Am 23.3.2023 fand bei den Darmstädter Fraunhofer-Instituten erstmalig nach der Pandemie wieder ein Schülerwettbewerb “Jugend Forscht” in Präsenz statt.
14 Schülerinnen und 14 Schüler präsentierten insgesamt 15 Projekte aus den Fachgebieten Chemie, Biologie, Mathematik und Informatik, Geo- und Raumwissenschaften, Physik und Technik. Zu den vier Projekten, die mit einem ersten Platz ausgezeichnet wurden und die sich dadurch für die Teilnahme am Landeswettbewerb, der am 29. und 30. März bei Merck in Darmstadt ausgerichtet wird, qualifizierten, gehören Julia Dressel und Jana Schnurrer von der GHS (beide Q2). Jana und Julia haben mit ihrem Projekt “Der dynamische Energieverlust von Gebäuden” den ersten Platz im Fachbereich Physik erreicht.
Zum Projekt
In Deutschland wird ein großer Teil des Energiebedarfs von Gebäuden für das Heizen verwendet (ca. 70%). Jana und Julia haben ein präzises Experiment entwickelt, mit dem instationäre Wärmeströme durch Modellwände gemessen werden können. Damit konnten sie ein mathematisches Verfahren bestätigen, das es ihnen erlaubt solche Wärmeströme für beliebige Wände zu mit hoher Genauigkeit zu simulieren. Sie konnten zeigen, dass die Kombination aus Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität der Baumaterialien zu einer Phasenverschiebung führt, die sich berechnen lässt. Das ist für Smart-Home Anwendungen wichtig, da die Wärmespeicherfähigkeit der Baumaterialien entscheidende Einflüsse über den Zeitpunkt des Wärmebedarfs eines Gebäudes hat. Als Beispiel nennen die beiden Schülerinnen, die an der GHS von Herrn Dr. Milan Dlabal im Mad Science Club betreut werden, die Erwärmung einer Außenwand durch die Sonne. Es vergeht je nach Wandaufbau eine unterschiedlich lange Zeit, bis sich die Erwärmung der Wand im Inneren des Gebäudes bemerkbar macht. Eine intelligente Heizung sollte den Wärmebedarf der Bewohner, ihre eigene Trägheit und die Phasenverschiebung der Außenwände berücksichtigen, damit die Heizenergie effizient eingesetzt werden kann.
In ihrer Laudatio meinte die Jury: “Die Jungforscher haben sich einem aktuellen Thema gewidmet und dazu auf ein dynamisches Modell gesetzt. Sie haben dazu sowohl experimentell gearbeitet, als auch Simulationen durchgeführt, um das dahinterliegende mathematische Modell zu bestätigen. Dies war überzeugend und ein insgesamt gelungenes Projekt. Der gewählte und realisierte experimentelle Aufbau überzeugte ebenfalls und liefert schlüssige Temperaturprofile mit hoher Genauigkeit und guter Aussagekraft. Für die Simulationen haben die Jungforscher reale Temperaturwerte verwendet und Wärmestromdichten durch Wände aus verschiedenen Baustoffen simuliert. Die Jungforscher haben damit die Fragestellung unter verschiedenen Aspekten und in detaillierter Weise beleuchtet. Die Jury verleiht diesem Projekt damit einen 1. Preis.”
Verf. M. Dlabal