Auch die Steuerung der Solarthermieanlage wurde von den Grundschülern programmiert.

Nachwuchsforscher senken Energiekosten

Grundschüler aus Weyarn haben gemeinsam mit dem Ingenieurbüro für Prozessautomation (ifp) auf dem Dach ihrer Grundschule eine Solarthermieanlage installiert. Mit dem Projekt wollen sie den Gasverbrauch in den Sommerferien senken.

Ein Projekt, das Schule machen sollte: „Modelle sind Mist”, findet Thomas Knollmann, Geschäftsführer der ifp GmbH. Er ist davon überzeugt, dass sich selbst Dritt- und Viertklässler darum für komplexe Berechnungen motivieren lassen, weil sie damit ein Ergebnis erzielen, das sichtbar und quantifizierbar ist. Wo sich Thomas Knollmann ehrenamtlich engagiert, steht für ihn darum immer im Vordergrund, die Kinder ernst zu nehmen und mit ihnen gemeinsam etwas zu erreichen, dass ein bisschen die Welt verbessert. Die Verkehrsberuhigung des Schulwegs beispielsweise oder das Senken des Energieverbrauchs in der Schule. Bereits nach den Sommerferien 2016 startet Thomas Knollmann das nächste Projekt an der Grundschule Weyarn. Dieses mal wird es darum gehen, Strom zu sparen; und zwar mit Hilfe einer intelligenten Lichtsteuerung, die Knollmann gemeinsam mit den Schülern auslegen will. Dass solche Projekte zum Fliegen kommen, setze voraus, „dass die Schule und der Schulträger mitziehen,” so Knollmann. Viel mehr aber sei das ehrenamtliche Engagement eines Ingenieurbüros oder Systemintegrators gefragt, der wie Thomas Knollmann dazu in der Lage sei, eine solche Lösung zu projektieren und realisieren. Für seine Bildungsprojekte wünscht sich Thomas Knollmann darum viele Nachahmer in anderen Kommunen. „Mit Kindern so ein Projekt zu erarbeiten macht unglaublich Spaß”, sagt er, „da baut und fiebert man mit.”

Gemeinsam mit Dritt- und Viertklässlern hat Thomas Knollmann, Geschäftsführer der ifp, im Rahmen des lokalen Jugend- Bildungsprojekts „Nachwuchsforscher“ eine Solarthermieanlage konzipiert und auf dem Dach der Grundschule Weyarn endmontiert. Dabei durften die Kinder selbst Hand anlegen und konnten so hautnah erleben, wie man mit einigen Rechenformeln und technischer Ausrüstung die eigene Energieeffizienz verbessern kann.

Die Grundschule Weyarn im oberbayerischen Landkreis Miesbach setzt zur Warmwasseraufbereitung und Heizung des Schulgebäudes auf Erdgas. Weil der Warmwassertank zum Schutz vor Legionellen auch während der Sommerferien permanent mindestens eine Temperatur von 63° Celsius aufweisen muss, entstehen der Schule unnötige Kosten. Ihre Höhe zu berechnen, war die erste Aufgabe, die Thomas Knollmann den zwölf Grundschülerinnen und Grundschülern im Rahmen seines Bildungsprojekts stellte.

Rechnen und Bauen mit Energie

Um die Kinder an die Lösung heranzuführen, widmete Knollmann die ersten seiner insgesamt zwölf Treffen der Erklärung von grundlegenden physikalischen Zusammenhängen, wie etwa der Definition von Energie als Produkt von Masse, Wärmekapazität und Temperaturdifferenz. Auch die Berechnung von Energiewerten und praktische Experimente standen auf dem Programm. „Bei solchen Themen sagen Mädchen ja schnell, dass sie so etwas nicht können müssen, weil sie doch Mädchen sind“, sagt Thomas Knollmann, „aber ich möchte sie mit dem Schulprojekt vom Gegenteil überzeugen!“ Er wolle den Kindern vor allem Spaß an Naturwissenschaften vermitteln, sagt Knollmann.

So maßen die Kinder beispielsweise, wie schnell sich ein Stück Eisen in heißem Wasser erwärmt und wie stark dabei die Temperatur des Wassers sinkt. Als es schließlich an den Kern des Projekts gegangen sei, erinnert sich Thomas Knollmann „konnten die Kinder die Lösung für die eingangs gestellte Frage nach den Energiekosten ganz allein finden: Das Aufheizen des Warmwassertanks kostet die Schule allein in den Sommerferien rund 500 Euro.“ Um diese Kosten künftig zu sparen, konzipierten und bauten die acht- bis zehnjährigen Nachwuchsforscher gemeinsam mit Knollmann eine Solarthermieanlage. Sie sollte den bereits bestehenden Heizkessel bei der Erzeugung von Warmwasser unterstützen.

Auch die Steuerung der Solarthermieanlage wurde von den Grundschülern programmiert.
Auch die Steuerung der Solarthermieanlage wurde von den Grundschülern programmiert.

Das Prinzip der Anlage ist denkbar einfach: Das durch die Solarthermieanlage erwärmte Wasser wird in einem Solarpuffer gespeichert. Von dort erwärmt es bei Bedarf den Warmwassertank oder den Warmwasserspeicher der Fußbodenheizung, wenn das Warmwasser bereits seinen Sollwert erreicht hat. „Die Kinder konnten anhand der vorgegebenen Leistungsdaten sehr genau berechnen, dass der Solarpuffer ein Fassungsvermögen von 500 Litern benötigt, um genügend Wärme zur Verfügung zu stellen“, so Knollmann. Der war von den Fähigkeiten seiner Nachwuchsforscher so begeistert und überzeugt, dass er mit den Schülerinnen und Schülern auch die Regelkreise zur Steuerung des Systems erarbeitet hat. Dazu gaben die Kinder vor, wie die Anlage rein physisch laufen soll: also unter welchen Bedingungen die Pumpen anspringen und Ventile geöffnet oder geschlossen werden müssten. Danach wurde die Steuerungstechnik entsprechend der Vorgaben der Kinder programmiert.

Kinderleichte Automatisierung

Herzstück der Solarthermiesteuerungsanlage ist ein PFC von WAGO. Ein programmierbarer Feldbuscontroller Ethernet (750-880) mit SD Card: In Verbindung mit dem WAGO-I/O-System 750 kann er über das Ethernet Daten austauschen und auf einem Touchpanel visualisieren. „Damit hat man die Anlage jederzeit im Blick und kann schnell und einfach korrigierend eingreifen“, erläutert Knollmann die Vorzüge des WAGO-Systems.

Nach Programmierung und Inbetriebnahme habe man gemeinsam geprüft, ob die Anlage die gewünschten Ergebnisse erzielte. Und funktionierte etwas nicht, wurden auch die Fehler gemeinsam gesucht und gegebenenfalls korrigiert. „Durch das Ausprobieren sowie das Erkennen und Verbessern von Fehlern lernen Kinder am meisten, so, wie wir Erwachsene eben auch“, sagt Knollmann.

Und zu lernen gab es allerhand: Denn – entsprechend abgesichert – durften die Kindern sogar die Kollektoren auf dem Dach des Schulgebäudes montieren und am Schaltschrank, der die Solarthermieanlage mit dem restlichen Energiekreislauf der Grundschule verbindet, Hand anlegen. Dank des JUMPFLEX-Stecksockels mit Kleinschaltrelais (857-304), der die Spannung vom Schaltkreis (240 V) und Steuerungskreis (24 V) außerhalb des Schaltschranks galvanisch trennt, konnten die Nachwuchsforscher gefahrlos Kabel für Kabel in den Reihenklemmen TOPJOB S installieren. Die Bedienung und Verdrahtung der einzelnen Klemmen war dabei, nicht zuletzt aufgrund der CAGE CLAMP S-Anschlusstechnik von WAGO, im wahrsten Sinne kinderleicht.

So konnte die Solarthermieanlage rechtzeitig vor Beginn der Sommerferien in Betrieb genommen werden – ganz feierlich und in Begleitung des Ersten Bürgermeisters Weyarns Leonhard Wöhr. Der bedankte sich bei Thomas Knollmann von ifp sowie weiteren Sponsoren und Unterstützern des Projekts, darunter der örtliche Arbeitskreis Energie der Kommune Weyarn und WAGO, und lobte ausdrücklich das Engagement der Nachwuchsforscher: „Ihr Kinder wisst heute ganz selbstverständlich, dass man Energie nicht einfach verschwenden darf. Ihr könnt mit eurem Wissen sogar für eure Eltern ausrechnen, wie viel Geld sie mit dem Bau einer Solarthermieanlage sparen könnten.“

Kontakt: ifp GmbH, Thomas Knollmann, 83629 Weyarn, Tel. +49 8020 7231, thomas.knollmann@ifp-gmbh.com
WAGO Kontakttechnik GmbH&Co. KG, Thomas Cloidt, 82061 Neuried, Tel. +49 89 89521615, thomas.cloidt@wago.com

Bilder: WAGO