Die Schülerinnen und Schüler analysieren methodisch die Funktionsweise einer Wärmepumpenanlage. Diese wird durch eine Animation veranschaulicht. Sie ziehen Kennzahlen von Wärmepumpen heran und vergleichen mithilfe von Tabellenkalkulationsprogrammen den Energieverbrauch zweier Wärmepumpen. Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der Analyse der Regelung der Wärmepumpenanlage. Die Schülerinnen und Schüler bilden die Zweipunktregelung in das Modul BORIS des Programms WinFACT ab und lernen den Einfluss der Schalthysterese auf die Schalthäufigkeit kennen.
Regelung einer Wärmepumpenanlage
Unterrichtseinheit
Mit den immer aktueller und dringender werdenden Diskussionen über Energiesparen nimmt das Interesse an Wärmepumpenanlagen zu. Lerngegenstand der Unterrichtseinheit ist die Funktionsweise einer Wärmepumpenanlage und deren Regelung.
- Elektrotechnik
- Sekundarstufe II
- 10 Unterrichtsstunden
- Ablaufplan, Arbeitsblatt
- 3 Arbeitsmaterialien
Beschreibung der Unterrichtseinheit
Unterrichtsablauf
Inhalt
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Aufgabenstellung
Vorstellung der Aufgabenstellung “Beseitigung des Unterbrechungsbetriebs"
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Wärmepumpenanlage
Analyse der Funktionsweise einer Wärmepumpenanlage
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Kennzahlen
Berechnung der jährlichen elektrischen Arbeit für ein Niedrigenergiehaus
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Regelung Wärmepumpenanlage
Analyse der Regelung einer Wärmepumpenanlage
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Unterbrechungsbetrieb
Behebung des Unterbrechungsbetriebs durch Erhöhung der Schalthysterese
Didaktisch-methodischer Kommentar
Lerngegenstand ist eine zweipunktgeregelte monovalente Elektrowärmepumpenanlage zur Raumheizung. Aufgrund der Komplexität des Systems ist die Anforderung an die Schülerinnen und Schüler hoch. Der Lerngegenstand eröffnet ihnen die Chance, komplexe Systeme fachgerecht verstehen zu lernen. Eine geeignete fachspezifische Methode ist die Analysemethode. Zunächst wird die Funktionsweise der Wärmepumpenanlage und anschließend die Regelung der Anlage analysiert.
- Aufgabenstellung
Das Erläutern der Aufgabenstellung steht zu Beginn des Unterrichtsverlaufs. Die Lehrkraft sollte in die Fragestellungen einführen. - Funktionsweise einer Wärmepumpenanlage
Die Schülerinnen und Schüler setzen sich intensiv mit den Arten von Wärmepumpen, mit Energiebilanzen und Kennwerten dieser Bilanzen auseinander. - Regelungen einer Wärmepumpenanlage
Um die Ursache der Unterbrechungsmeldung und die Auswirkungen einer Änderung der Schalthysterese auf die Raumtemperatur verstehen zu können, analysieren die Schülerinnen und Schüler die Regelung einer Wärmepumpenanlage.
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Die Analysemethode wird in diesem Arbeitsblatt in vier Schritten erläutert.
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Die Analysemethode wird in diesem Arbeitsblatt in vier Schritten erläutert.
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Alle Textdateien im RTF- und PDF-Format sowie alle Grafiken und Animationen finden Sie in diesem gezippten Ordner.
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Vermittelte Kompetenzen
Methodenkompetenzen
Die Schülerinnen und Schüler sollen
- ihre methodischen Fähigkeiten im Umgang mit komplexen technischen Systemen weiterentwickeln.
- die Analysemethode einüben und anwenden lernen.
- mit Bedienungsanleitungen vertraut werden und diese einsetzen.
Fachkompetenzen
Die Schülerinnen und Schüler sollen
- die Funktionsweise einer Wärmepumpenanlage verstehen.
- mit Kennzahlen von Wärmepumpenanlagen rechnen.
- die Regelung einer Wärmepumpenanlage verstehen.
- die Funktionsweise einer Zweipunktregelung, den Begriff Schalthysterese und die Begriffe oberer beziehungsweise unterer Schaltpunkt verstehen.
Zusatzinformationen
- bmvbw.de
Auf der Seite des Bundesministeriums für Verkehr, Bau- und Wohnungswesen finden Sie einige Informationen zur Energiepolitik und zum Energiesparen.
- kahlert.com
Hier finden Sie eine ausführliche Beschreibung des Simulationssystems BORIS von WinFact mit Animationen und Grafiken.
- kahlert.com
Die Preisliste und die Möglichkeiten von Komponenten des Programms WinFACT finden Sie hier. Es gibt auch eine kostenlose Demo-Version.
- elektropraktiker.de
Auf der Seite des Fachjornal finden Sie interessante Artikel und Informationen zu diesen und anderen Themen.
- YouTube: "Zeichen setzen - Wärme pumpen!" - Der Film
Der Bundesverband Wärmepumpe e.V. möchte mit diesem gut gemachten Film Zeichen setzen.
Kurzinformation zum Unterrichtsmaterial
| Thema | Regelung einer Wärmepumpenanlage |
|---|---|
| Autor | Markus Asmuth |
| Zielgruppe | Handwerkliche und industrielle Elektroberufe |
| Lernfeld | Energie- und gebäudetechnische Anlagen in Stand halten und ändern |
| Zeitraum | 10 Unterrichtsstunden |
| Technische Voraussetzungen | Tabellenkalkulationsprogramm (MS-Excel oder OpenOffice Calc), Software WinFACT mit dem Modul BORIS |
| Planung | Regelung einer Wärmepumpenanlage |
