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Friere ich in Lego? - Welches ist der beste Dämmstoff?

ZfP-Sonderpreis der DGZfP beim Regionalwettbewerb Jugend forscht

FRANKFURT AM MAIN

Jugend forscht 2010

Oliver Kalk

Schule:

Immanuel Kant SchuleEvreuxring 2565428 Rüsselsheim

Referat über den Einfluss verschiedener Dämmstoffe auf die Abkühlung eines Modellhauses Oliver Kalk

Rüsselsheim, Immanuel-Kant-Gymnasium, Klasse 8lf2

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Referat über

Versuche mit verschiedenen

Dämmstoffen in Bezug auf die Abkühlung eines Modellhauses

aus Pappe



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Einleitung

Wie ich auf die Idee gekommen bin:

Im Physikunterricht haben wir uns mit dem Thema "Dämmung" befasst. Da ich

mit meinen Eltern in einem (Reihen)Haus wohne, kam mir die Idee, einen Versuch

mit unterschiedlichen Materialien zu machen. Anfangs war nicht so klar, um

welche Art Häuser es sich handeln kann, bis ich mich für die Häuser aus fester

Pappe entschieden habe, die es in verschiedenen Größen gab. Damit konnte man

mehrere Häuser ineinander setzen, so dass zwischen den Häusern ein Dämmraum

zur Verfügung stand.

Klassische Materialien sollten mir eine ungefähre Dämmwirkung vermitteln, die

anderen Materialien habe ich mir frei ausgewählt. Jedes Kind baut mit LEGO,

Gummibärchen schmecken lecker und Vogelsand machte auf mich einen sehr

soliden Eindruck. Natürlich hatte ich bezüglich der unterschiedlichen Materialien

eine Erwartungshaltung bezüglich der Ergebnisse. Wie später noch beschrieben

wird, wurde ich aber ziemlich überrascht.



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Aufbau und Durchführung der Dämmversuche

Materialien:

3 große Häuser, 3 kleine Häuser (alle aus fester Pappe) mit abnehmbaren

Giebeldächern, 3 gleich große Einmachgläser mit Deckel (Volumen 0,5 Liter),

Vogelsand, Styropor, Holz, Legosteine, Stroh; Thermometer mit Fernfühler

Zum besseren Verständnis der Versuchsmaterialen und des Versuchsaufbaus sind

Abbildungen über die Versuchsmaterialen angehängt.

Daten der Häuser (Angabe in cm):

Großes Haus Kleines Haus

Höhe (ohne Dach) 12,9 9,9

Höhe (mit Dach) 19,3 14,6

Länge 11,5 8,3

Breite 11,8 8,4



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Aufbau:

Das kleine Haus wird in das große gestellt, so dass ein 1,5cm breiter „Dämmraum“

zwischen den beiden Häusern entsteht. Dieser Raum wird jeweils mit dem zu

untersuchenden Dämmmaterial satt gefüllt. Der Boden ist ebenfalls mit einer

wenige Millimeter dicken Schicht des Dämmmaterials bedeckt.

In das Dach des kleineren Hauses klebt man den Fühler des Thermometers, genau

in den Giebel hinein.

Damit man über eine Wärmequelle verfügt und Aussagen über den Abfall der

Innentemperatur machen kann, bringe ich zunächst in einem Kocher Wasser zum

sieden. Unmittelbar nach dem Sieden wird das Einmachglas mit dem Wasser

gefüllt, mit dem Deckel verschlossen und in das kleine Haus gestellt. Das Haus

wird sofort mit dem kleinen Giebeldach verschlossen und das große Giebeldach

darüber gestülpt. Die Anfangstemperatur des Wasser ist aufgrund des vorherigen

Siedens knapp unter 100°C (geschätzt 95°C). Die Häuser stehen während des

Versuchverlaufes im Freien bei einer Umgebungstemperatur von +6°C bis 3°C

(Serie 1), +3°C bis 0°C (Serie 2) und +2,5°C. Es wird über einen Zeitraum von 3

Stunden im Abstand von 5 Minuten gemessen.



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Versuchsserie 1 am 31.01.2010 bei 6°C bis 3°C

Dämmmaterialien: Ungedämmt, Stroh, Sand

Durchführung:

Ungedämmt: Das Glas mit dem heißen Wasser wurde in das kleine Haus gestellt,

das in das Große gestellt wurde. Der Fühler des Thermometers wurde an der

Innenseite des Daches des kleinen Hauses befestigt. Beide Dächer wurden auf die

Häuser gesteckt.

Stroh: Das kleine Haus wurde zuerst auf eine Schicht Stroh gestellt. Danach wurde

um das kleine Haus herum Stroh gestopft. Das Glas mit dem heißen Wasser

wurde in das kleine Haus gestellt. Der Fühler des Thermometers wurde an der

Innenseite des kleinen Daches gesteckt. Beide Dächer wurden auf die Häuser

gesteckt.

Sand: Das kleine Haus wurde zuerst auf eine Schicht Vogelsand gestellt. Danach

wurde der Zwischenraum mit Vogelsand gefüllt. Das Glas mit dem heißen Wasser

wurde in das kleine Haus gestellt. Der Fühler des Thermometers wurde an der

Innenseite des kleinen Daches befestigt. Beide Dächer wurden auf die Häuser

gesteckt.



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Versuchsserie 2 am 31.01.2010 bei 3°C bis 0°C

Dämmmaterialien: Holz, Styropor, Lego

Holz: Als erstes wird eine Wand aus Holz in das große Haus gestellt. Danach wird

das kleine Haus in die Lücke gestellt. Das Glas mit dem heißen Wasser wird in das

kleine Haus gestellt. Der Fühler des Thermometers wurde an der Innerseite des

kleinen Daches befestigt. Das kleine Dach wurde auf die Holzwand gelegt. Das

große Dach wurde auf das große Haus gesteckt

Styropor: Das kleine Haus wurde auf eine Schicht Styroporkügelchen gestellt.

Danach wurde der Zwischenraum mit Styroporkügelchen gefüllt. Das Glas mit

dem heißen Wasser wurde in das kleine Haus gestellt. Der Fühler des

Thermometers wurde an der Innenseite des kleinen Hauses befestigt. Beide

Dächer wurden auf die Häuser gesteckt.

Lego: Als erstes wird ein kleines LEGO‐Haus ohne Dach in das große Haus gestellt.

Das Glas mit dem heißen Wasser wird in das LEGO‐Haus gelegt. Der Fühler des

Thermometers wird an der Innenseite des kleinen Daches befestigt. Das kleine

Dach wurde auf das LEGO‐Haus gestellt. Das große Dach wurde auf das große

Haus gesteckt.

Extra Versuch am 14.01.2010 bei 4°C bis 2°C



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Dämmmaterial: Gummibärchen

Zunächst werden einige Plastiktüten mit Gummibärchen gefüllt. Eine davon wird

auf den Boden des großen Hauses gelegt. Danach wird das kleine Haus darauf

gestellt und die seitlichen Bereiche mit den restlichen Tüten gefüllt. Das Glas mit

dem heißen Wasser wurde in das kleine Haus gestellt. Der Fühler des

Thermometers wurde an der Innenseite des kleinen Hauses befestigt. Beide

Dächer wurden auf die Häuser gesteckt.



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Allgemeine Infos zu den Dämmmaterialien

Meine Dämmmaterialien:

Stroh, Styropor und Holz sind gängige Dämmmaterialien, Vogelsand, LEGO und

Gummibärchen nicht.

Anmerkung:

Ich habe mir beim Aussuchen der Materialien überlegt, was es noch nicht als

Dämmmaterial gibt. Von Gummibärchen aus Zucker, die leicht zu beschaffen und

sehr günstig sind, habe ich als Dämmmaterial noch nie gehört und wollte das

einfach mal im Rahmen meiner Arbeit testen. Zudem könnten die Bauern ihre

Rübenproduktion für den Zucker steigern, sodass die deutschen Landwirte mehr

in die Wirtschaft eingebunden wären.

Stroh:

Stroh, der Name ist ein Sammelbegriff für ausgedroschene und anschließend

getrocknete Halme und Stängel von Getreide.

Wir kennen es als Futtermittel und Einstreu für Ställe als auch mit Lehm vermischt

in den Freiräumen von Holzrahmenbau, beim Fachwerkhaus. Man kann es in

handlich gepressten Strohballen erwerben und 10kg kosten etwa 16€.

Styropor / Polysterol:

Styropor ist ein thermoplastisch verarbeiteter Werkstoff. Das Material ist ganz

leicht, kann einfach verarbeitet werden und wird speziell als Dämmmaterial



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eingesetzt. Auch als sonstiges Verpackungsmaterial findet man oft Styropor. Eine

Platte davon kostet in der Größe 22 x 500 x 1000 mm ca. 17,50€.

Spanplatten / Holz:

Werden auch als Flachpressplatten bezeichnet. Sie bestehen aus Holzresten und

Durchforstungsholz. Die daraus entstandenen Späne werden mit Holzleim und

Zementmilch versetzt und dann gepresst. Eine Spanplatte mit den Maßen 2050 +

920mm kostet etwa 3€.

Vogelsand:

Besteht aus mineralischen Materialien, ist sehr kostengünstig und wird als

Einstreu für Vogelkäfige, bzw. Volieren benutzt, im häuslichen Bereich auch als

Scheuermittel. 2,5kg Vogelsand kosten etwa 0,90€.

Gummibärchen:

Sind eine besondere Form vom Weingummi, sie bestehen aus Zucker und

Gelatine, jeder kennt sie. Gummibärchen sind für ca. 1,30 € pro 200 Gramm zu

haben.

Zucker ist ein Sammelbegriff für Mono‐ und Polysaccharide. Bei meiner Recherche

habe ich erfahren, dass es über 20 Zuckersorten gibt, ich habe mich aus

Kostengründen für die Raffinade, den Kristallzucker entschieden. Inwiefern die

Erzeugung von Zucker einen Einfluss auf die Erderwärmung hat, konnte ich in

diesem Zusammenhang nicht nachweisen. Kristallzucker ist pro kg für ca. 0,70€ zu

erwerben.



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Versuchsauswertung

Man kann aus den Versuchsergebnissen herauslesen, dass die Temperatur in allen

Versuchshäusern abgesunken ist, allerdings mit unterschiedlicher

Geschwindigkeit und unterschiedlicher Endtemperatur. Die obere Kurve zeigt den

Abkühlungsverlauf der Häuser, d h. direkt die Messergebnisse. Zusätzlich zu der

Kurve für den Abkühlungsverlauf, wurde der Verlauf des Temperaturabfalls ab

5 min. ermittelt. Durch die Auswertung dieser Kurve soll der Einfluss des

Unterschieds der Temperaturen am Anfang relativiert werden.

Das ungedämmte Haus hat erstaunlicherweise keinen wesentlich anderen Verlauf

als die gedämmten Häuser. Es bleibt im Mittelfeld und hat am Ende auch eine

höhere Temperatur als das mit Sand oder Holz gedämmte Haus. Bei der

Betrachtung der Kurve des Temperaturabfalls ab 5 min. entspricht es eher den

Erwartungen und zeigt mit ca. 52 Grad nach dem Sand den zweithöchsten Wert.

Erstaunlich ist das Abschneiden der LEGO‐Dämmung. Eigentlich wurde aufgrund

des hohen Lufteinschlusses in den Legosteinen eine bessere Dämmung erwartet.

Es hatte eine Endtemperatur von 25,2°C, was etwa in der Mitte aller untersuchten

Dämmungen liegt und nur wenig höher liegt als das ungedämmte Haus. Bei der

Betrachtung der Kurve des Temperaturabfalls ab 5 min. ist das LEGO jedoch

genauso ‚gut’ wie das Styropor, d. h. zeigt einen vergleichsweise niedrigen

Temperaturabfall.

Das Holz hat eines der schlechtesten (niedrigsten) Endergebnisse gezeigt: 21,1°C

Endtemperatur. Bei der Betrachtung der Kurve des Temperaturabfalls ab 5 min.



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schneidet das Holz jedoch nicht so schlecht ab. Es ist nach 3 Stunden mit ca. 48

Grad genauso gut wie das Stroh, was bei der Abkühlkurve den zweithöchsten

Endwert hatte.

Der Vogelsand zeigte die schnellste und tiefste Abkühlung von allen Dämmungen.

Die Endtemperatur ist mit 19,6°C mehr als 10 Grad niedriger als die des

Styroporhauses. Auch bei der Temperaturabfallkurve ab 5 min. ist der Vogelsand

das schlechteste Material, d. h. zeigt mit ca. 56 °C den höchsten Wert.

Das Styropor ist der Gewinner der Versuchsreihe. Nach einer sehr hohen

Anfangstemperatur nach 5 Minuten von ca. 73°C hatte es eine Endtemperatur

von 30°C. Wahrscheinlich kommt das gute Ergebnis von der hohen

Lufteinschließung der Styroporkügelchen. Auch bei der Bewertung der

Temperaturabfallkurve ab 5 min. ist Styropor der beste Werkstoff, d. h. zeigt den

niedrigsten Wert. Styropor wird auch als normaler Dämmstoff benutzt. Das

Styropor hat die hohe Erwartung an seine Dämmwirkung erfüllt.

Stroh war in diesem Versuch eines der besseren Dämmmaterialen. Es ist leicht,

preiswert (vielen Dank an die Gärtnerei Schneider in Nauheim), sehr leicht zu

verarbeiten, ein natürliches Material und schließt ein hohes Luftvolumen

ein. Die Endtemperatur betrug 28,8°C.

Die Gummibärchen zeigten etwa den gleichen Verlauf wie Styropor, hatten nur

eine etwas niedrigere Anfangstemperatur. Zucker ist anscheinend kein schlechter

Isolator.



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Mögliche Erklärungen für die unerwarteten Ergebnisse:

a) Bei dem ungedämmten Haus könnte gerade der Luftspalt zwischen den Häuser

eine gute Isolierwirkung ausgeübt haben. Dies wird z. B. bei Doppelglasscheiben

ausgenutzt.

b) Das Giebeldach saß bei Holz und LEGO bautechnisch bedingt weniger tief bzw.

fest auf dem kleinen Haus, sodass der Luftabschluss am kleinen Haus

unterschiedlich war.

c) Die Umgebungsbedingungen für die beiden Versuchsserien waren leicht

unterschiedlich, was nicht zu beeinflussen war, jedoch nur einen geringen Einfluss

haben konnte.

Fazit: Mir ist klar geworden, dass die Wahl eines guten Dämmstoffes auf der

einen Seite die Behaglichkeit in einem Haus vergrößert, andererseits aber auch

bezahlt werden muss. Es ist jedoch absolut sinnvoll, sich mit den Möglichkeiten

zur Isolierung eines Hauses auseinander zu setzen, auch wenn das Dämmmaterial

auf einmal finanziert werden muss. Denn nach einer gewissen Zeit rentiert sich

eine Dämmung, da man so die Heizkosten spart.

Es war aufwändig, diesen Versuchsaufbau in der beschriebenen Form zu

gestalten, beim nächsten Mal werde ich das kleine Haus im Freien stehend

messen. Dann erwarte ich die schnellste Abkühlung im Vergleich zu den anderen

Häusern.

Es hat mir viel Spaß gemacht.



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Quellen

www.energiesparen‐im‐haushalt.de

www.abendblatt.de/ratgeber/wohnen/article663027/Altes‐Haus‐neu‐

daemmen.html

Polysterol: Wikipedia

modulator material total, www.modulator.de/shop

Zucker: Wikipedia

www.bedello.ch

www.aldi‐sued.de

Gummibärchen: Wikipedia

www.haribo.de

Spanplatte: Wikipedia

www.bausep.de

Vogelsand: Wikipedia

www.superpet‐online.de



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Abbildungen



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Tabelle und Diagramm mit Ergebnissen

Datum :14.01. 2010

Umgebungs-temperatur: 2,5°C

Dämmstoff:un‐

gedämmtStroh Sand Holz Styropor Lego

Gummi‐

bärchen

Zeit (min)

0 95 95 95 95 95 95 95

5 60,2 64,2 43 51 64,5 42,1 69

10 59,7 62,9 42,9 50,3 63,6 42 66,5

15 57,6 60,5 41,6 47,6 61,3 40,1 64,0

20 55,7 59 41,1 42 59,7 38,3 62,2

25 53,6 56,7 39,1 39,8 58 37,2 60,7

30 52 54,7 38,3 37,7 56,3 35,4 58,4

35 50,5 52,8 37 36,4 54,8 33,3 56,8

40 48,8 51,2 35,6 34,6 53,1 31,2 54,0

45 46,9 49,2 34,1 33 51,6 29 52,1

50 45,2 47,1 32,7 32 50,6 28,2 51,7

55 44,2 45,6 32,2 30,7 48,8 27,1 49,9

60 42,7 43,9 31,6 29,9 48,1 26,5 48,3

65 41,5 42 30 28,4 46,9 25 47,2

70 40,2 41 29,7 27,6 45,6 24,6 46,1

75 38,9 39,1 29 26,9 44,4 23,9 45,1

80 37,3 38,3 28 26 43,9 23,2 43,9

85 35,6 37,2 26,5 25,2 42,9 22,4 42,8

90 33,4 36 24,3 24,1 41,9 21,7 41,9

95 33 34,9 23,1 23,5 41,8 21 41,0

100 32,7 33,6 22,7 22,6 41 20,6 39,9

105 31,4 32,3 22 21,3 40,1 19,8 38,9

110 30,2 31,5 21,1 20,4 39,2 19,1 37,8

115 29,5 30,4 20,6 19,9 38,1 18,8 37,0

120 28 29,4 19,7 18,6 37,4 18,2 36,4

125 27,4 28,3 19,1 16,4 36,5 17 35,5

130 26,3 27,6 18,2 15,3 34,9 16,2 34,7

135 25,6 26,3 17,3 15 33,8 15,7 33,6

140 24,5 25,9 16,7 14,5 33 15 32,7

145 23,3 25 15,2 14 32 14,6 31,4

150 22,7 24,3 14,6 13,6 31,3 14 31,1

155 21,4 23,1 14 13 30,6 13,4 30,4

160 20,2 22,5 13,5 12,2 30 12,7 29,2

165 19,3 21,6 13,2 12,1 29,3 11,8 28,2

170 18,6 20,9 13 12 28,2 11,2 27,7

175 17,4 20 12,8 11,6 27,5 11 27,1

180 16 19,5 12,1 11,4 26,9 10,8 26,5

08.01.2010 09.01.2010

- 3,8 °C - 2,4 °C

Temperatur (C°)



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0102030405060708090100

020

4060

8010

012

014

016

018

0

Temperatur (C)

Ze

it (

min

.)

Ver

sch

ied

ene

Däm

mst

off

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Ver

gle

ich

unge

däm

mt

Stro

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