Acht bunte Stecker in Steckdosen

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Energie im Unterricht

Wasserkraft, Biomasse, Windkraft und Solarenergie: mit welchen Energiequellen decken wir in Zukunft unseren Energiebedarf und wie reduzieren wir den Energieverbrauch? Hier finden Sie alles rund um das Thema Energie mit hilfreichen Tipps, wie Sie auch in der Schule Strom sparen können.

Was ist Energie?

In der Physik wird Energie als die Menge an Arbeit definiert, die ein physikalisches System verrichten kann. Arbeit ist dabei Kraft mal Weg. Entsprechend dieser Definition kann Energie nicht verbraucht oder zerstört werden. Sie wird nur in eine andere Form der Energie umgewandelt. Wobei bei der Umwandlung ein geringer Teil der Energie – oft in Form von Reibungswärme – verloren geht. Im Internationalen Einheitssystem (SI-Einheit) wird Energie in Joule angegeben.

Woher kommt Energie?

Zu den Primärenergieträgern zählen z.B. Erdöl, Erdgas, Stein- und Braunkohle, sowie erneuerbaren Energiequellen wie Wasser, Wind oder Sonne. Diese Primärenergieträger stammen aus natürlichen Vorkommen auf der Erde und müssen in den meisten Fällen in Kraftwerken oder Raffinerien in Sekundärenergieträger umgewandelt werden. Dazu zählen z.B. Koks, Briketts, Strom, Fernwärme, Heizöl oder Benzin.

Energieeffizienz ist wichtig!

Die sauberste und nachhaltigste Energie ist immer noch die, die nicht verbraucht wird, da sie auch nicht erzeugt werden muss. Für die Energiewende ist deshalb Energieeffizienz von höchster Bedeutung. Neue Technologien wie LED-Lampen, Wärmedämmung oder Elektromotoren bei Autos helfen uns Energie einzusparen. Aber auch unser Verhalten und unsere Konsumentscheidungen beeinflussen unseren Energieverbrauch maßgeblich.

Methoden & Materialien

Was versteht man unter erneuerbaren Energien?

Als erneuerbare, regenerative oder alternative Energien werden Energieträger bezeichnet, die im Rahmen der Zeithorizonte und des Einflusses der Menschen praktisch unerschöpflich zur Verfügung stehen oder sich verhältnismäßig schnell „erneuern“ – Biomasse, Wasserkraft, Windkraft, Sonne,…

Damit grenzen sie sich von fossilen Energien ab, die sich zwar ebenfalls aus der Sonnenenergie regenerieren, dies jedoch verhältnismäßig langsam über den Zeitraum von Millionen von Jahren.

Sonnenenergie 

Mit Hilfe von Solarzellen kann die Strahlung der Sonne direkt in elektrischen Strom umgewandelt werden. Diese Umwandlung von Licht in Strom nennt man Photoeffekt, daher werden Solaranlagen auch Photovoltaik­anlagen genannt.
Bei der Solarthermie wird die Energie der Sonne durch thermische Sonnenkollektoren in Wärme zum Heizen des Wassers umgewandelt.

Da Sonnenkollektoren sowohl an industriellen oder öffentlichen Gebäuden, also auch an Privathäusern installiert werden können, sind sie in vielen Regionen der Welt eine verlässliche Alternative zu nicht regenerierbaren Energiequellen. So können zum Beispiel in einem Niederösterreichischen Haushalt, über das ganze Jahr betrachtet, bis zu 70 % der notwendigen Energie für den Warmwasserbedarf von der Sonne bereitgestellt werden.

  • die Energiequelle ist unerschöpflich und gratis
  • man kann mit Photovoltaik und Solaranlagen Strom, Wärme und Warmwasser produzieren
  • im Winter ist die Energiequelle knapp

Windenergie

Windenergie bezeichnet die Umwandlung von Windkraft in elektrischen Strom. Denn Wind erzeugt durch die Luftströmung eine Bewegungsenergie. Diese wird mit Hilfe der Windkraftanlagen in Strom umgewandelt, indem ein Rotor durch die Luftströmung in Bewegung gesetzt wird. Der Rotor treibt mittels Drehachse einen Stromgenerator an.

Einer der besten Standorte für Windräder ist das Meer, da dort der Wind stark und gleichmäßig weht (= off-shore). Am Land wird der Wind durch die raue Landoberfläche abgebremst. Durch Windtürme von bis zu 135 Metern Höhe kommt man aber auch an Land in Luftschichten, wo der Wind gleichmäßig stark bläst. An guten Standorten ist die Windkraft im Unterschied zur Sonnenenergie auch im sonnenarmen Winterhalbjahr nutzbar. Damit ist sie die ideale Ergänzung zu Solarkraftwerken.

  • wächst von allen Energieformen am stärksten
  • braucht wenig Platz
  • keine Schadstoffe beim Betrieb
  • nicht überall möglich, es muss genug Wind vorhanden sein

Biomasse

Unter dem Begriff Biomasse versteht man prinzipiell die Gesamtheit organischer Substanzen. Zur Energiegewinnung wird Biomasse in fester, flüssiger oder gasförmiger Form herangezogen um Strom, Wärme oder Treibstoff zu erzeugen. Die wichtigsten Energieträger auf der Basis von Biomasse sind Festbrennstoffe (Stroh, Holz und Holzreste), Bioalkohole aus Mais, Getreide, Rüben und Zuckerrohr und Pflanzenöle aus Raps oder Sonnenblumen als Biodiesel oder Schmierstoffe. Außerdem werden in Biogasanlagen Mais, Gras und Gülle zur Erzeugung von Biogas (Methan) genutzt, das zur Strom- und Wärmegewinnung verbrannt wird.

Bei der Verbrennung von Biomasse wird nur so viel CO2 freigesetzt, wie die Pflanze während des Wachstums aufgenommen hat. Der Vorteil der Biomasse ist, dass in ihr die Sonnenenergie „gespeichert“ ist. Diese Energieform ist daher unabhängig von den Jahreszeiten immer verfügbar. Biomasse (Holz) ist übrigens die älteste Energieform der Welt.

Biomasse liefert einen wesentlichen Beitrag zur Versorgung Österreichs mit nachhaltig und klimaschonend produzierter Energie. Zu den Vorteilen der Biomasse zählt, dass ihre Verwendung zur regionalen Wertschöpfung und Beschäftigung beiträgt.

  • aus Holz, Stroh, Biomüll etc. wird Strom, Wärme, Gas und Treibstoff erzeugt
  • Rohstoffe dafür wachsen ständig nach
  • auf der gleichen Anbaufläche könnte man aber auch Nahrungsmittel produzieren

Wasserkraft

Die Wasserkraft wandelt die potentielle Energie des Wassers in Strom oder mechanische Energie um. Grundlage der Wasserkraft ist der hydrologische Kreislauf, durch den das Wasser mittels Verdunstung, Wind und Regen in eine Hochlage gebracht wird, aus der es dann abfließt. Diese Bewegungsenergie des Wassers wird mittels Laufwasser-, Speicher-, Pumpspeicher- und Gezeitenkraftwerke in elektrische Energie umgewandelt, indem das Wasser durch die Kraftwerksturbinen strömt und somit einen Stromgenerator antreibt.

  • momentan der größte erneuerbare Energieproduzent
  • im Winter wird weniger Energie produziert
  • großer Eingriff ins ökologische Gleichgewicht des Gewässers

Umweltwärme

Unter Umweltwärme oder Geothermie versteht man die Nutzung von Wärmeenergie unterhalb der Erdoberfläche. Im Erdinneren sind immense Wärmemengen gespeichert, deren Ursprung in der Zerfallsenergie natürlich radioaktiver Isotope liegt. Die Hauptanwendung der Geothermie betrifft daher auch die Wärmegewinnung. Es kann aber auch elektrische Energie mittels geothermischen Anlagen produziert werden.

  • ist das ganze Jahr über verfügbar
  • man nutzt die natürliche Wärme von Luft, Wasser und Boden fürs Heizen und fürs Warmwasser
  • funktioniert nicht ohne Strom und klimaschädlichem Kältemittel
Tortendiagramm zeigt Verwendung der erneuerbaren Energien in NÖ in Prozent

© eNu

Zusammensetzung der verwendeten erneuerbaren Energien in NÖ

Warum Energiesparen?

Was motiviert am meisten um Energie einzusparen? Ist es der Klimaschutz? Sind es finanzielle Einsparungen? Oder etwa gesundheitliche Aspekte?

Klimaschutz

Der von den Menschen verursachte Klimawandel muss gestoppt werden und dessen Auswirkungen sind auf ein Minimum zu beschränken! Dazu müssen wir alle versuchen die Treibhausgasemissionen deutlich zu reduzieren.

Aufgrund des österreichischen Klimaschutzgesetzes ergeben sich für die einzelnen Bundesländer Treibhausgasreduktionsziele. In Niederösterreich gibt es zusätzlich das Klima- und Energieprogramm 2020. Es gibt die wichtigsten Klimaschutzmaßnahmen für das Land vor. So muss Niederösterreich die Treibhausgasemissionen, die nicht vom Emissionshandel erfasst sind, bis 2020 reduzieren – zirka um 2.150.000 Tonnen CO2-Äquivalente. Die von uns eingesparte Energie hilft dieses Ziel zu erreichen.

Finanzielle Einsparung

Nicht zu verachten ist das deutliche finanzielle Einsparungspotential, das sich durch das Energiesparen ergibt. Die bisherigen Erfolge bei der Mission Energie Checker, ein Projekt zur Verbesserung der Energiebilanz an Schulen, verdeutlichen dies eindrucksvoll. Seit Projektbeginn konnten insgesamt rund 1.150.000 kWh Heizenergie und 154.000 kWh an elektr. Strom sowie 2.600 m3 Wasser eingespart werden, was einer Summe von knapp 125.000 € entspricht, 50% davon erhalten die Schulen.

Gesundheit

Außerdem profitieren auch unsere Gesundheit und unser Wohlbefinden durch die Energieeinsparungen. Einerseits gibt es vermeidbare direkte Auswirkungen, da z.B. eine Überheizung der Räume die Gesundheit negativ beeinträchtigt. Hohe Raumtemperaturen führen auch zu trockener Luft, welche die Schleimhäute reizen kann und somit die Infektionsgefahr erhöht.

Andererseits setzen auch die klimatischen Veränderungen im Zuge des Klimawandels unserer Gesundheit zu. Beispielsweise die häufiger vorkommenden Hitzetage (>30 °C) und Tropennächte (>20 °C) sind sehr anstrengend für uns.

Methoden & Materialien

Energieverbrauch in Schule und Klassenzimmer

In der Schule und im Klassenzimmer gibt es viele verschiedene Energieverbraucher. Zu den wichtigsten zählen:

  • Heizung
  • Raumtemperatur
  • Lüftung
  • Strom
  • Beleuchtung
  • (Warm)Wasser

Heizung und Raumtemperatur

Gerade im Klassenzimmer ist es wichtig, auf die optimale Temperatur und ausreichend Frischluft zu achten, denn ein wichtiger Behaglichkeitsfaktor in geschlossenen Räumen ist eine angenehme Wärme bzw. Kühle.
Die optimale Raumtemperatur richtet sich nach dem Einsatzzweck des Raumes. Räume, in denen man viel Zeit verbringt, unterrichtet oder lernt sollten wärmer sein, als nicht kontinuierlich genutzte Räume.
Die optimale Raumtemperatur für Werkstätten und Labors sind projektspezifisch festzulegen.

Für den Schulbereich gelten folgende Richtwerte:

Temperatur Raum
23 °C Arzt- oder Untersuchungszimmer, Umkleideräume, Wasch- und Duschräume
20 °C Klassenzimmer, Verwaltungs- und Lehrerräume, Bibliotheken, Aulen als Mehrzweckräume
18 °C Garderoben, Pausenbereiche, Gänge als Aufenthaltsräume, WC-Anlagen, Turnsäle, Lehrküchen
15 °C Gänge (kein Pausenbereich), Windfang
10 °C Fluchtstiegenhaus (abgeschlossen) 

Methoden & Materialien

Richtiges Lüften  

Die Luftqualität im Klassenzimmer trägt maßgeblich zur Konzentrationsfähigkeit der SchülerInnen bei. Nur durch richtiges Lüften kann eine gute Luftqualität sichergestellt werden. Zusätzlich wird durch richtiges Lüften keine unnötig (Wärme)Energie vergeudet und so die Heizkosten minimiert.
Auch wenn es im Winter kalt ist, darf nicht auf das Lüften vergessen werden! Das Fenster in der Pause zu öffnen reicht meistens nicht aus.

Die Dauer der Lüftung einer Schulklasse richtet sich nach der Lüftungsart:

  • Stoßlüftung: 5-10 Minuten, alle 10-15 min notwendig
  • Querlüftung: 1-5 Minuten, alle 15 min notwendig

Auf gekippte Fenster sollte im Winter verzichtet werden, da ein vollständiger Luftwechsel bis zu einer Stunde dauert und somit viel Energie verloren geht.

Strom sparen in der Schule

Der Stromverbrauch wächst in Österreich um 2,5 % pro Jahr. Strom ist mit ca. 20 Cent pro kWh die teuerste Energieform, aber auch jene bei der am leichtesten eingespart werden kann. Durch einfache Maßnahmen können auch in der Schule die Stromkosten gesenkt und somit die Umwelt entlastet werden. Durch die Einbindung der SchülerInnen wird ein Bewusstsein für die Notwendigkeit Energie zu sparen erreicht.

Neben der klassischen technischen Schulausstattung wie z.B. Computer, Beamer und Drucker finden sich in einer Schule auch etliche Haushaltsgeräte wie z.B. Kaffeemaschine, Kühlschrank, Mikrowelle, Geschirrspülmaschine, Getränkeautomat. Sowohl Schulausstattung als auch Haushaltsgeräte verbrauchen oft mehr Energie als man denkt. Vor allem der Standby-Stromverbrauch wird oft massiv unterschätzt. Durch einfache Maßnahmen wie das Ausschalten von nicht verwendeten Geräten oder das Verwenden von abschaltbaren Steckerleisten kann der Strombedarf deutlich reduziert werden.

Methoden & Materialien

Beleuchtung

In der Schule hat die Beleuchtung den größten Anteil am Stromverbrauch. Ungefähr 50 % des gesamten Stromverbrauchs der Schule entfallen auf die Beleuchtung der Räume. Deshalb sollte regelmäßig überprüft werden, ob künstliches Licht tatsächlich notwendig ist. Wenn im Laufe des Tages die Sonne scheint kann im Innenraum oft das Licht abgedreht werden. Auch die Methode „Der Letzte dreht das Licht ab“ hilft das ungenutzte Räume nicht beleuchtet sind.

Verschiedene Lampentypen nutzen die elektrische Energie unterschiedlich aus. Die Lichtausbeute gibt an, welchen Lichtstrom eine Lampe pro Watt aufgenommener elektrischer Leistung liefert. Das heißt, wie wirtschaftlich sie arbeitet. Die Einheit der Lichtausbeute ist Lumen pro Watt (lm/W). LED-Lampen haben einen geringen Stromverbrauch bei gleichzeitig guter Lichtausbeute.

Lichtausbeute gängiger Lampen:

  • Glühlampen: 10-16 lm/W
  • Halogenlampen: 14-11 lm/W
  • Energiesparlampen: 55-65 lm/W
  • Leuchtstoffröhren: 60-90 lm/W
  • LED-Lampen: 60-100 lm/W

Neben der Lichtausbeute sind auch die Lichtfarbe und die Betriebsstunden und Schaltfestigkeit wichtige Qualitätsmerkmale von Lampen.

Um beurteilen zu können, wie hell eine Arbeits- oder Spielfläche ausgeleuchtet ist, benötigt man die Beleuchtungsstärke E. Sie wird in Lux (lx) gemessen und gibt an, wie groß der Lichtstrom pro Quadratmeter der beleuchteten Fläche ist. Das Maß der Beleuchtungsstärke bezieht sich also auf die Lichtleistung pro Fläche (1 Lux= 1 lm/m²).
Beleuchtungsstärken variieren enorm: Übliche Innenraumbeleuchtungen erreichen um 500-1000 lx. Im Freien liegen die Werte über 10.000 lx, an schönen Sommertagen in den Bergen erreicht man Spitzenwerte von 150.000 lx.

Wussten Sie, dass die Merkfähigkeit von der Beleuchtungsstärke abhängt? Bei einer Steigerung von 90 auf 500 Lux erhöht sie sich um ca. 16 %.

Je nach Schulraum werden verschiedene Beleuchtungsstärken verwendet (nach ÖISS Schulbau Richtlinie 2012):

Beleuchtungsstärke Raum
500 lx Zeichensäle, technisches Werken, Übungsräume, Tafelbeleuchtung
300 lx Unterrichtsräume, Laboratorien, Bibliothek
200 lx Turnsaal, Schulkantine, Pausenzonen, Aula, Gemeinschafts- und Versammlungsräume
150 lx Treppen
100 lx Flure, Sanitärräume, Garderobe

Methoden & Materialien

(Warm)Wasser

Der Wasserverbrauch eines österreichischen Haushaltes liegt bei 120 bis 150 Liter pro Person und Tag. Das meiste Wasser verbrauchen wir fürs Wäsche waschen, Duschen, Baden und für die WC-Spülung. Nur 4 Liter werden pro Tag und Person als Lebensmittel verwendet. Auch in der Schule sind Einsparungen beim Wasserverbrauch möglich. Ein Klassiker: den Wasserhahn während dem Hände einseifen abdrehen! Und für das Gießen der Pflanzen kann gesammeltes Regenwasser genutzt werden. Das spart nicht nur Trinkwasser sondern das laue, kalkfreie Wasser bekommt den Pflanzen besonders gut.

Energieausweis der Schule

Ist Ihnen schon einmal der Energieausweis in Ihrem Kindergarten oder Ihrer Schule aufgefallen? Dieser sollte eigentlich für alle gut sichtbar im Eingangsbereich hängen. Nicht nur jedes neue Einfamilienhaus braucht ihn – auch jede Schule und jeder Kindergarten. Jedes öffentliche Gebäude hat einen eigenen Energieausweis. Damit lässt sich auf den ersten Blick sagen, ob das Gebäude viel oder wenig Energie verschwendet.
 
Der Energieausweis der Schule ist mit einem Typenschein fürs Auto vergleichbar. Er gibt Auskunft über die wichtigsten Kennwerte wie Heizwärmebedarf, Primärenergiebedarf und CO2 Emissionen. Mit diesen Kennwerten kann man die zukünftigen Energiekosten abschätzen. Diese hängen stark vom Nutzungsverhalten des Gebäudes ab.

Für die Berechnung der Kennwerte werden verschiedene Infos verwendet. Zum Beispiel über die Gebäudehülle, das Heizungs- und Lüftungssystem, eine Beschattung des Gebäudes von außen oder wie viele Tage man im Jahr heizen muss.

Oft glaubt man gerade im öffentlichen Schulbereich selber gar nichts zum Energiesparen beitragen zu können. Dem ist aber nicht so. Denn gerade das Verhalten aller gemeinsam kann zu einer Verbesserung der Kennwerte beitragen. Vor allem die bereits oben erwähnten, einfachen Maßnahmen bei den Punkten Heizung, Raumtemperatur, Lüftung, Strom, Beleuchtung und (Warm)Wasser können den Energiebedarf deutlich verringern.

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