Automatische Messung der Raumtemperatur (Kl. 3-10)

Inhalt mit theoretischem Hintergrund

Ein erheblicher Teil des gesamten Energiebedarfs in Deutschland wird für die Gebäudeheizung benötigt. Weil hier auch viel Energie eingespart werden kann, gilt dieser als "der schlafende Riese" der Energiewende.

Jede Kilowattstunde an Wärmeenergie, die wir einem Gebäude mit der Heizung zuführen (oder die ihm durch die Sonneneinstrahlung oder die "Abwärme" der Menschen zugeführt werden), verlässt dieses früher oder später wieder. Dabei kann man unterscheiden zwischen

Transmissionswärmeverlusten (die Wärme entweicht durch feste Bauteile wie Wände, Fenster oder das Dach) und
Lüftungswärmeverlusten (warme Luft entweicht durch geöffnete Fenster oder Türen bzw. durch die Lüftungsanlage.

Je weiter die Wärmeverluste reduziert werden können, umso weniger muss geheizt werden.

Die Raumtemperaturen sind neben dem Lüftungsverhalten die wichtigste Größe, mit denen die Nutzer eines Gebäudes den Heizenergieverbrauch beeinflussen können. Beide der o.g. Arten von Wärmeverlusten sind nämlich umso höher, je größer die Temperaturdifferenz zwischen dem Raum und der Außenwelt ist. Wenn die Raumtemperaturen auch nur 1°C zu hoch sind, steigt der Heizenergieverbrauch um ca. 6%.

Schüler können

die Raumtemperaturen am Tage selber messen, siehe dazu
- Projekttag Wärme für die Grundschule (Kl. 3/4)
- Heute gibt es hitzefrei – Einfache Untersuchung zum Raumklima (Kl. 5/6)
- Heiße Tipps für kalte Tage - Energie sparen beim Heizen (Kl. 9/10)
sich mit der Luftqualität im Klassenraum und dem richtigen Lüften auseinandersetzen, siehe
Dicke Luft im Klassenraum - Nebelaktion zum richtigen Lüften (Kl. 3-10).

Hier geht es um die Raumtemperaturen in den unterrichtsfreien Zeiten - also nachts, an den Wochenenden und in den Ferien.

Ziele

Erfassen und Bewerten der Raumtemperaturen in der unterrichtsfreien Zeit.
Erarbeiten von Hinweisen zur Optimierung der Heizung.

Fachbezug

Physik: Energienutzung – Möglichkeiten, Probleme, Energieträger, Energiequellen, Energieumwandlung, Energieeinsparung; Temperatur, Wärme als Energie, Wärmeausbreitung, Wärmeschutz; Basiskonzept Energie
AWT: Steuern und Regeln von technischen Abläufen, Informatik im Wirtschaftsleben

Vorbereitungs- und Durchführungsaufwand

II (mittel)

Zeitbedarf

1 Unterichtsstunde pro teilnehmender Klasse

Voraussetzungen und Vorbereitung

Die Aktion sollte während der Heizperiode durchgeführt werden, am besten im Winter.

Es werden möglichst mehrere automatische Thermometer benötigt. Wir verwenden:

Thermo-Hygro-Datenlogger LOG32: einfacher kleiner Datenlogger (Anschaffungskosten ca. 60,00 €; Hinweis zur Kalibrierung in der Bedienungsanleitung beachten)! Es ist empfehlenswert, wenigstens 5-6 Datenlogger gleichzeitig zum Einsatz zu bringen, um verschiedene Räume parallel untersuchen zu können - bei größeren Schulen auch mehr.

Im Vorfeld muss muss mit der Schule geklärt werden, in welchen Räumen und in welcher Zeitperiode die Messung erfolgen kann. Dabei ist zu berücksichtigen, dass

eine sinnvolle Zeitperiode ausgewählt wird - wenigstens über ein Wochenende, besser noch eine komplette Woche lang (oder sogar über die Herbst-, Weihnachts- oder Winterferien)
repräsentative Messpunkte ausgewählt werden, dazu folgende Empfehlung:
Lehrerzimmer oder Sekretariat • Klassenräume (ggf. in verschiedenen Gebäudeteilen • Nebenräume (Toilette, Flur) • im Freien (auf einem Fensterbrett, geschützt vor Wegnahme und Nässe).
die Messpunkte möglichst in der Raummitte liegen (hinter einem Schrank an der Außenwand werden zu geringe Temperaturen angezeigt; auf einem Schrank an einer Innenwand zu hohe...)
die Messgeräte sicher und ungestört am Messort verbleiben können (kein "Aufräumen" durch den Hausmeister, keine Mitnahme durch Unbefugte...)
ein/e Ansprechpartner/in in der Schule instruiert wird, wie die Messung zu beenden ist (siehe weiter unten: Beenden der Messung ).

Durchführung

Installieren der Messgeräte

Die LOG32 werden in den ausgewählten Räumen - wenn möglich - in Rammitte auf einen Tisch gelegt. Sie werden an ihrer Mitte (der Messfühler am hinteren Ende muss frei bleiben) mit einem Klebeband versehen, darauf wird ein Warnhinweis geschrieben (z.B. "Nicht anfassen!") sowie rückseitig der Name der Schule und der exakte Messort.

Dann wird die Messung durch Drücken des orangenen Knopfes gestartet, ein kurzes Aufleuchten der beiden LEDs an der anderen Seite des Messgerätes zeigt an, dass die Messung begonnen hat.

Der LOG32 ist standardmäßig so programmiert, dass er eine Messung pro Minute durchführt und 16.000 Messpunkte aufzeichnet - d.h. er kann mehr als 10 Tage lang messen. Wir arbeiten in der Regel mit einem Messintervall von 5 Minuten.

Beenden der Messung

Die Messgeräte werden zur vorab vereinbarten Zeit wieder eingesammelt. Beim Klimadetektive-Projekt des Umweltbüro Nord e.V. werden sie einfach eingepackt - ein Stopp der Messung ist nicht erforderlich - und per Päckchen an das Umweltbüro Nord e.V. geschickt. Wir lesen die Daten aus, erstellen Diagramme und kurze Einschätzungen und schicken diese den Beteiligten zu.

Auslesen der Daten

Das Auslesen funktioniert beim LOG32 wie folgt:

Die Software muss auf dem Computer installiert sein. Die Software erzeugt ein Icon "Datalogger" auf dem Desktop.
Die Software wird durch Doppelklick auf "Datalogger" gestartet.
Der Datenlogger wird in den USB-Anschluss gesteckt. Dazu müssen keine Tasten am Logger bedient werden.
Der Computer benötigt einige Sekunden, um den Datenlogger zu erkennen.
In der Software wird auf das Icon "Daten auslesen" geklickt. Man muss dann bestätigen, dass die Messung nun angehalten wird. Die Daten werden dann in die Software importiert und in einer .rec-Datei abgespeichert. Die Software zeigt ein Diagramm mit Temperatur, Luftfeuchte, Taupunkt und weiteren Parametern an.
Durch Klick auf das Disketten-Icon (Speichern unter...) können die Daten auf dem Computer gespeichert werden. Man muss dann den Dateityp "Excel files XLS" auswählen und Dateinamen sowie Speicherort festlegen.
Die somit erzeugte XLS-Datei kann dann durch Doppelklick geöffnet werden.
Wenn man die Datei mit Open Office öffnet, wird man zunächst nach den Optionen für den Textimport gefragt. Hier müssen folgende Optionen angegeben werden:
Zeichensatz: Westeuropa / Sprache: Standard (Deutsch) / Ab Zeile: 1 (diese Optionen werden automatisch eingestellt)
Trennoptionen: Getrennt - Tabulator - Semikolon (diese Optionen müssen per Mausklick eingestellt werden; alle anderen Trennoptionen sind auszuschalten)
Weitere Optionen: Erweiterte Zahlenerkennung (sollte auch wieder automatisch eingestellt sein).
Nur wenn diese Einstellungen richtig gewählt werden, erzeugt Open Office eine sinnvolle Datentabelle - anderenfalls werden alle Daten eines jeden Datensatzes ohne Trennung in einunddieselbe Zelle geschrieben.
Die Datentabelle kann dann als Open Office Tabelle (.ods) gespeichert werden.
Nachfolgend kann die .ods Datentabelle bearbeitet und ausgewertet werden, z.b. durch Erstellung passender Diagramme.
Achtung! Um den Logger wieder betriebsbereit zu machen, müssen in der Datalogger-Software erneut die Loggereinstellungen programmiert werden - auch dann, wenn sie nicht verändert werden sollen!
Praktischerweise merkt sich die Software die zuletzt eingestellten Messparameter; man muss diese also nur wieder bestätigen.
Wenn die Programmierung erfolgreich war, zeigt die Software folgenden Hinweis an: "Um mit der Aufzeichnung der Daten zu beginnen muss die Taste auf dem Logger betätigt werden."

Ergebnisse

Exemplarisch werden hier Ergebnisse aus der Grundschule Damshagen vorgestellt:

Im Diagramm sieht man sehr schön den Heizrhythmus der Schule. Werktags gegen 5:15 und am Wochenende gegen 7:30 springt die Heizung an, die Schule ist dann (bei den moderaten Außentemperaturen, die Anfang Dezember herrschten) binnen 2-3 Stunden warm. Tagsüber wird die Raumtemperatur in allen Räumen einigermaßen konstant gehalten – das ist gut und sinnvoll. Abends wird die Temperatur abgesenkt, die Schule kühlt dann binnen ca. 6 Stunden um ca. 3°C ab. Das ist auch O.K., denn es spart Energie.

Wenig sinnvoll ist es aber, dass die Temperatur erst ab ca. 23:00 (am Wochenende sogar erst ab 24:00) abgesenkt wird. Und dass die Schule auch am Wochenende normal beheizt wird, stellt eine enorme Energieverschwenung dar.

Das Temperaturniveau in den einzelnen Räumen kann optimiert werden. Der Flur oben ist wärmer als ein Flur sein muss; der Musikraum ist auch zu warm. Und das Lehrer-WC als Nebenraum könnte generell kühler als 20°C sein.

Richtwerte zur Bewertung

Für die Nutzungszeiten der Schule gibt es Richtwerte; demnach sollten Klassenräume und Büros 20°C haben; Nebenräume sollten kühler sein; siehe u.a. auf der Seite Heute gibt es hitzefrei!

Für die Temperaturabsenkung außerhalb der Nutzungszeiten sollen hier keine Richtwerte angegeben werden. Je länger die Schule leersteht und je schlechter das Schulgebäude gedämmt ist, umso wichtiger ist die Temperaturabsenkung.

Halten Sie sich folgende Faustformel vor Augen: Wenn man die Raumtemperatur um 1°C reduziert, verringert sich der Heizenergieverbrauch um 6%. Wenn Sie also z.B. über die Weihnachtsferien die Raumtemperaturen im ganzen Schulhaus um 3°C reduzieren, sparen Sie für diesen Zeitraum fast 20% Heizenergie!

Auswertung

Eine vertiefende Auswertung der Messungen ist wünschenswert; im Klimadetektive-Projekt erfolgt diese mit dem Lehrerkollegium und der Schulleitung spätestens bei der Aufstellung des Klimaschutzplanes. Es ist zudem sinnvoll, einen Energie-Experten und einen Vertreter des Schulträgers mit ins Boot zu holen, um sinnvolle Maßnahmen ergreifen zu können.

Bei einem geeigneten Timing (Messung rechtzeitig vor entsprechenden Projektveranstaltungen) können auch Schüler an der Auswertung mitwirken. Dabei können folgende Fragen erörtert werden:

Wie warm waren die untersuchten Räume am Tage? Wie warm sollten sie am Tage sein?
Wie warm waren die untersuchten Räume in der unterrichtsfreien Zeit? Ist der Temperaturverlauf sinnvoll und plausibel? (Sinnvoll wäre es, die Raumtemperaturen in der unterrichtsfreien Zeit abzusenken - und zwar umso stärker, je länger die Schule nicht genutzt wird.)
Wenn die Raumtemperaturen nur langsam bzw. wenig abgesunken sind - woran liegt das? Wurde "durchgeheizt" (siehe Messwerte am Heizungsvorlauf), ist eventuell die Schule sehr gut gedämmt oder war das Wetter mild (siehe Messwerte zur Außentemperatur).
Werden die Räume rechtzeitig zu Unterrichtsbeginn wieder warm? Welche Temperatur haben sie zum Unterrichtsbeginn? (In Klassenräumen reichen 18-19°C zum Unterrichtsbeginn, da die Schüler mit ihrer Körperwärme den Raum dann normalerweise rasch auf die sinnvollen 20°C bringen.

Erfahrungen und Ergebnisse

Im Rahmen des Klimadetektive-Projekts haben wir in den Jahren 2012 bis 2015 in zehn Schulen in Mecklenburg-Vorpommern Raumtemperaturen gemessen.

Schwachstellen Heizung (10 Schulen in M-V; 2012-2015)
Schwachstelle	Anzahl
einige oder mehrere Klassen-/Büroräume zu warm	7
einige oder mehrere Klassen-/Büroräume zu kühl	2
einige oder mehrere Nebenräume zu warm	6
einige oder mehrere Nebenräume zu kühl	2
Schulgebäude wird ohne erkennbaren Grund auch am Wochenende bzw. in den Ferien beheizt	7
Nachtabsenkung erfolgt eingeschränkt (z.B. zu spät, zu gering)	3
Raumluft zumindest zeitweilig nicht akzeptabel	5 (von 5)
(Weitestgehend) leerstehendes Schulgebäude beheizt	2

Das lässt ahnen, welch großes Einsparpotenzial - an Energie, CO₂-Emissionen und Geld - in den Schulen liegt. Solange Sie es nicht definitiv besser wissen, sollten Sie davon ausgehen, dass auch Ihre Schule Energie einsparen kann - ohne Komfortverlust.

Spezielle Tipps

Profitipps zum Energiesparen in der Schule

Literatur und Kontakte

Eine Anleitung zur Untersuchung der schulischen Energiewirtschaft enthält die Broschüre Klimadetektive in der Schule.

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