuch 1 Bei unserem ersten Versuch haben wir zu wenig aufgeschrieben und können ihn deshalb nicht auswerten. Versuch 2 Starttemperatur: 25 C Außentemperatur: 18 C Material: Temp nach 35 : Playmais + 25 C unisoliert 22 C Versuch 3 Starttemperatur: 25,8 C Außentemperatur: 7,5 C Material: Temp nach 30 Temp nach 45 Alpaka + 25,6 C 24,3 C 21,1 C 17,8 C unisoliert 16,7 C 12,9 C Blätter + 21,9 C 18,3 C
Versuch 4a Starttemperatur: 28,1 C Außentemperatur: 7,8 C Material: Alpaka + unisoliert Blätter + Temp nach 4 Stunden 15,5 C 8,2 C 7,8 C 11,3 C Versuch 4b In 3 kalte Häuser von Versuch 4 haben wir Handwärmer gelegt und dann gemessen. Alle Temperaturangaben in Celsius. Starttemperatur: siehe Ende Versuch 4 Außentemperatur: wie Versuch 4 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Alpaka+ 17,2 17,6 17,7 17,8 17,7 17,5 17,4 17,3 17,1 16,8 16,7 16,4 Unisol. 11,3 11,7 11,7 11,5 11,4 11,3 11,1 10,8 10,4 10,1 10,0 9,7 Blätter+ 13,4 13,1 13,1 13,1 13,1 13,0 12,9 12,8 12,8 12,5 12,5 12,3 Versuch 5a Starttemperatur: 21,5 C Außentemperatur: 8,2 C Blätter + karton Watte + karton Alpaka + karton karton Nach 90 16,3 C 18,2 C 18,6 C 10,2 C
Versuch 5b Die Häuser aus Versuch 5a haben wir nach 90 Minuten bei 8,2 C wieder in den Forscherraum gestellt, der da eine Raumtemperatur von 23 C hatte. Starttemperatur: siehe Ende Messungen Versuch 5a Außentemperatur: 23 C Nach 10 Nach 20 Nach 30 Blätter + 17,1 C 17,8 C 18,4 C Watte + 17,9 C 18,1 C 18,4 C Alpaka + 18,5 C 18,8 C 19,2 C 15,0 C 16,8 C 18,8 C Versuch 6 Starttemperatur: 26,0 C Außentemperatur: 14 C Nach 10 Nach 20 Nach 60 Watte + 25,9 C 25,7 C 24,1 C Blätter + 25,2 C 24,6 C 22,9 C Alpaka + 25,9 C 25,6 C 24,1 C 23,1 C 20,9 C 17,2 C Versuch 7 Alle Häuser haben zu Beginn eine Innentemperatur von 14 C. Die Häuser stehen außen bei einer Außentemperatur von 14 C. Alle bekommen eine Heizung : ein Backstein, der im Backofen auf 70 C erhitzt wurde. Die Steine waren nach dem Transport von der Schulküche bis zum Forscherraum abgekühlt, aber warm. Starttemperatur: 14 C Außentemperatur: 14 C (Häuser mit Backsteinheizung) 10 20 30 40 50 60 Watte + 22,2 C 22,7 C 22,9 C 23,1 C 23,1 C 22,9 C Blätter + 21,7 C 22,3 C 22,8 C 22,9 C 22,8 C 22,7 C Alpaka + 22,6 C 23,2 C 23,7 C 23,9 C 24,0 C 23,9 C 19,9 C 20,2 C 20,9 C 20,7 C 19,8 C 19,5 C
Versuch 8a Starttemperatur: 23,5 C Außentemperatur: 8 C 5 10 15 20 25 40 90 Moos + 23,1 C 23,0 C 22,8 C 22,5 C 22,5 C 21,2 C 17,6 C Alpaka + 23,5 C 23,5 C 23,3 C 23,1 C 22,8 C 22,0 C 18,9 C Watte + 23,3 C 23,3 C 23,1 C 22,9 C 22,6 C 21,8 C 18,5 C 23,1 C 22,3 C 21,3 C 20,8 C 19,8 C 17,8 C 12,5 C Versuch 8b Starttemperatur: 21,2 C Außentemperatur: 5 C Nach 90 Nach 105 Moos + 15,4 C 14,8 C Watte + 16,7 C 16,1 C Alpaka + 17,0 C 16,3 C 10,3 C 9,8 C Versuch 9a Starttemperatur: 25 C Außentemperatur: 5 C Nach 5 Nach 90 Nach 5 h Moos + 24,5 C 16,4 C 12,7 C Watte + 24,8 C 18,2 C 13,5 C Alpaka + 25,0 C 18,3 C 15,1 C 23,5 C 10,0 C 10,0 C
Versuch 9b Kalte Häuser von Versuch 9a wurden reingestellt in Raumtemperatur 20,0 C. Starttemperatur: siehe Ende Messungen Versuch 9a Außentemperatur: 20,0 C Nach 15 Nach 30 Nach 45 Nach 60 Moos + 12,9 C 13,8 C 14,8 C 15,8 C Watte + 13,6 C 14,2 C 14,9 C 15,6 C Alpaka + 15,0 C 15,7 C 16,3 C 16,3 C 13,3 C 15,5 C 17,5 C 17,5 C Versuch 10a Starttemperatur: 25,6 C Außentemperatur: 4 C Nach 1 h 30 Nach 4 h 30 11,9 C 8,3 C Moos + 17,9 C 11,3 C Zeitung + 18,2 C 11,1 C Alpaka + 20,0 C 13,8 C Versuch 10b Häuser aus Versuch 10a wurden zurück in Raumtemperatur 25,0 C gestellt. Starttemperatur: siehe Ende Messungen Versuch 10a Außentemperatur: 25,0 C Nach 30 Nach 60 14,3 C 20,2 C Moos + 12,7 C 16,4 C Zeitung + 12,8 C 16,5 C Alpaka + 14,7 C 17,3 C
Versuch 11 Starttemperatur: 25,5 C Außentemperatur: 4 C Nach 5 Nach 5 h Moos + 24,4 C 8,5 C Zeitung + 24,8 C 8,3 C Alpaka + 25,2 C 10,3 C 23,6 C 4,9 C Versuch 12 Starttemperatur: 26,0 C Außentemperatur: 3 C 10 20 30 40 50 60 Moos + 25,6 C 24,5 C 23,6 C 22,6 C 21,5 C 20,8 C Zeitung + 25,3 C 24,9 C 24,0 C 22,8 C 21,8 C 20,9 C Alpaka + 25,6 C 25,1 C 24,3 C 23,7 C 22,7 C 22,1 C 22,8 C 21,0 C 19,2 C 17,2 C 15,5 C 14,2 C Versuch 13 Starttemperatur: 26,1 C Außentemperatur: 4 C Nach 5 Nach 5 h Klopapier + 24,1 C 11,8 C Zeitung + 24,6 C 9,9 C Alpaka + 24,9 C 12,4 C 23,8 C 6,6 C
Versuch 14 Starttemperatur: 24,5 C Außentemperatur: 4 C Nach 1 h Nach 5 h Klopapier + 21,6 C 11,4 C Zeitung + 20,4 C 9,7 C Alpaka + 21,3 C 11,5 C 14,6 C 6,9 C Versuch 15 Starttemperatur: 25,0 C Außentemperatur: 4 C Nach 90 Nach 5 h Klopapier + 18,8 C 12,9 C Zeitung + 16,8 C 12,0 C Alpaka + 18,5 C 13,0 C 11,0 C 10,7 C Versuch 16 Starttemperatur: 26,0 C Außentemperatur: 0 C Nach 5 Nach 30 Nach 5 h Klopapier + 25,3 C 23,3 C 7,2 C Zeitung + 25,3 C 21,9 C 4,9 C Alpaka + 25,6 C 22,5 C 7,2 C 24,9 C 17,2 C 3,0 C Versuch 17 Wir haben heute gemerkt, dass die Alpakawolle stark zusammengesackt war und Lücken hatte. Sie war auch an zwei Stellen feucht. Wahrscheinlich ist das Haus beim letzten Versuch im Regen gewesen und der karton war nicht dicht. Wir haben nach-isoliert und die nasse Wolle weggetan.
Starttemperatur: 25,0 C Außentemperatur: 2 C Nach 90 Nach 5 h Klopapier + 18,2 C 10,7 C Zeitung + 16,2 C 8,8 C Alpaka + 18,9 C 11,9 C 9,7 C 5,8 C Versuch 18 Starttemperatur: 23,0 C Außentemperatur: 2 C Nach 30 Nach 60 Nach 4 h Nach 7 h K-papier + 21,1 C 19,3 C 13,1 C 8,1 C Zeitung + 20,2 C 18,0 C 11,2 C 7,3 C Alpaka + 21,2 C 19,5 C 13,9 C 9,3 C 17,1 C 13,5 C 6,9 C 6,4 C 4. Diskussion 4.1 Bewertung unserer Dämmmaterialien Unser bestes bisher getestetes Dämmmaterial war die Alpakawolle. Das Haus mit der Alpakawolle hat die Wärme am besten gehalten und war am leichtesten warm zu bekommen mit einer Heizung. Auch gut waren die Watte und das Toilettenpapier. Das Moos, die Blätter und die Zeitung haben am schlechtesten gedämmt, aber immer noch viel, viel besser als der karton alleine oder nur das Holzhaus. Alpakawolle als Dämmmaterial finden wir toll. Wir denken aber, dass es schwierig wird, so viel Alpakawolle zu bekommen wie man für alle Häuser braucht. Am besten wäre, wenn jeder in seinem Garten ein paar Alpakas hätte, dann gäbe es genug Wolle zu Isolieren. Watte besteht aus Baumwolle und könnte bestimmt viel produziert werden. Wir wissen aber nicht, ob die Produktion von Watte umweltschädlich ist. Dann wäre das wieder nicht gut als Dämmmaterial.
Moos als Dämmmaterial ist sehr natürlich. Aber wenn alle Leute ihr Haus mit Moos dämmen wollen, dann wird im Wald das ganze Moos ausgerissen und es gibt bald keines mehr. Das wäre auch wieder nicht gut für die Umwelt. Die Idee, Zeitung oder Toilettenpapier zu nehmen, finden wir nicht schlecht. Man könnte dafür auf jeden Fall Recycling-Papier nehmen. Davon gibt es Unmengen und man hätte gleich eine gute Verwendung. Das ist gut für die Umwelt. Wir haben nachgelesen, dass Häuser manchmal mit Zellulose.Schnipseln gedämmt werden. Das ist sehr ähnlich wie unsere Zeitung und das Toilettenpapier. Blätter sind auch sehr natürlich, aber wir wissen nicht, ob es davon genug gibt um Häuser zu dämmen. Wenn alle Blätter im Herbst überall eingesammelt werden, dann können manche Tiere nicht darunter überwintern und sterben. Das wäre nicht gut. 4.2 Warum dämmt Material? Ganz am Anfang unseres Projekts wollten wir auch noch Muscheln und Kastanien als Dämmmaterial ausprobieren. Das haben wir uns anders überlegt, als wir schnell gemerkt haben, dass alles, was warm hält, irgendwie weich und kuschelig ist. Wir haben uns lange überlegt, warum weich und kuschelig warm hält. Wir denken jetzt, dass es ganz, ganz viele kleine Luftpolster sind, die die Luft nicht miteinander austauschen sondern für sich behalten. Unsere Zeitung zum Beispiel hatte noch ziemlich große Lücken zwischendrin, obwohl wir sie gut gestopft haben. Da kann die Luft leicht durchwandern und die Kälte von außen nach innen bringen. Noch leichter geht das beim karton, wo sie zwar am Karton gebremst wird, aber nachher innen drin wieder leicht wandern kann. Die Blätter waren auch nicht so dicht und weich wie z.b. das Moos oder die Watte oder das Toilettenpapier. Die kalte Luft konnte nicht gut durchwandern, aber sie konnte durch. Die Alpakawolle ist am flauschigsten. Wenn man sich die Haare genau anschaut, kann man sehen, wie dünn sie sind und wie sie dicht aneinander liegen. Hier kann Luft schlecht wandern. Deshalb ist die Alpakawolle so gut.
4.3 Probleme mit natürlichem Dämmmaterial Natürliche Dämmmaterialien finden wir am besten, weil sie nicht giftig sind und nicht umweltschädlich produziert werden. Bei den natürlichen Materialien gibt es aber zwei Probleme: Man muss gut aufpassen, dass man sich kein Ungeziefer damit ins Haus holt. In unserem Moos waren sehr viele kleine Tierchen, die beim Trocknen aus dem Moos kamen und alle in unserem Forscherraum waren. In der Alpakawolle könnten z.b. Flöhe oder Zecken sein. Außerdem ist das natürliche Material meistens sehr empfindlich gegen nass-werden. Die nasse Alpakawolle hat nicht gut gerochen und ist zusammengesackt, so dass sie nicht mehr gut isoliert hat. Das würde mit Toilettenpapier, Moos und Blättern auch passieren. Man muss das natürliche Material ganz sicher trocken halten, sonst bringt es nichts und ist sogar schlecht, weil es gammelt und stinkt. 5. Geplantes weiteres Vorgehen In den nächsten Wochen wollen wir noch weitere Materialien testen. Jetzt wissen wir ein bisschen, was für Material funktionieren könnte. Unbedingt ausprobieren wollen wir noch menschliche Haare. Die Alpakawolle isoliert so gut, wir wollen sie mit unseren Haaren vergleichen. Heu und Kleintierstreu möchten wir noch testen, weil das auch unsere Haustiere im Winter warm hält. Birgit hat uns noch Seegras als Dämmmaterial vorgeschlagen. Davon gibt es in Langenargen immer viel zu viel und es muss weggeräumt werden. Wenn es in Haufen am Ufer liegt, fühlt es sich weich an beim Laufen. Wir werden es trocknen und testen. Außerdem wollen wir bei unseren Häusern noch testen was passiert, wenn man nur das Dach oder nur die Wände dämmt. Wir hatten auch die Idee, unserem Haus eine schwarze oder eine weiße Außenseite zu machen. Dann wollen wir in der Sonne testen, ob das schwarze Haus mit dem gleichen Dämmmaterial wärmer bleibt. Wenn das Haus im Sommer aber heißer wird,
müsste man eine Wechselfarbe machen. So dass das Haus im Winter schwarz ist und im Sommer weiß. Wenn es Sommer ist, wollen wir auch noch testen, ob das Material, das im Winter warm hält, im Sommer auch gut kühl hält. Oder ob das Haus dann schrecklich heiß wird.