Cool geschaltet: Schüler verbessern die Kühlgeräteeffizienz

08.06.2010

„Möchten Sie vielleicht ein Stück Kuchen?“ Marcel zeigt auf einen Schokokuchen auf einem der Physiktische neben den Stellwänden. „Dazu Cola?“, fragt Jannik und wedelt mit weißen Plastikbechern. „Vorsicht, Schleimspur“, tönt es von der Nachbargruppe, die gerade ihre Ideen zur Effizienzsteigerung eines Kühlgerätes vorgestellt hat. Aber die Jungs vom Team V ficht das nicht an. Dies ist ihre Präsentation und die Ingenieure aus dem Hause Pfannenberg sind nicht nur Fachleute und Juroren, sondern auch Gäste, die extra für den Ideenwettbewerb im Profilkurs angereist sind. Warum sollte man das nicht auch würdigen?

Erst die Arbeit, dann das Vergnügen

„Cola und Kuchen, das ist schon extrem gut“, grinst Peter Starp, „aber lasst uns erst mal zur Wärmepumpe kommen. Erfrischen können wir uns dann immer noch.“ Mit Mechanik, Thermodynamik und Klimatechnik beschäftigt sich der Entwicklungsleiter für Klimaprodukte bei der Firma Pfannenberg täglich. Ungewöhnlich ist allerdings, dass er dafür in einen Physikraum am Gymnasium Lohbrügge wechselt. Auch Nils Halm, technischer Leiter bei Pfannenberg, hat sich heute für die Schüler ein paar Stunden freigeschaufelt. „Schließlich geht es um eine Aufgabenstellung aus unserer Praxis.“

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Warme Begrüßung

Im ersten Teil des Kooperationsprojektes hatten die Elftklässler das Pfannenberg Klimalabor und die Fertigungshallen im Gewerbegebiet Allermöhe besucht, hatten selbst Kupferrohrmännchen gelötet und Messprotokolle analysiert. Zum Abschluss gab es noch ein Gruppenfoto mit der Thermografie-Kamera. „Guten Tag“, begrüßt Peter Starp die einzige Schülerin, die damals an der Exkursion teilgenommen hatte, per Handschlag: „Oh, heute sind Ihre Hände aber besser durchblutet.“ Während die Wärmekamera die Hände der Mitschüler rot oder gelb dargestellt hatte, waren diese bei Anna-Sophia ziemlich blau - und damit eindeutig zu kalt. Aber jetzt ist endlich Frühling und die Messung bei Pfannenberg lange her: „Zu lange“, findet die 17jährige, denn inzwischen steht längst die Elektronik auf dem Unterrichtsplan der Physikschüler. „Die Zusammenarbeit mit den Ingenieuren ist klasse, aber der Abstand zwischen den Terminen zu groß“, kritisiert Anna-Sophia.

Überwundene Hürden

Ein Missverständnis, wie Physiklehrer Tobias Kirsch einräumt. „Wir hatten Dienstag und Freitag als mögliche Seminartage angegeben und warteten auf eine Rückmeldung aus dem Hause Pfannenberg - während die Ingenieure von uns konkrete Terminvorschläge erhofften.“ Wenn es nur die Terminklärung ist, die in der Zusammenarbeit zukünftig besser werden muss, steht sie schon ziemlich gut da. Anna-Sophie jedenfalls kriegt trotz des zeitlichen Abstandes die Fakten noch locker zusammen: „Wenn man den Verdichter mit der besten Energieeffizienz nimmt, funktioniert der Kältekreislauf nicht mehr, weil die Verflüssigungstemperatur der Umgebungstemperatur entspricht. Wie soll da ein Energieaustausch erfolgen?“

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Größtmögliche Effizienz

Die Schüler haben verstanden, dass sie nicht einfach an den Messwerten drehen können, sondern sich an bestimmte Gegebenheiten halten müssen. Das sind zum einen die Produktionsbedingungen, in denen die Klimageräte zum Einsatz kommen, zum anderen die Machbarkeit und Bezahlbarkeit der Geräte selbst. „Die Schaltschränke in einer Produktionsstraße, die Roboter steuern, enthalten einen Haufen Elektronik und die muss gekühlt werden“, erklärt Peter Starp. Dieses so effizient wie möglich und so lautete denn auch die Aufgabenstellung für die Gruppenarbeit: Wie kann ich das Klimagerät verändern, indem ich andere Wärmetauscher einsetze?

Optimierung des Models

Die Schüler haben dazu Datenblätter auf ihren Präsentationswänden veröffentlicht, die Funktionsweise eines Verdichters erklärt und Messergebnisse in den Kältekreislauf eingetragen. Team V, Olaf, Fabian, Arian, Marcel und Jannik haben sogar ein eigenes System aufgebaut, aber die Analogie zur Wärmepumpe aus dem Hause Pfannenberg haut nicht so ganz hin. Dafür haben sich die fünf Jungs noch andere Gedanken gemacht, wie sie die Pumpe optimieren könnten. „Den Verdampfer und Verflüssiger größer machen“, schlägt Fabian vor. Ingenieur Halm lässt sich am Log p-h-Diagramm zeigen, was solche Veränderungen bringen würden.

Gefährliche Gemische

Weitere Möglichkeit: den Ventilator austauschen. „Aber es könnte schwer werden, einen zu finden, der weniger verbraucht, aber dieselbe Leistung bringt“, gibt Olaf zu. Schließlich könnte man auch ein anderes Kühlmittel benutzen, das bei niedrigerem Druck verflüssigt oder verdampft: „Wir haben ein paar ausgesucht, um die Unterschiede zu verdeutlichen, aber einige sind schon verboten, weil sie den Treibhauseffekt ankurbeln“, erklärt Arian. Nils Halm studiert die Liste der vorgeschlagenen Kältemittel: „Propan habt Ihr hier ja auch dabei und ganz richtig als effizient markiert. Könnt Ihr Euch vorstellen, warum wir das dennoch nicht einsetzen?“ „Das ist im Schaltschrank zu gefährlich“, vermutet Arian. Ganz genau, lobt der technische Leiter: „Bei den in gewerblichen Anwendungen gebräuchlichen Füllmengen können sich schnell explosive Gemische bilden.“

Einheitliche Meinung

Noch eine letzte Gruppe dann haben die Ingenieure sechs unterschiedliche, aber allesamt sehr gute Vorschläge zur Optimierung der Kühlgeräte präsentiert bekommen, wie Nils Halm betont: „Ihr habt das super gemacht und es hat Spaß gemacht mit Euch zu arbeiten.“ Peter Starp betont, dass der von den Schülern ausgewählte Verdichter demnächst in Serie geht: „Genau wie ihr sind wir auch vorgegangen, den Verflüssiger betrachten, den Druck absenken, im Verdichter ein besseres Klima schaffen. So konnten wir den kleineren, weniger Strom fressenden Verdichter einsetzen.“ Ihre Bewertungsbögen mit sehr vielen Sternen überreichen die Ingenieure den Lehrern, die daraus und aus ihren eigenen Aufzeichnungen eine Note machen. Marcel nimmt einen letzten Anlauf: „Wollen Sie jetzt nicht doch noch ein Stück Kuchen?“