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Um­welt­tech­nik

Vor­be­mer­kun­gen

 

Bil­dungs­plan­über­sicht

Schul­jahr Bil­dungs­plan­ein­hei­ten Zeit­rich­t-wert Ge­sam­t-stun­den
Ein­gangs­klas­se Ver­tie­fung – In­di­vi­dua­li­sier­tes Ler­nen – Pro­jekt­un­ter­richt (VIP) 60
1 Sonnen­ener­gie elek­trisch wan­deln und spei­chern
35 (35)
2 Um­welt­tech­ni­sche Sys­te­me steu­ern
15 (15)
3 Grund­la­gen der En­er­gie­um­wand­lung
38 (17)
4 Öko­lo­gie und Kli­ma­wan­del
17 (10)
5 Um­welt­che­mi­sches La­bor
33 (33)
6 Trink- und Ab­was­ser
12 (10) 210 (120)
Zeit für Leis­tungs­fest­stel­lung 30
240 (120)
Jahr­gangs­stu­fe 1 Ver­tie­fung – In­di­vi­dua­li­sier­tes Ler­nen – Pro­jekt­un­ter­richt (VIP) 60
7 Elek­tro­mo­bi­li­tät
26 (8)
8 Wind- und Was­ser­kraft nut­zen
34 (6)
9 Pho­to­vol­ta­ik
15 (6)
10 Wär­me er­zeu­gen
40 (12)
11 Die Brenn­stoff­zel­le als En­er­gie­wand­ler
10 (4)
12 Wohn­kli­ma und Ge­bäu­de­hül­le
25 (4) 210 (40)
Zeit für Leis­tungs­fest­stel­lung 30
240 (40)
Jahr­gangs­stu­fe 2 Ver­tie­fung – In­di­vi­dua­li­sier­tes Ler­nen – Pro­jekt­un­ter­richt (VIP) 48
13 Elek­tro- und Hy­brid­fahr­zeu­ge
25 (6)
14 En­er­gie­um­wand­lung in Wär­me­kraft­wer­ken
17 (4)
15 Um­welt­be­reich Luft
14 (4)
16 Ab­gas­rei­ni­gung
19 (4)
17 Be­wer­tung von en­er­gie- und um­welt­tech­ni­schen Sys­te­men
25 (4)
18* Elek­tro­tech­ni­sches Pro­jekt
10 (5)
19* Ab­fall und Re­cy­cling
10 (5)
20* Mo­bi­li­täts­ma­nage­ment
10 (5)
21* Ener­gie aus Bio­mas­se
10 (5) 168 (32)
Zeit für Leis­tungs­fest­stel­lung 24
192 (32)
Die Zeit­richt­wer­te in Klam­mern ge­ben den An­teil der St­un­den in Grup­pen­tei­lung an.
* In der Jahr­gangs­stu­fe 2 sind zwei der BPE 18 – 21 zu un­ter­rich­ten.

Ein­gangs­klas­se

Ver­tie­fung – In­di­vi­dua­li­sier­tes Ler­nen – Pro­jekt­un­ter­richt (VIP)

60

Ver­tie­fung

In­di­vi­dua­li­sier­tes Ler­nen

Pro­jekt­un­ter­richt

z. B.
Übun­gen
An­wen­dun­gen
Wie­der­ho­lun­gen
z. B.
Selbst­or­ga­ni­sier­tes Ler­nen
Lern­ver­ein­ba­run­gen
Bin­nen­dif­fe­ren­zie­rung
z. B.
La­den ei­nes Ak­kus mit ei­nem So­lar­mo­dul
Bau ei­nes Stir­ling­mo­tors
Pla­nung und Durch­füh­rung ei­ner Ex­kur­si­on (Trink­was­ser­auf­be­rei­tung, Klär­an­la­ge)
Die The­men­aus­wahl des Pro­jekt­un­ter­richts hat aus den nach­fol­gen­den Bil­dungs­plan­ein­hei­ten un­ter Be­ach­tung Fä­cher ver­bin­den­der As­pek­te zu er­fol­gen.

BPE 1

Sonnen­ener­gie elek­trisch wan­deln und spei­chern

35 (35)

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben elek­tro­tech­ni­sche Zu­sam­men­hän­ge am Sys­tem So­lar­zel­le – Ak­kumu­la­tor. Sie ent­de­cken die tech­ni­schen Her­aus­for­de­run­gen bei der En­er­gie­wand­lung und be­ur­tei­len de­ren Ef­fi­zi­enz. Sie be­rech­nen ein­fa­che Grund­schal­tun­gen mit­hil­fe elek­tri­scher Grund­grö­ßen. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­wer­ten das elek­tri­sche Ver­hal­ten von Bau­tei­len und de­ren Kenn­li­ni­en. Sie er­ör­tern den ef­fi­zi­en­ten Um­gang mit elek­tri­scher Ener­gie am Bei­spiel en­er­giespa­ren­der Leucht­mit­tel.

BPE 1.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben den En­er­gie­spei­cher Ak­ku­mu­la­tor. Sie stel­len die Zu­sam­men­hän­ge hin­sicht­lich En­er­gie­in­halt und Ka­pa­zi­tät dar, er­klä­ren die Zu­sam­men­hän­ge der Be­grif­fe Strom, Span­nung, Leis­tung und er­mit­teln En­er­gie­kos­ten auch un­ter Be­rück­sich­ti­gung des Wir­kungs­gra­des. Sie be­schrei­ben grund­le­gen­de tech­ni­sche Dar­stel­lungs­ar­ten und wer­ten die Um­wand­lun­gen der Ba­sis­ein­hei­ten aus.

En­er­gie­spei­cher Ak­ku­mu­la­tor

  • En­er­gie­in­halt, Ka­pa­zi­tät

  • Strom, Span­nung, Leis­tung

  • En­er­gie­kos­ten, Wir­kungs­grad
z. B. Kos­ten pro kWh
  • Tech­no­lo­gie­sche­ma, Block­schalt­bild

  • En­er­gie­fluss­dia­gramm

Um­wand­lung von Ba­sis­ein­hei­ten
z. B. Ws, kWh

BPE 1.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler zeich­nen Strom­krei­se und lei­ten das Oh­m’sche Ge­setz ab. Sie füh­ren Mes­sun­gen an Rei­hen- und Par­al­lel­schal­tun­gen durch und be­stim­men die Ge­setz­mä­ßig­kei­ten ein­fa­cher ge­misch­ter Schal­tun­gen.

Grund­la­gen der Elek­tro­tech­nik

  • Strom­kreis
tech­ni­sche Strom­rich­tung
  • Oh­m'sches Ge­setz

  • Li­nea­re und nicht­li­nea­re Kenn­li­ni­en
z. B. NTC, PTC
  • Rei­hen- und Par­al­lel­schal­tung

  • ein­fa­che ge­misch­te Schal­tun­gen
z. B. par­al­le­le Ver­brau­cher mit Zu­lei­tungs­wi­der­stän­den

BPE 1.3

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler un­ter­su­chen und ana­ly­sie­ren die Strom­ver­sor­gung mit ei­ner So­lar­zel­le. Sie er­mit­teln mess­tech­nisch de­ren Kenn­li­nie und wer­ten die­se hin­sicht­lich des Punk­tes ma­xi­ma­ler Leis­tung aus und be­wer­ten den Wir­kungs­grad.

Strom­ver­sor­gung mit So­lar­zel­le

  • I(U)‑, P(U)-Kenn­li­ni­en bei un­ter­schied­li­chen Be­strah­lungs­stär­ken

  • Punkt ma­xi­ma­ler Leis­tung (MPP)

  • Wir­kungs­grad

Zu­sam­men­schal­tung von So­lar­zel­len zu Mo­du­len

  • Rei­hen- und Par­al­lel­schal­tung

BPE 1.4

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ver­glei­chen Gleich- und Wech­sel­span­nung. Sie stel­len Strom­ver­sor­gun­gen mit Di­ode, Gleich­rich­tung und Glät­tungs­kon­den­sa­tor dar und füh­ren Mes­sun­gen an die­sen Schal­tun­gen durch. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben en­er­gie­spa­ren­de Be­leuch­tun­gen und di­men­sio­nie­ren LE­D-Schal­tun­gen mit Vor­wi­der­stand.

Elek­tri­sche Strom­ver­sor­gung

  • Gleich- und Wech­sel­span­nung
oh­ne Ef­fek­tiv­wert
  • Prin­zi­pi­en von Gleich­rich­tung und Glät­tung mit Di­ode und Kon­den­sa­tor

En­er­gie­spa­ren­de Be­leuch­tung

  • Leucht­mit­tel im Ver­gleich:
    Wir­kungs­grad, Um­welt­ver­träg­lich­keit

  • LED mit Vor­wi­der­stand:
    Strom­be­gren­zung, Ar­beits­punkt

  • Ver­lust­leis­tungs­hy­per­bel LED

BPE 2

Um­welt­tech­ni­sche Sys­te­me steu­ern

15 (15)

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler stel­len um­welt­tech­ni­sche Sys­te­me ex­em­pla­risch dar. Sie lei­ten ein­zel­ne Wir­kungs­ket­ten ab – von der Er­fas­sung über die Wand­lung bis zur Wei­ter­ver­ar­bei­tung um­welt­tech­ni­scher Grö­ßen. Sie struk­tu­rie­ren um­welt­tech­ni­sche Pro­blem­stel­lun­gen und rea­li­sie­ren die­se mit ei­ner ein­fa­chen pro­gram­mier­ba­ren Steue­rung als Klein­pro­jek­te.

BPE 2.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben das EVA -Prin­zip und über­tra­gen es auf um­welt­tech­ni­sche Steue­run­gen. Sie be­schrei­ben ver­schie­de­ne Si­gnal­for­men.

Ein­bin­dung von Steue­run­gen in um­welt­tech­ni­sche Sys­te­me

  • EVA-Prin­zip

  • Tech­no­lo­gie­sche­ma

  • Zu­ord­nungs­lis­te

  • ana­log, bi­när, di­gi­tal
Wer­tig­keit

BPE 2.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ent­wer­fen kom­bi­na­to­ri­sche Schal­tun­gen zur Steue­rung um­welt­tech­ni­scher Sys­te­me und stel­len die­se mit Funk­ti­ons­plä­nen, Funk­ti­ons­ta­bel­len und Schalt­funk­tio­nen dar. Sie un­ter­su­chen Steue­run­gen mit Zeit- und Spei­cher­funk­tio­nen.

Grund­la­gen der Steue­rungs­tech­nik

  • Grund­ver­knüp­fun­gen: UND, ODER, NICHT

  • kom­bi­na­to­ri­sche Schal­tun­gen

  • Schalt­funk­ti­on

  • Funk­ti­ons­plan

  • Funk­ti­ons­s­ta­bel­le

  • Zeit­funk­tio­nen:
    Ti­mer, Ein- und Aus­schalt­ver­zö­ge­rung

  • Spei­cher­funk­ti­on mit RS-Flip­flop

BPE 3

Grund­la­gen der En­er­gie­um­wand­lung

38 (17)

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben En­er­gie­for­men und En­er­gie­trä­ger, stel­len En­er­gie­um­wand­lungs­pro­zes­se dar und be­ur­tei­len de­ren Ef­fi­zi­enz. Aus Last­gan­g-Dia­gram­men lei­ten sie die Not­wen­dig­keit der En­er­gie­spei­che­rung ab.
Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler füh­ren Be­rech­nun­gen zu en­er­gie­tech­ni­schen Grund­la­gen durch und wen­den da­bei ther­mo­dy­na­mi­sche Ge­setzmä­ßig­kei­ten an.

BPE 3.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben un­ter­schied­li­che En­er­gie­for­men. Ver­schie­de­ne En­er­gie­trä­ger und den En­er­gie­be­darf be­ur­tei­len sie an­hand von In­for­ma­ti­ons­quel­len hin­sicht­lich ih­rer Um­welt­ver­träg­lich­keit. Sie stel­len En­er­gie­um­wand­lungs­pro­zes­se gra­fisch dar und be­wer­ten die Ef­fi­zi­enz der En­er­gie­um­wand­lung.

En­er­gie­for­men
vgl. Phy­sik
En­er­gie­trä­ger
Sta­tis­ti­ken, Dia­gram­me, vgl. BPE 17
  • fos­sil
Reich­wei­te
  • re­ge­ne­ra­tiv
z. B. Bio­mas­se, vgl. BPE 4
  • Pri­mär‑, Se­kun­där‑, End‑, Nutz­ener­gie

En­er­gie­um­wand­lung

  • An­la­gen­sche­ma
z. B. Koh­le­kraft­werk, vgl. BPE 14
  • en­er­ge­ti­sches Block­schalt­bild

  • En­er­gie­fluss­dia­gramm

  • Wir­kungs­grad

BPE 3.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler wer­ten Dia­gram­me zum Last­gang aus, be­schrei­ben zeit­ab­hän­gi­ge Dif­fe­ren­zen zwi­schen An­ge­bot und Be­darf elek­tri­scher Ener­gie und lei­ten dar­aus die Not­wen­dig­keit der En­er­gie­spei­che­rung ab. Sie ana­ly­sie­ren un­ter­schied­li­che Mög­lich­kei­ten der En­er­gie­spei­che­rung.

En­er­gie­an­ge­bot und ‑be­darf
z. B. An­ge­bots­fluk­tua­ti­on er­neu­er­ba­rer En­er­gi­en
En­er­gie­spei­che­rung

  • Pump­spei­cher­kraft­werk
vgl. BPE 8
  • Power to Gas
Was­ser­stoff­wirt­schaft, vgl. BPE 11, Erd­gas­netz, Me­tha­ni­sie­rung
  • Druck­luft­spei­cher

  • elek­tro­che­mi­sche Spei­cher
Ak­ku­mu­la­to­ren

BPE 3.3

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben ther­mo­dy­na­mi­sche Zu­stands­grö­ßen. Sie er­mit­teln die spe­zi­fi­sche Wär­me­ka­pa­zi­tät von Was­ser. Sie be­rech­nen Wär­me­men­gen und Wär­me­strö­me und be­rück­sich­ti­gen da­bei spe­zi­fi­sche Wär­me­ka­pa­zi­tät und Heiz­wert.

Grund­la­gen der Wär­me­leh­re
vgl. Phy­sik
  • Tem­pe­ra­tur und Tem­pe­ra­tur­dif­fe­renz
T in K und \( \vartheta \) in °C
  • Gas­druck
z. B. Luft
  • spe­zi­fi­sche Wär­me­ka­pa­zi­tät
z. B. Her­lei­tung aus Mess­wer­ten
  • Wär­me­men­ge und Wär­me­strom
mas­sen­spe­zi­fi­sche Grö­ßen
  • Heiz­wert
vgl. BPE 10

BPE 3.4

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­klä­ren Zu­stands­än­de­run­gen idea­ler Ga­se und stel­len die­se in p-V-Dia­gram­men dar. Zu­stands­grö­ßen be­rech­nen sie mit­hil­fe des all­ge­mei­nen Gas­ge­set­zes so­wie Pro­zess­grö­ßen für Zu­stands­än­de­run­gen.

Zu­stands­grö­ßen: Druck, Vo­lu­men, Tem­pe­ra­tur

Stoff­grö­ßen: Ri, cv, cp, κ

Zu­stands­än­de­run­gen idea­ler Ga­se:
is­o­bar, iso­chor, iso­therm, adia­bat

All­ge­mei­nes Gas­ge­setz

  • p-V-Dia­gramm

  • Pro­zess­grö­ßen: Ar­beit und Wär­me

BPE 3.5

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler stel­len En­er­gie­um­wand­lun­gen für rechts­gän­gi­ge Kreis­pro­zes­se im p-V-Dia­gramm dar. Sie er­klä­ren den ers­ten Haupt­satz der Wär­me­leh­re und wen­den ihn auf rechts­gän­gi­ge Kreis­pro­zes­se an. Sie be­stim­men den Wir­kungs­grad. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben die Aus­sa­ge des zwei­ten Haupt­sat­zes der Wär­me­leh­re.

Rechts­gän­gi­ge Kreis­pro­zes­se
z. B. Car­no­t-Pro­zess, Stir­lin­g-Pro­zess
vgl. BPE 13
  • 1. Haupt­satz der Wär­me­leh­re

  • In­ne­re Ener­gie

  • Wir­kungs­grad
Car­no­t-Wir­kungs­grad
2. Haupt­satz der Wär­me­leh­re

  • re­ver­si­ble und ir­rever­si­ble Pro­zes­se
z. B. En­tro­pie (qua­li­ta­tiv), vgl. BPE 14

BPE 4

Öko­lo­gie und Kli­ma­wan­del

17 (10)

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben ih­re Um­welt und dar­auf ein­wir­ken­de Um­welt­fak­to­ren. Sie ana­ly­sie­ren Ur­sa­chen und Fol­gen des Kli­ma­wandels und un­ter­su­chen ex­em­pla­risch ein Öko­sys­tem.

BPE 4.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben den Auf­bau von Öko­sys­te­men und die auf sie ein­wir­ken­den abio­ti­schen Um­welt­fak­to­ren. Sie er­läu­tern den Was­ser- und Koh­len­stoff­kreis­lauf.

Na­tür­li­che und künst­li­che Öko­sys­te­me
z. B. Ge­wäs­ser, Klär­an­la­ge, vgl. BPE 6
Abio­ti­sche Um­welt­fak­to­ren

  • Tem­pe­ra­tur
Käl­te‑/Hit­ze­schutz
  • Licht

  • Was­ser

Was­ser­kreis­lauf und ‑ver­füg­bar­keit
z. B. vir­tu­el­les Was­ser
  • Sü­ß‑/Salz­was­ser

  • tro­cke­ne/feuch­te Stand­or­te

Koh­len­stoff­kreis­lauf
wei­te­re Stoff­kreis­läu­fe: Stick­stoff, Phos­phor
  • Auf- und Ab­bau von Bio­mas­se
Pho­to­syn­the­se und Zel­l­at­mung im Über­blick

BPE 4.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben den na­tür­li­chen Treib­haus­ef­fekt und er­klä­ren den an­thro­po­ge­nen Treib­haus­ef­fekt als Ur­sa­che des Kli­ma­wan­dels. Sie ana­ly­sie­ren kon­kre­te Aus­wir­kun­gen des Kli­ma­wan­dels.

Na­tür­li­cher Treib­haus­ef­fekt

An­thro­po­ge­ner Treib­haus­ef­fekt
vgl. BPE 15
  • Treib­haus­ga­se: CO2, CH4, H2O

  • Quel­len
z. B. Ver­kehr, En­er­gie­wirt­schaft, Land­wirt­schaft
  • Kor­re­la­ti­on von CO2-Kon­zen­tra­ti­on und Tem­pe­ra­tur

Kli­ma­wan­del

  • Ein­fluss auf den Was­ser­kreis­lauf
z. B. Glet­scher­schmel­ze, Dür­ren, Mee­res­spie­gel­an­stieg
  • Ex­trem­wet­te­rer­eig­nis­se
En­er­gie­ge­halt in At­mo­sphä­re
  • Räum­li­che und zeit­li­che Ver­än­de­run­gen kli­ma­ti­scher Be­din­gun­gen
z. B. Kli­ma­zo­nen, Vo­gel­zug, Nie­der­schlags­ver­tei­lung

BPE 4.3

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler un­ter­su­chen ex­em­pla­risch ein Öko­sys­tem. Da­bei über­tra­gen sie die theo­re­ti­schen Kennt­nis­se auf kon­kre­te Be­trach­tun­gen. Sie be­ur­tei­len die öko­lo­gi­sche Qua­li­tät des be­trach­te­ten Öko­sys­tems.

Ge­wäs­ser­ar­ten
z. B. Fließ­ge­wäs­ser, See
Ge­wäs­ser­un­ter­su­chung
Prak­ti­kum/Ex­kur­si­on
  • Bio­in­di­ka­to­ren, Sa­pro­bien­in­dex
ver­ein­fach­tes Ver­fah­ren
  • Schnell­tests
vgl. BPE 5
Ge­wäs­ser­gü­te
z. B. Eu­tro­phie­rung

BPE 5

Um­welt­che­mi­sches La­bor

33 (33)

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­ur­tei­len die Qua­li­tät von Was­ser an­hand ei­ge­ner Ver­such­s­er­geb­nis­se. Sie be­stim­men aus­ge­wähl­te phy­si­ka­li­sche Ei­gen­schaf­ten wäss­ri­ger Lö­sun­gen und füh­ren Ver­fah­ren zur Was­ser­aufber­ei­tung und ‑be­hand­lung durch. Sie ana­ly­sie­ren Was­ser­pro­ben, pro­to­kol­lieren die ent­spre­chen­den Ver­su­che und wer­ten die­se aus. Da­bei wen­den sie ein­fa­che sta­tis­ti­sche Me­tho­den an.

BPE 5.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler nen­nen die Ge­fah­ren, die für Mensch und Um­welt von Che­mi­ka­li­en aus­ge­hen.

Si­cher­heit im La­bor

  • Si­cher­heits­un­ter­wei­sung

  • Ge­fähr­lich­keits­merk­ma­le: Si­cher­heits­da­ten­blät­ter

BPE 5.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben die Ver­wen­dung von Was­ser als Lö­se­mit­tel. Sie er­mit­teln phy­si­ka­li­sche Grö­ßen wäss­ri­ger Lö­sun­gen und wen­den bei Be­rech­nun­gen Dich­te- und Kon­zen­tra­ti­ons­an­ga­ben an.

Was­ser als Lö­se­mit­tel
vgl. Che­mie
  • Her­stel­lung von Lö­sun­gen

  • Kon­zen­tra­ti­ons­an­ga­ben
ppm, ppb, g/l, mol/l
  • Lös­lich­keit
oh­ne Be­rech­nun­gen
Phy­si­ka­li­sche Grö­ßen

  • Mas­se und Vo­lu­men
Feh­ler­be­trach­tung
  • Dich­te
z. B. Aräo­me­ter, Py­kno­me­ter
  • elek­tri­sche Leit­fä­hig­keit

BPE 5.3

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben Trenn­ver­fah­ren aus der Trink­was­ser­auf­be­rei­tung und Ab­was­ser­be­hand­lung und füh­ren die­se durch.

Trenn­ver­fah­ren
vgl. BPE 6
  • Fäl­lung und Fil­tra­ti­on
z. B. Phos­phat­fäl­lung
  • Flo­ckung und Se­di­men­ta­ti­on
z. B. Ent­fer­nung von Trüb­stof­fen
  • Ad­sorp­ti­on
Ak­tiv­koh­le

BPE 5.4

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­nen­nen um­welt­be­las­ten­de Was­ser­in­halts­stof­fe mit che­mi­schen For­meln, be­schrei­ben ih­re Her­kunft und ih­re Aus­wir­kun­gen. Sie be­ur­tei­len die Was­ser­qua­li­tät an­hand von Was­ser­pa­ra­me­tern.

Was­ser­pa­ra­me­ter
vgl. BPE 6
  • Sau­er­stoff­sät­ti­gung

  • Am­mo­ni­um, Ni­trat, Ni­trit, Phos­phat, Chlo­rid, Ei­sen
vgl. Che­mie
  • pH-Wert
vgl. Che­mie
  • Ge­samt­här­te

  • CSB, BSB5

BPE 5.5

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler mes­sen Was­ser­pa­ra­me­ter mit ver­schie­de­nen Me­tho­den der quan­ti­ta­ti­ven ana­ly­ti­schen Che­mie und be­ur­tei­len Mess­ergeb­nis­se mit ein­fa­chen sta­tis­ti­schen Me­tho­den. Sie er­läu­tern die Mess­prin­zi­pi­en un­ter Ein­be­zie­hung stö­chio­me­tri­scher Rech­nun­gen und op­ti­scher Grund­la­gen.

Ti­tri­me­tri­sche Ana­ly­se­ver­fah­ren
Bü­ret­te, Schnell­test (z. B. Ge­samt­här­te)
  • sys­te­ma­ti­sche und zu­fäl­li­ge Feh­ler
Mit­tel­wert, Stan­dard­ab­wei­chung
Ko­lo­ri­me­tri­sche Ana­ly­se­ver­fah­ren

  • Test­stäb­chen
z. B. Was­ser­här­te
  • Test­sät­ze
z. B. Ni­trat, Ni­trit, Am­mo­ni­um
Fo­to­me­trie
z. B. Ei­sen
  • elek­tro­ma­gne­ti­sches Spek­trum
qua­li­ta­tiv
  • Ka­li­bra­ti­ons­kur­ve

BPE 6

Trink- und Ab­was­ser

12 (10)

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben Ver­füg­bar­keit und Be­darf an Trink­was­ser, sie er­klä­ren ver­schie­de­ne Ver­fah­ren zur Trink­was­se­rauf­be­rei­tung. Sie un­ter­schei­den nicht-ge­werb­li­che Ab­was­ser­ar­ten und er­klä­ren un­ter­schied­li­che Ab­was­ser­pa­ra­me­ter. Sie be­ur­tei­len Kana­li­sa­ti­onssys­te­me und er­läu­tern die me­cha­ni­schen, che­mi­schen und bio­lo­gi­schen Rei­ni­gungs­pro­zes­se in ei­ner Klär­an­la­ge.

BPE 6.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben Trink­was­ser­vor­kom­men und -ge­win­nung. Da­bei be­rück­sich­ti­gen sie ört­li­che Ge­ge­ben­hei­ten und be­nen­nen die Qua­li­täts­an­for­de­run­gen an Trink­was­ser.

Trink­was­ser
Was­ser­kreis­lauf
  • Vor­kom­men
Was­ser­dar­ge­bot
  • Ge­win­nung
Was­ser­be­darf
  • Qua­li­tät
Trink­was­ser­ver­ord­nung

BPE 6.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben die Wir­kung un­er­wünsch­ter Was­ser­in­halts­stof­fe im Trink­was­ser und er­klä­ren Ver­fah­ren zur Trink­was­ser­auf­be­rei­tung.

Trink­was­ser­auf­be­rei­tung

  • Fil­tra­ti­on

  • wei­te­re Auf­be­rei­tungs­schrit­te:
z. B. Ent­här­tung, Ent­säue­rung, Ent­ei­se­n­ung
  • Des­in­fek­ti­on
z. B. Chlor­ung, Ozonie­rung, UV-Be­strah­lung

BPE 6.3

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben ver­schie­de­ne Ab­was­ser­ar­ten und ver­glei­chen den Auf­bau der Ab­was­ser­ka­na­li­sa­ti­on nach dem Misch- und Trenn­sys­tem. Sie er­klä­ren die Be­deu­tung der un­ter­schied­li­chen Ab­was­ser­pa­ra­me­ter.

Ab­was­ser

  • Ar­ten
Re­gen‑, Schmutz­was­ser
  • Misch- und Trenn­sys­tem der Ab­was­ser­ka­na­li­sa­ti­on
Vor- und Nach­tei­le
  • In­halts­stof­fe, Pa­ra­me­ter
z. B. Phos­phat, Ni­trat, Ni­trit, BSB5, CSB, vgl. BPE 5

BPE 6.4

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben phy­si­ka­li­sche Pro­zes­se in der me­cha­ni­schen Rei­ni­gungs­stu­fe ei­ner Klär­an­la­ge. Sie er­klä­ren die grund­le­gen­den Pro­zes­se der che­mi­schen und bio­lo­gi­schen Ab­was­ser­be­hand­lung.

An­la­gen­sche­ma Ab­was­ser­be­hand­lung
vgl. BPE 5
Me­cha­ni­sche Ab­was­ser­be­hand­lung

Re­chen, Sie­be

  • Se­di­men­ta­ti­on, Flota­ti­on

Bio­lo­gi­sche Ab­was­ser­be­hand­lung
vgl. BPE 4
  • Koh­len­stof­fent­fer­nung, Ni­tri­fi­ka­ti­on
Be­lebt­schlamm­ver­fah­ren
  • De­ni­tri­fi­ka­ti­on

Che­mi­sche Ab­was­ser­be­hand­lung

  • Phos­phateli­mi­na­ti­on
Phos­phor als end­li­che Res­sour­ce
Klär­schlamm­be­hand­lung
de­skrip­tiv

Jahr­gangs­stu­fe 1

Ver­tie­fung – In­di­vi­dua­li­sier­tes Ler­nen – Pro­jekt­un­ter­richt (VIP)

60

Ver­tie­fung

In­di­vi­dua­li­sier­tes Ler­nen

Pro­jekt­un­ter­richt

z. B.
Übun­gen
An­wen­dun­gen
Wie­der­ho­lun­gen
z. B.
Selbst­or­ga­ni­sier­tes Ler­nen
Lern­ver­ein­ba­run­gen
Bin­nen­dif­fe­ren­zie­rung
z. B.
Bau­satz Gleich­strom­mo­tor, Ak­ku­mu­la­tor mit So­lar­mo­dul la­den, Pla­nung und Durch­füh­rung ei­ner Ex­kur­si­on (Fer­tig­haus­bau, Wär­me­er­zeu­ger, Wind- und Was­ser­kraft­an­la­gen, So­lar­kraft­werk)
Die The­men­aus­wahl des Pro­jekt­un­ter­richts hat aus den nach­fol­gen­den Bil­dungs­plan­ein­hei­ten un­ter Be­ach­tung Fä­cher ver­bin­den­der As­pek­te zu er­fol­gen.

BPE 7

Elek­tro­mo­bi­li­tät

26 (8)

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ana­ly­sie­ren am Bei­spiel ei­nes ein­fa­chen Elek­tro­fahr­zeugs die Be­reit­stel­lung von elek­tri­scher Ener­gie durch Ak­ku­mu­la­to­ren und de­ren Um­set­zung in Be­we­gungs­en­er­gie durch die ver­lust­ar­me Steue­rung von Gleich­strom­mo­to­ren. Sie be­ur­tei­len die Ef­fi­zi­enz, den En­er­gie­ein­satz und den Wir­kungs­grad an­hand re­le­van­ter Pa­ra­me­ter und Kenn­li­ni­en.

BPE 7.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler nen­nen grund­le­gen­de Kom­po­nen­ten ei­nes Elek­tro­fahr­zeugs. Sie ver­glei­chen ver­schie­de­ne Ak­ku­tech­no­lo­gi­en hin­sicht­lich En­er­gie­dich­te und Ein­satz­be­rei­chen.

Kom­po­nen­ten ei­nes Elek­tro­fahr­zeugs
z. B. E-Bike, Pe­del­ec
Ak­ku­mu­la­tor

  • Ak­ku­tech­no­lo­gi­en

  • La­dungs­men­ge, En­er­gie­dich­te
Ah

BPE 7.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­klä­ren die Strom- und Span­nungs­ver­läu­fe beim Ein- und Aus­schal­ten von In­duk­ti­vi­tä­ten an Gleich­span­nung. Sie be­schrei­ben den Auf­bau ei­ner per­ma­nen­ter­reg­ten Gleich­strom­ma­schi­ne, un­ter­su­chen das Mo­tor­er­satz­schalt­bild und ana­ly­sie­ren sei­ne Dreh­mo­men­t-Dreh­zahl­kenn­li­nie.

Spu­le und In­duk­ti­vi­tät
In­duk­ti­ons­ge­setz
  • Spu­le an ge­schal­te­ter Gleich­span­nung

  • Strom- und Span­nungs­ver­läu­fe

Gleich­strom­mo­tor

  • Funk­ti­ons­prin­zip

  • Mo­tor­er­satz­schalt­bild
Uind/n= konst, M/I = konst
  • Dreh­mo­men­t-Dreh­zahl-Kenn­li­nie
Ver­lust­leis­tungs­hy­per­beln

BPE 7.3

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben idea­le Schalt­vor­gän­ge mit Tran­sis­to­ren. Sie be­ur­tei­len die PWM als Mög­lich­keit der ver­lust­ar­men Steue­rung von Gleich­strom­ma­schi­nen, be­stim­men den Tast­grad und be­rech­nen den arith­me­ti­schen Mit­tel­wert. Sie er­klä­ren die Funk­ti­ons­wei­se des Tief­setz­stel­lers.

Tran­sis­tor als Schal­ter: Wir­kungs­prin­zip
z. B. Bi­polar­tran­sis­tor, MOS­FET, IGBT
Dreh­zahl­steue­rung

  • Puls­wei­ten­mo­du­la­ti­on PWM

  • Tast­grad, Arith­me­ti­scher Mit­tel­wert

  • H-Brü­cken­schal­tung

Tief­setz­stel­ler

  • prin­zi­pi­el­ler Auf­bau

  • Funk­ti­ons­wei­se, Strom- und Span­nungs­ver­läu­fe

BPE 7.4

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­mit­teln die Reich­wei­te von Elek­tro­fahr­zeu­gen und be­ur­tei­len den En­er­gie­ein­satz, den Ge­samt­wir­kungs­grad und die er­ziel­te Reich­wei­te.

Ef­fi­zi­enz von Elek­tro­fahr­zeu­gen
mög­li­che Ver­tie­fung in BPE 17
  • Ge­samt­wir­kungs­grad

  • Ge­samt­be­trach­tung En­er­gie­ein­satz
Pri­mär­ener­gie­ein­satz – Nutz­ener­gie
  • Reich­wei­te: Be­rech­nun­gen u. a. durch In­ter­pre­ta­ti­on der Kenn­li­ni­en P(v), M(v)

BPE 8

Wind- und Was­ser­kraft nut­zen

34 (6)

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­wer­ten die Vor­aus­set­zun­gen, Mög­lich­kei­ten und Ein­satz­chan­cen von Wind- und Was­ser­kraftan­la­gen. Sie be­rech­nen das zur Ver­fü­gung ste­hen­de En­er­gie­po­ten­zi­al so­wie me­cha­ni­sche und elek­tri­sche Kenn­grö­ßen an­hand ein­fa­cher Mo­del­le. Sie stel­len den En­er­gie­trans­port vom Ge­ne­ra­tor über ein Hoch­span­nungs­netz zum Ver­brau­cher dar.

BPE 8.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben den Auf­bau und die Be­deu­tung von Was­ser­kraft­wer­ken. Sie ana­ly­sie­ren die Ver­wen­dung von Tur­bi­nen hin­sicht­lich Ein­satz­ge­bie­ten und Wir­kungs­grad. Sie di­men­sio­nie­ren grund­le­gen­de Kom­po­nen­ten von Was­ser­kraft­an­la­gen.

Was­ser­kraft­wer­ke

  • Auf­bau Lauf­was­ser‑, Spei­cher‑, Pump­spei­cher-Kraft­werk
ex­em­pla­ri­scher An­la­gen­quer­schnitt
  • Pel­ton‑, Ka­plan‑, Fran­cis‑, Rohr­tur­bi­ne: Ei­gen­schaf­ten, Ein­satz­ge­bie­te, Wir­kungs­gra­de

  • Be­mes­sung:
    u. a. Vo­lu­men­strom, Spei­cher­see­vo­lu­men

  • Ge­samt­wir­kungs­grad

  • Ein­satz­ge­bie­te und Be­deu­tung für die Ener­gie­ver­sorgung

BPE 8.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben den Auf­bau und die Be­deu­tung von Wind­kraft­an­la­gen und un­ter­su­chen de­ren Funk­ti­ons­wei­sen. Sie be­wer­ten den Er­trag von Wind­kraft­an­la­gen und de­ren Bei­trag zur En­er­gie­ver­sor­gung.

Wind­kraft­an­la­gen

  • Auf­bau
ex­em­pla­ri­scher An­la­gen­quer­schnitt
  • Stand­ort­aus­wahl
z. B. Wind­kar­te, ge­sell­schaft­li­che Ak­zep­tanz
  • Ro­to­ren und Lauf­rä­der

  • Strö­mung und Kreis­be­we­gung: Strö­mungs­wi­der­stand, Auf­trieb, Kraft, Dreh­mo­ment, An­lauf­ver­hal­ten, Leis­tungs­be­gren­zung
Ber­noul­li
z. B. Pitch­re­ge­lung
  • Er­trags­be­rech­nung Wind­kraft­an­la­ge
z. B. Na­ben­hö­he, Ro­tor­län­ge, Wind­ver­tei­lung
  • Leis­tungs­bei­wert, Wir­kungs­grad
cp-Betz
  • Ein­satz­ge­bie­te und Be­deu­tung für die Ener­gie­ver­sorgung

BPE 8.3

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben die Er­zeu­gung si­nus­för­mi­ger Wech­sel­span­nun­gen und er­klä­ren die Phä­no­me­ne Wirk-, Blind- und Schein­leis­tung. Sie ver­glei­chen Dreh­strom- und Gleich­strom­über­tra­gung.

Er­zeu­gung elek­tri­scher Ener­gie

  • Ge­ne­ra­tor­prin­zip

  • Kenn­grö­ßen si­nus­för­mi­ge Wech­sel­span­nung: Am­pli­tu­de, Ef­fek­tiv­wert, Fre­quenz

  • Wirk‑, Blind- und Schein­leis­tung: Prin­zip von Leis­tungs­fak­tor und Kom­pen­sa­ti­on

Elek­tri­scher En­er­gie­trans­port

  • Ver­bund­netz

  • Dreh­strom
Ver­ket­tung
  • Dreh­strom­leis­tung
\( S = \sqrt {3} \cdot U \cdot I \)
  • Be­deu­tung des Trans­for­ma­tors
z. B. Hoch­span­nung, Lei­tungs­ver­lus­te
  • Hoch­span­nungs-Gleich­strom-Über­tra­gung
Vor- und Nach­tei­le

BPE 9

Pho­to­vol­ta­ik

15 (6)

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler pla­nen ei­ne Pho­to­vol­ta­ik­an­la­ge, le­gen die Be­triebs­art fest und wäh­len ge­eig­ne­te Kom­po­nen­ten an­hand ih­rer Kenn­grö­ßen aus. Da­bei ana­ly­sie­ren sie die Ei­gen­schaf­ten der ein­zel­nen Funk­ti­ons­grup­pen und be­wer­ten die Wirt­schaft­lich­keit der An­la­ge.

BPE 9.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler di­men­sio­nie­ren und ver­schal­ten So­lar­mo­du­le. Mit­hil­fe von Kenn­li­ni­en und Kenn­grö­ßen be­ur­tei­len sie die Ei­gen­schaf­ten von So­lar­mo­du­len.

So­lar­mo­du­le
Re­cy­cling, vgl. BPE 17
  • Ei­gen­schaf­ten
ak­tu­ell tech­nisch re­le­van­te Ty­pen,
z. B. mo­no­kris­tal­lin, mul­ti­kris­tal­lin, Dünn­schicht
  • Kenn­grö­ßen: PMPP, UMPP, IMPP, ISC, UOC

So­lar­mo­du­l-Kenn­li­ni­en I(U), P(U)

  • STC, NOCT

  • Pa­ra­me­ter Be­strah­lungs­stär­ke

  • Tem­pe­ra­tur­ab­hän­gig­keit

Ver­schal­tung der Mo­du­le
Ver­schal­tung der Strän­ge zum Pho­to­vol­ta­ik­ge­ne­ra­tor

BPE 9.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­rech­nen den Er­trag und die Wirt­schaft­lich­keit in Ab­hän­gig­keit vom Stand­ort und von der Aus­rich­tung der So­lar­mo­du­le.

Stand­ort­be­wer­tung und Stand­ort­aus­wahl

  • Aus­rich­tung

  • Ver­schat­tung
z. B. By­pass­di­ode
  • Er­trags­be­rech­nung

  • Wirt­schaft­lich­keit
bei­spiel­haf­te Be­trach­tung

BPE 9.3

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler stel­len die Be­triebs­ar­ten von Pho­to­vol­ta­ik­an­la­gen dar und be­schrei­ben die da­für not­wen­di­gen Kom­po­nen­ten. Sie über­tra­gen die grund­le­gen­den Prin­zi­pi­en der ver­lust­ar­men Leis­tungs­steue­rung auf die Funk­ti­on des Wech­sel­rich­ters. Sie di­men­sio­nie­ren die Kom­po­nen­ten des Netz­par­al­lel- und In­sel­be­triebs.

Netz­par­al­lel­be­trieb
Ein­spei­sung ins Netz
Wech­sel­rich­ter
Tech­no­lo­gie nur beim ein­pha­si­gen Wech­sel­rich­ter
  • Auf­ga­ben
z. B. MP­P-Tracking
  • Ge­steu­er­te H-Brü­cken­schal­tung

  • PWM

  • Glät­tungs­dros­sel
Strom- und Span­nungs­ver­läu­fe
  • Aus­wahl des Wech­sel­rich­ters
z. B. Leis­tungs­hy­per­bel
In­sel­be­trieb

  • Tech­no­lo­gie­sche­ma
z. B. Ak­ku­mu­la­tor, La­de­reg­ler
  • Di­men­sio­nie­rung
Er­trag vs. Ver­brauch

BPE 10

Wär­me er­zeu­gen

40 (12)

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben den Auf­bau und die Funk­ti­ons­wei­se von An­la­gen zur Wär­me­er­zeu­gung für die Ge­bäu­de­be­hei­zung. Sie er­läu­tern das Zu­sam­men­wir­ken der An­la­gen­kom­po­nen­ten und di­men­sio­nie­ren die­se nach dem Wär­me­be­darf. Sie be­wer­ten En­er­gie­sys­te­me an­hand ge­eig­ne­ter Bi­lan­zen und Kenn­wer­te hin­sicht­lich Ef­fi­zi­enz so­wie öko­lo­gi­scher und öko­no­mi­scher Ge­sichts­punk­te.

BPE 10.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­läu­tern die en­er­ge­ti­schen und an­la­gen­tech­ni­schen Grund­la­gen der Solar­ther­mie, er­klä­ren den Auf­bau und die Funk­ti­on ei­ner So­lar­an­la­ge und be­rech­nen An­la­gen­kom­po­nen­ten hin­sicht­lich Wär­me­ge­win­nung und -spei­che­rung.

As­tro­no­mi­sche und me­teo­ro­lo­gi­sche Grund­la­gen

  • So­lar­kon­stan­te

  • Glo­bal­strah­lung

  • me­teo­ro­lo­gi­sche und ört­li­che Ein­flüs­se

An­la­gen­sche­ma so­lar­ther­mi­sche An­la­ge

Wär­me­über­tra­gungs­ar­ten
vgl. BPE 12
Solar­ther­mi­sche Kol­lek­to­ren

  • Bau­for­men: Flach‑, Va­ku­um­röh­ren­kol­lek­tor, Schwimm­ba­dab­sor­ber

  • Nei­gung und Aus­rich­tung
vgl. BPE 9
  • Kol­lek­tor­wir­kungs­grad: op­ti­sche und ther­mi­sche Ver­lus­te

  • De­ckungs­grad, Nut­zungs­grad

  • Di­men­sio­nie­rung
An­la­gen­wir­kungs­grad
Wär­me­spei­cher

  • Puf­fer­spei­cher
Hei­zungs­un­ter­stüt­zung
  • bi­va­len­ter Spei­cher

  • Aus­le­gung des Vo­lu­mens

BPE 10.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler stel­len die Grund­la­gen der Brenn­wert­tech­nik dar und er­mit­teln für den Be­trieb von Brenn­wert­kes­seln cha­rak­te­ris­ti­sche Kenn­grö­ßen. Sie be­schrei­ben den Auf­bau von Brenn­wert­kes­seln und ver­glei­chen die­se – auch en­er­ge­tisch – mit her­kömm­li­chen Heiz­kes­seln.

Brenn­wert­ge­rät

  • An­la­gen­sche­ma
Ver­gleich mit kon­ven­tio­nel­lem Heiz­kes­sel
  • Heiz­wert, Brenn­wert
Ver­damp­fungs­wär­me
  • Brenn­stoff­ver­gleich
z. B. Erd­gas, Heiz­öl, Pel­lets
  • Wär­me­leis­tung und ‑be­las­tung

  • Wir­kungs­gra­de
be­zo­gen auf Brenn­wert oder Heiz­wert
Ver­bren­nungs­pro­zess
vgl. Che­mie
  • Re­ak­ti­ons­glei­chung

  • Luft­ver­hält­nis­zahl
vgl. BPE 16
  • Par­ti­al­druck des Was­ser­damp­fes im Ab­gas

  • Tau­punk­ter­mitt­lung im Ab­gas

Be­triebs­be­din­gun­gen

  • Vor- und Rück­lauf­tem­pe­ra­tu­ren

  • Tau­punkt­un­ter­schrei­tung

  • Kon­dens­at­men­ge
en­er­ge­ti­sche Be­trach­tun­gen

BPE 10.3

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­läu­tern den Auf­bau, die en­er­ge­ti­schen Grund­la­gen und mög­li­che Be­triebs­ar­ten von Wär­me­pum­pen. Sie be­nen­nen und be­ur­tei­len un­ter­schied­li­che Quel­len der Um­welt­wär­me und be­wer­ten die Ef­fi­zi­enz ei­ner Wär­me­pum­pe an­hand en­er­ge­ti­scher Kenn­zah­len.

Wär­me­pum­pe

  • Auf­bau
Ver­gleich Er­wär­men/Küh­len mit ei­ner Wär­me­pum­pe
  • Kreis­pro­zes­s/Ar­beits­prin­zip
de­skrip­tiv
Um­welt­wär­me­quel­len

En­er­ge­ti­sche Grund­la­gen

  • En­er­gie­ein­satz und Nutz­ener­gie
Pri­mär­ener­gie­ein­satz
  • Kenn­zah­len: ε, COP, JAZ bzw. β

Be­triebs­ar­ten: mo­no­en­er­ge­tisch, mo­no­va­lent, bi­va­lent

BPE 10.4

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­klä­ren den Auf­bau und die Funk­ti­ons­wei­se von Block­heiz­kraft­wer­ken. Sie be­schrei­ben die Ein­satz­ge­bie­te von Block­heiz­kraft­wer­ken, er­klä­ren die en­er­ge­ti­schen Grund­la­gen der Kraf­t-Wär­me-Kopp­lung und le­gen Block­heiz­kraft­wer­ke nach dem Wär­me­be­darf aus.

Block­heiz­kraft­werk

  • Auf­bau und Funk­ti­ons­wei­se
Ot­to- und Die­sel­pro­zess in BPE 13
  • An­ord­nung der Wär­me­tau­scher

  • Be­triebs­wei­se: strom‑, wär­me­ge­führt

En­er­ge­ti­sche Grund­la­gen

  • Kraf­t-Wär­me-Kopp­lung

  • en­er­ge­ti­sches Block­schalt­bild

  • En­er­gie­fluss­dia­gramm: maß­stäb­li­che Dar­stel­lung

  • ther­mi­scher und elek­tri­scher Wir­kungs­grad
vgl. Brenn­stoff­zel­len-BHKW, BPE 11
Aus­le­gung ei­nes Block­heiz­kraft­werks
ty­pi­sche Ein­satz­ge­bie­te/Ge­bäu­de­ty­pen
  • Jah­res­dau­er­li­nie des Wär­me­be­darfs

  • Op­ti­mie­rung Mo­du­la­ti­on zur Voll­last­be­triebs­stun­den­er­hö­hung

  • Op­ti­mie­rung Puf­fer­spei­cher
vgl. so­lar­ther­mi­sche An­la­ge

BPE 11

Die Brenn­stoff­zel­le als En­er­gie­wand­ler

10 (4)

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben die Grund­zü­ge der Was­ser­stoff­wirt­schaft. Sie er­klä­ren das Funk­ti­ons­prin­zip ei­ner PE­M-Brenn­stoff­zel­le, ana­ly­sie­ren ihr Be­triebs­ver­hal­ten und er­läu­tern den Auf­bau ei­nes Brenn­stoff­zel­len-BHKWs.

BPE 11.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­klä­ren die Funk­ti­ons­wei­se ei­nes Elek­tro­ly­se­urs und er­mit­teln des­sen Wir­kungs­grad. Sie skiz­zie­ren ein was­ser­stoff­ba­sier­tes En­er­gie­sys­tem und dis­ku­tie­ren Vor- und Nach­tei­le vor dem Hin­ter­grund ei­ner re­ge­ne­ra­ti­ven und nach­hal­ti­gen En­er­gie­ver­sor­gung.

Elek­tro­ly­se

  • Funk­ti­ons­prin­zip

  • Wir­kungs­grad
ex­pe­ri­men­tel­le Er­mitt­lung
Was­ser­stoff­wirt­schaft

  • Was­ser­stoff als En­er­gie­spei­cher
Power to Gas
  • Vor‑/Nach­tei­le

BPE 11.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­klä­ren die Funk­ti­ons­wei­se ei­ner PEM Brenn­stoff­zel­le und er­mit­teln den elek­tri­schen Wir­kungs­grad ex­pe­ri­men­tell. Sie ver­glei­chen BHKWs mit Ver­bren­nungs­mo­tor und Brenn­stoff­zel­le hin­sicht­lich ih­rer Ef­fi­zi­enz.

Funk­ti­ons­prin­zip PEM Brenn­stoff­zel­len

  • Auf­bau

  • elek­tro­che­mi­sche Re­ak­tio­nen
vgl. Che­mie, Jahr­gangs­stu­fe
Wir­kungs­grad PEM Brenn­stoff­zel­len

Brenn­stoff­zel­len-BHKW
Ver­bren­nungs­mo­tor-BHKW, vgl. BPE 10

BPE 11.3

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­rech­nen die theo­re­ti­sche Zell­span­nung. Sie un­ter­su­chen das Be­triebs­ver­hal­ten der Brenn­stoff­zel­le und be­stim­men den Punkt der ma­xi­mal ab­ge­ge­be­nen elek­tri­schen Leis­tung.

Be­triebs­ver­hal­ten PEM Brenn­stoff­zel­len

  • Mes­sung und theo­re­ti­sche Er­mitt­lung der Zell­span­nung

  • Strom-Span­nungs-Kenn­li­nie

  • Ma­xi­mum Power Point (MPP)

BPE 12

Wohn­kli­ma und Ge­bäu­de­hül­le

25 (4)

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­klä­ren Ein­fluss­fak­to­ren auf die Be­hag­lich­keit in Wohn­räu­men und ana­ly­sie­ren Wohn­raumluft­zu­stän­de mit­hil­fe des h-x-Dia­gramms. Sie er­klä­ren die Funk­ti­on und den Auf­bau ei­ner kon­trol­lier­ten Wohn­raum­lüf­tung mit Wär­me­rück­ge­win­nung.
Sie be­wer­ten Bau- und Dämm­stof­fe und er­läu­tern bau­li­che Vor­über­le­gun­gen so­wie den som­mer­li­chen Wär­me­schutz zur en­er­ge­ti­schen Op­ti­mie­rung der Ge­bäu­de­hül­le. Sie ana­ly­sie­ren mehr­schich­ti­ge Bau­tei­le durch die Be­stim­mung des U-Werts und er­klä­ren die Ur­sa­chen von Wär­me­brü­cken. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ana­ly­sie­ren Wand­quer­schnit­te hin­sicht­lich Tau­was­ser­an­falls mit­hil­fe des Gla­ser­ver­fah­rens und er­läu­tern die Vor- und Nach­tei­le ei­ner In­nen- und Au­ßen­däm­mung.

BPE 12.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­läu­tern wohn­kli­ma­ti­sche Grund­la­gen. Sie ana­ly­sie­ren die Wohn­raum­luft mit­hil­fe des h-x-Dia­gramms. Sie be­stim­men Luft­zu­stän­de, ver­ur­sacht durch Mi­schung und ther­mo­dy­na­mi­sche Luft­be­hand­lung.

Be­hag­lich­keit

  • ther­misch

  • Luft­zu­sam­men­set­zung

  • re­la­ti­ve und ab­so­lu­te Luft­feuch­te

Schim­mel­bil­dung

h-x-Dia­gramm

  • Tau­punkt

  • ther­mo­dy­na­mi­sche Luft­be­hand­lung
z. B. hei­zen, küh­len, be­feuch­ten, ent­feuch­ten
  • Mi­schung von Luft­mas­sen

  • Ent­hal­pie

BPE 12.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben die Luft­dicht­heit von mo­der­nen Ge­bäu­den und lei­ten dar­aus die Not­wen­dig­keit der Raum­be­lüf­tung ab. Sie be­schrei­ben den Auf­bau und das Funk­ti­ons­prin­zip ei­ner An­la­ge zur kon­trol­lier­ten Wohn­raum­lüf­tung mit Wär­me­rück­ge­win­nung.

Grund­la­gen der Lüf­tung

  • Lüf­tungs­ar­ten

  • Trans­mis­si­ons‑, Lüf­tungs­wär­me­ver­lus­te

  • Luft­dicht­heit
z. B. Blo­wer-Door-Test
  • Luft­wech­sel­ra­te

Kon­trol­lier­te Wohn­raum­lüf­tung
oh­ne Wohn­raum­kli­ma­ti­sie­rung
  • Lüf­tungs­sche­ma

  • An­ord­nung von Zu- und Ab­luft­aus­läs­sen

  • Wär­me­tau­scher: Luft­strom­füh­rung, Rück­wär­me­zahl
Som­mer­be­trieb oh­ne Wär­me­rück­ge­win­nung

BPE 12.3

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­läu­tern bau­li­che Vor­über­le­gun­gen mit der Ziel­set­zung, Ge­bäu­de­hül­len en­er­ge­tisch zu op­ti­mie­ren. Sie be­wer­ten Bau- und Dämm­stof­fe nach wär­me­schutz­tech­ni­schen Ge­sichts­punk­ten. Sie be­ur­tei­len mehr­schich­ti­ge Bau­tei­le und be­rech­nen da­für Kenn­wer­te des Wär­me­durch­gangs. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­grün­den die Ur­sa­chen von Wär­me­brü­cken.

Bau­li­che Vor­über­le­gun­gen zum Wär­me­schutz

  • so­la­re Ge­win­ne

  • \( \frac{A}{V} \)-Verhältnis

Bau- und Dämm­stoffar­ten

  • Wär­me­leit­fä­hig­keit

  • spe­zi­fi­sche Wär­me­ka­pa­zi­tät

Som­mer­li­cher Wär­me­schutz
oh­ne rech­ne­ri­schen Nach­weis
  • Son­nen­schutz

  • Ver­gla­sung

  • Wär­me­spei­cher­fä­hig­keit, Tem­pe­ra­tur-Am­pli­tu­den­ver­hält­nis

Wär­me­durch­gang an De­cken und Wän­den

  • mehr­schich­ti­ge Bau­tei­le

  • U-Wert

  • Wär­me­durch­gangs­be­rech­nun­gen

Wär­me­brü­cken

BPE 12.4

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­mit­teln ei­ne mög­li­che Tau­punkt­un­ter­schrei­tung auf der Bau­tei­lober­flä­che und in­ner­halb ei­nes Wand­quer­schnitts. Sie be­grün­den die Not­wen­dig­keit bau­li­cher Maß­nah­men zur Ver­hin­de­rung von Tau­was­ser­bil­dung. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ver­glei­chen und be­wer­ten ver­schie­de­ne Wand­kon­struk­tio­nen hin­sicht­lich des Wär­me- und Feuch­teschut­zes.

Was­ser­dampf­dif­fu­si­on an Au­ßen­wän­den

  • Dampf­durch­läs­sig­keit/μ-Wert

  • gra­fi­sches Ver­fah­ren nach Gla­ser
oh­ne Be­stim­mung der Tau­was­ser­men­ge
  • Dampf­brem­se

In­nen- und Au­ßen­däm­mung

  • Wär­me­spei­che­rung

  • Ein­fluss auf Tau­was­ser­bil­dung

  • tau­was­ser­ver­mei­den­de und ‑to­le­rie­ren­de In­nen­däm­mun­gen

Jahr­gangs­stu­fe 2

Ver­tie­fung – In­di­vi­dua­li­sier­tes Ler­nen – Pro­jekt­un­ter­richt (VIP)

48

Ver­tie­fung

In­di­vi­dua­li­sier­tes Ler­nen

Pro­jekt­un­ter­richt

z. B.
Übun­gen
An­wen­dun­gen
Wie­der­ho­lun­gen
z. B.
Selbst­or­ga­ni­sier­tes Ler­nen
Lern­ver­ein­ba­run­gen
Bin­nen­dif­fe­ren­zie­rung
z. B.
Pla­nung und Durch­füh­rung von Ex­kur­sio­nen (Wär­me­kraft­werk, Au­to­her­stel­ler)
Er­stel­len ei­ner ein­fa­chen Öko­bi­lanz
Pro­jek­tie­ren ei­ner Ge­bäu­de­steue­rung
Die The­men­aus­wahl des Pro­jekt­un­ter­richts hat aus den nach­fol­gen­den Bil­dungs­plan­ein­hei­ten un­ter Be­ach­tung Fä­cher ver­bin­den­der As­pek­te zu er­fol­gen.

BPE 13

Elek­tro- und Hy­brid­fahr­zeu­ge

25 (6)

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler wen­den die ther­mo­dy­na­mi­schen Grund­la­gen an, um die En­er­gie­wand­lung in Ver­bren­nungs­mo­to­ren dar­zu­stel­len. Sie er­ör­tern und ver­glei­chen die Ei­gen­schaf­ten von Elek­tro- und Ver­bren­nungs­mo­to­ren und ana­ly­sie­ren das Zu­sam­men­wir­ken der Kom­po­nen­ten im Hy­brid­fahr­zeug.

BPE 13.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben die Kreis­pro­zes­se von Ver­bren­nungs­mo­to­ren und be­rech­nen Zu­stands­grö­ßen. Sie ana­ly­sie­ren zu­ge­hö­ri­ge Kenn­li­ni­en­fel­der.

Ver­bren­nungs­mo­to­ren
Ab­gas­rei­ni­gung, vgl. BPE 16
  • p-V-Dia­gramm mit p, V, T, W, Q

  • Ot­to­pro­zess, Die­sel­pro­zess

  • Wir­kungs­grad

  • M(n)-Kenn­li­ni­en­feld

  • Ver­brauchs­kenn­li­ni­en­feld

BPE 13.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ver­glei­chen die Ei­gen­schaf­ten von Ver­bren­nungs­mo­to­ren und elek­tri­schen Ma­schi­nen. Sie ana­ly­sie­ren das Zu­sam­men­spiel der ge­kop­pel­ten An­trie­be und stel­len die En­er­gieflüs­se dar.

Elek­tri­sche Ma­schi­ne

  • M(n)-Kenn­li­ni­en­feld mit Ver­lust­leis­tungs­hy­per­beln

  • Wir­kungs­grad

  • Vier­qua­dran­ten­be­trieb
Re­ku­pe­ra­ti­on
  • Elek­tro­fahr­zeug

Kopp­lung der An­trie­be

  • se­ri­el­ler Hy­brid­an­trieb
Ran­ge-Ex­ten­der
  • par­al­le­ler Hy­brid­an­trieb

  • An­triebs­kraft, Dreh­mo­ment, Leis­tung, Ver­brauch

  • En­er­gie­ma­nage­ment
en­er­ge­ti­sches Block­schalt­bild

BPE 14

En­er­gie­um­wand­lung in Wär­me­kraft­wer­ken

17 (4)

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­klä­ren und ver­glei­chen die En­er­gie­um­wand­lung bei der Strom­erzeu­gung aus­ge­hend von un­ter­schied­lichen Ty­pen von Wär­me­kraft­wer­ken. Sie be­rech­nen Kenn­grö­ßen ei­nes Kraft­werks­pro­zes­ses und ana­ly­sie­ren Op­ti­mie­rungsmög­lich­kei­ten.

BPE 14.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­klä­ren das ge­mein­sa­me Grund­prin­zip der Strom­erzeu­gung in Wär­me­kraft­wer­ken und be­schrei­ben die we­sent­li­chen Pro­zess­schrit­te in ei­nem sol­chen Kraft­werk. Sie ver­glei­chen un­ter­schied­li­che Kraft­werks­typen nach Art der Wär­me­quel­le.

Wär­me­kraft­werk
vgl. BPE 17
  • Bau­grup­pen

  • en­er­ge­ti­sches Block­schalt­bild

Kraft­werks­typen

  • so­lar­ther­mi­sche Kraft­wer­ke
z. B. Pa­ra­bol­rin­nen‑, Solar­turm­kraft­werk
  • Koh­le­kraft­werk

  • Gas- und Dampf­tur­bi­nen­kraft­werk

BPE 14.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler stel­len den Dampf­kraft­pro­zess als ther­mo­dy­na­mi­schen Kreis­pro­zess gra­fisch dar, be­rech­nen Zu­stands- und Pro­zess­grö­ßen und ana­ly­sie­ren Op­ti­mie­run­gen in der Pro­zess­füh­rung.

T-s-Dia­gramm
En­tro­pie­dif­fe­renz s als q/T de­fi­nie­ren
  • idea­ler und rea­ler Dampf­kraft­pro­zess
nich­ti­sen­tro­pe Ex­pan­si­on in der Tur­bi­ne
  • Wär­me­men­gen in Ver­damp­fer, Über­hit­zer und Kon­den­sa­tor

  • Nutz­ar­beit

Ther­mo­dy­na­mi­scher Wir­kungs­grad

Op­ti­mie­rung

  • Zwi­schen­über­hit­zung

  • Wär­me­aus­kopp­lung

BPE 15

Um­welt­be­reich Luft

14 (4)

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­nen­nen Luft­ver­un­rei­ni­gun­gen, er­klä­ren ih­re Her­kunft und er­läu­tern ih­re Auswir­kun­gen auf die Umwelt. Sie un­ter­su­chen in­di­vi­du­el­le und ge­sell­schaft­li­che Maß­nah­men zur Luft­rein­hal­tung an ei­nem kon­kre­ten Bei­spiel.

BPE 15.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­nen­nen wich­ti­ge Luft­ver­un­rei­ni­gun­gen und be­schrei­ben ih­re Frei­set­zung und Aus­brei­tung.

Luft­ver­un­rei­ni­gun­gen

  • Schad­stoff­be­griff

  • Fein­staub, CO2, CH4, NOx, SO2

  • Quell­grup­pen
z. B. Ver­kehr, En­er­gie­wirt­schaft, na­tür­li­che Pro­zes­se
Aus­brei­tung von Luft­ver­un­rei­ni­gun­gen

  • Ein­flüs­se
z. B. Wind, Schorn­stein­hö­he
  • Emis­si­on und Im­mis­si­on

  • Im­mis­si­ons­grenz­wer­te
z. B. BImSchG, TA Luft, Fein­staub, NOx, Ozon

BPE 15.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben die Aus­wir­kun­gen von Luft­ver­un­rei­ni­gun­gen auch un­ter Ver­wen­dung von Re­ak­ti­ons­glei­chun­gen. Sie er­läu­tern die Wir­kung auf die be­leb­te und un­be­leb­te Um­welt. Sie be­ur­tei­len die Not­wen­dig­keit und die Wirk­sam­keit in­di­vi­du­el­ler und ge­sell­schaft­li­cher Maß­nah­men zur Luft­rein­hal­tung an ei­nem Bei­spiel.

Aus­wir­kun­gen von Luft­ver­un­rei­ni­gun­gen

  • Treib­haus­ef­fekt: u. a. CO2, CH4

  • Fein­staub­pro­ble­ma­tik:
    PM, Lun­gen­gän­gig­keit

  • Win­ter­smog:
    Fein­staub, SO2, In­ver­si­ons­wet­ter­la­ge

  • sau­rer Re­gen, SO2, NOX
na­tür­lich, an­thro­po­gen
  • Som­mer­smog: Ozon in der Tro­po­sphä­re

  • Luft­rein­hal­tung
z. B. Fein­staub­pro­ble­ma­tik
  • Ein­flüs­se auf Mensch und Um­welt
z. B. Si­tua­ti­ons­be­schrei­bung, Grenz­wert­über­schrei­tung
  • Lö­sungs­an­sät­ze
nur in­di­vi­du­el­le und ge­sell­schaft­li­che Maß­nah­men

BPE 16

Ab­gas­rei­ni­gung

19 (4)

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­klä­ren den Ein­fluss der Ver­bren­nungs­be­din­gun­gen auf die Schad­stof­fent­ste­hung und füh­ren Be­rech­nun­gen zum Luft­be­darf durch. Sie be­schrei­ben die Funk­ti­ons­wei­se der ein­zel­nen Bau­grup­pen der Rauch­gas­rei­ni­gung. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­ur­tei­len den Zu­sam­men­hang zwi­schen Be­triebs­be­din­gun­gen ei­nes Ver­bren­nungs­mo­tors und der Qua­li­tät der Ab­gas­rei­ni­gung im Kraft­fahr­zeug.

BPE 16.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben ver­ein­facht die Zu­sam­men­set­zung von Brenn­stof­fen und stel­len die Re­ak­ti­ons­glei­chun­gen für de­ren Ver­bren­nung auf. Sie er­klä­ren die Luft­ver­hält­nis­zahl und ana­ly­sie­ren den Ein­fluss der Ver­bren­nungs­be­din­gun­gen auf die Ab­gas­zu­sam­men­set­zung.

Grund­la­gen der Ver­bren­nung

  • Brenn­stoff­zu­sam­men­set­zung
z. B. Erd­gas, Koh­le, Ben­zin, Die­sel
  • theo­re­ti­scher Min­dest­luft­be­darf

  • Luft­ver­hält­nis­zahl

  • Ein­fluss der Ver­bren­nungs­be­din­gun­gen auf Ab­gas­zu­sam­men­set­zung:
    Ruß, CO, NOx, HC

BPE 16.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben die Rauch­gas­rei­ni­gung im Koh­le­kraft­werk mit­hil­fe ei­nes An­la­gen­sche­mas. Sie er­klä­ren die Funk­ti­ons­wei­se der Ent­stau­bung durch Elek­tro­ab­schei­der und Ge­we­be­fil­ter. Sie be­schrei­ben die Ar­beits­wei­se von Rauch­gasent­sti­ckungs­an­la­gen mit und oh­ne Ka­ta­ly­sa­tor und er­läu­tern die Funk­ti­ons­wei­se der Rauch­gasent­schwe­fe­lung.

Rauch­gas­rei­ni­gung im Koh­le­kraft­werk
Ver­wen­dung der Rest­stof­fe
  • An­la­gen­sche­ma

Rauch­gasent­stau­bung

  • Elek­tro­ab­schei­der

  • Ge­we­be­fil­ter

  • Ab­schei­de­grad

Rauch­gasent­sti­ckung

  • SCR/SN­CR-Ver­fah­ren
Am­mo­niak­schlupf
  • Re­ak­ti­ons­glei­chung
nur NO
  • Hig­h-Dus­t‑, Lo­w-Dust- und Tail-En­d-Schal­tung beim SCR-Ver­fah­ren

  • Am­mo­niak­be­darf

Rauch­gasent­schwe­fe­lung

  • Re­ak­ti­ons­glei­chun­gen
nur Nass­ver­fah­ren

BPE 16.3

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler dis­ku­tie­ren die Not­wen­dig­keit der Ab­gas­rei­ni­gung vor dem Hin­ter­grund der Schad­wir­kung ver­schie­de­ner Ab­gas­be­stand­tei­le. Sie ana­ly­sie­ren die Aus­wir­kun­gen un­ter­schied­li­cher Ver­bren­nungs­be­din­gun­gen auf die Ab­gas­zu­sam­men­set­zung und lei­ten dar­aus je­weils pas­sen­de Rei­ni­gungs­stra­te­gi­en ab. Sie er­klä­ren die Funk­ti­ons­wei­se des Drei­we­ge-, des Oxi­da­ti­ons- und des SCR-Ka­ta­ly­sa­tors auch mit­hil­fe von Re­ak­ti­ons­glei­chun­gen. Sie er­klä­ren den Auf­bau und die Funk­ti­ons­wei­se des Die­sel­par­ti­kel­fil­ters.

Aus­wir­kung der Ver­bren­nungs­be­din­gun­gen auf die Ab­gas­zu­sam­men­set­zung
z. B. Druck, Tem­pe­ra­tur, Luft­über­schuss
Ab­gas­rei­ni­gung beim Ot­to­mo­tor

  • ge­re­gel­ter Drei­we­ge­ka­ta­ly­sa­tor

Ab­gas­rei­ni­gung beim Die­sel­mo­tor

  • Oxi­da­ti­ons­ka­ta­ly­sa­tor

  • Die­sel­par­ti­kel­fil­ter

  • SCR Ka­ta­ly­sa­tor

BPE 17

Be­wer­tung von en­er­gie- und um­welt­tech­ni­schen Sys­te­men

25 (4)

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler füh­ren tech­ni­sche In­hal­te der vor­her­ge­hen­den Bil­dungs­plan­ein­hei­ten zu­sam­men und be­wer­ten die Aus­wir­kun­gen die­ser Tech­no­lo­gi­en hin­sicht­lich ih­rer Nach­hal­tig­keit und ih­res Ein­flus­ses auf den Kli­ma­wan­del. Sie ana­ly­sie­ren ver­tieft min­des­tens ein aus­ge­wähl­tes en­er­gie- und um­welt­tech­ni­sches Sys­tem ba­sie­rend auf ge­ge­be­nen Da­ten.

BPE 17.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben ein aus­ge­wähl­tes en­er­gie- und um­welt­tech­ni­sches Sys­tem.

En­er­gie- und um­welt­tech­ni­sche Sys­te­me, z. B.

  • Mo­bi­li­tät

  • En­er­gie­ver­sor­gungs­sys­te­me: zen­tral, de­zen­tral, Wär­me­en­er­gie, elek­tri­sche En­er­gie, En­er­gie­spei­che­rung

  • Haus- und Woh­nungs­bau

BPE 17.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler lei­ten die Di­men­sio­nen des Nach­hal­tig­keits­be­griffs am Bei­spiel des aus­ge­wähl­ten en­er­gie- und um­welt­tech­ni­schen Sys­tems ab.

Nach­hal­tig­keits­be­griff
Brundt­land­de­fi­ni­ti­on
  • So­zia­les

  • Öko­no­mie

  • Öko­lo­gie

BPE 17.3

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler stel­len ver­schie­de­ne Mög­lich­kei­ten der Bi­lan­zie­rung des aus­ge­wähl­ten en­er­gie- und um­welt­tech­ni­schen Sys­tems dar.

Me­tho­den zur Bi­lan­zie­rung von Stoff- und En­er­gie­strö­men

Öko­bi­lanz

  • De­fi­ni­ti­on der Rah­men­be­din­gun­gen: Sys­tem­gren­zen und Be­zugs­grö­ßen

  • Treib­haus­gas-Bi­lanz
z. B. CO2, CH4, N2O
  • Res­sour­cen­be­darf
z. B. Roh­stof­fe, Flä­che, Was­ser
Pri­mär­ener­gie­ein­satz

En­er­gie­am­or­ti­sa­ti­on

BPE 17.4

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ana­ly­sie­ren und be­wer­ten die Er­geb­nis­se ei­ner um­welt­tech­ni­schen Bi­lanz. Da­bei stel­len sie Zu­sam­men­hän­ge zu ak­tu­el­len Fra­ge­stel­lun­gen her und be­ur­tei­len die­se hin­sicht­lich des Leit­bilds der Nach­hal­tig­keit.

Be­wer­tung von Stoff- und En­er­gie­strö­men

  • Ge­samt­wir­kungs­grad

  • Wir­kungs­ket­ten, ‑ab­schät­zung
z. B. kli­ma­ti­sche Aus­wir­kun­gen, Kli­ma­wan­del
  • ex­ter­ne Kos­ten

  • Öko­lo­gi­scher Fuß­ab­druck
ei­ge­nes Ver­hal­ten
  • Öko­sys­tem­qua­li­tät
z. B. Ar­ten­viel­falt, Eu­tro­phie­rung

BPE 18*

Elek­tro­tech­ni­sches Pro­jekt

10 (5)

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­ar­bei­ten selbst­stän­dig ei­ne vor­ge­ge­be­ne Pro­blem­stel­lung aus den nach­fol­gen­den The­men.

BPE 18.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler füh­ren Pa­ra­me­trie­run­gen an ei­nem Sys­tem der Ge­bäu­de­leit­tech­nik durch.

Ge­bäu­de­leit­tech­nik

  • Da­ten­aus­tausch über Bus­sys­tem

  • Adres­sie­rung

  • Pa­ra­me­trie­rung

BPE 18.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler füh­ren mess­tech­ni­sche Übun­gen im Be­reich der Wech­sel­strom­tech­nik durch und wer­ten die­se ma­the­ma­tisch aus.

Wech­sel­strom­tech­nik

  • Zei­ger­dia­gramm

  • Kom­ple­xe Rech­nung

  • Kom­pen­sa­ti­on

  • Dreh­strom

BPE 18.3

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler di­men­sio­nie­ren ei­ne licht­tech­ni­sche An­la­ge.

Be­leuch­tungs­tech­nik

  • Licht­tech­ni­sche Grö­ßen

  • Pla­nung ei­ner Raum­be­leuch­tung

BPE 18.4

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ent­wi­ckeln die Lö­sung zu ei­ner um­welt­tech­ni­schen Pro­blem­stel­lung.

Schul­ei­ge­nes Pro­jekt

BPE 19*

Ab­fall und Re­cy­cling

10 (5)

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ver­glei­chen Ab­fall­ar­ten und de­ren Auf­kom­men. Sie be­ur­tei­len ab­fall­wirt­schaft­li­che Kon­zep­te und be­wer­ten Ver­fah­ren der Ab­fall­be­hand­lung, ‑ver­wer­tung und ‑ver­mei­dung un­ter öko­lo­gi­schen und öko­no­mi­schen Ge­sichts­punk­ten.

BPE 19.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben die Be­griff­lich­kei­ten der Ab­fall­wirt­schaft und er­läu­tern die Stu­fen der Ab­fall­hier­ar­chie an kon­kre­ten Bei­spie­len. Sie dis­ku­tie­ren Mög­lich­kei­ten der Ab­fall­ver­mei­dung auf Her­stel­ler- und Ver­brau­cher­sei­te.

Ab­fall­be­griff

Ab­fall­hier­ar­chie
Hin­weis auf ge­setz­li­che Vor­schrif­ten

BPE 19.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler un­ter­su­chen ein kon­kre­tes Bei­spiel für Re­cy­cling­ver­fah­ren aus dem The­men­feld Um­welt­tech­nik. Da­zu füh­ren sie wenn mög­lich ei­ne Ex­kur­si­on zu ei­nem Re­cy­cling­be­trieb durch. Sie be­ur­tei­len die stoff­li­chen und en­er­ge­ti­schen Vor­tei­le des Re­cy­clings am kon­kre­ten Bei­spiel.

End­lich­keit von Res­sour­cen
z. B. sel­te­ne Er­den, Li­thi­um
Grund­la­gen Re­cy­cling­ver­fah­ren
z. B. PV-An­la­gen, Wind­kraft­an­la­gen, Dämm­stof­fe
  • stoff­li­che Tren­nung

  • Grund­la­gen Zer­klei­nern

  • Ab­läu­fe beim Re­cy­cling

En­er­ge­ti­sche und stoff­li­che Be­trach­tung

  • Bi­lan­zie­rung

  • Qua­li­tät des Re­cy­clats
Down­cy­cling

BPE 19.3

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ver­glei­chen Ver­fah­ren zur Ab­fall­be­hand­lung. Sie ana­ly­sie­ren Vor- und Nach­tei­le und be­schrei­ben die Kon­se­quen­zen in en­er­ge­ti­scher und stoff­li­cher Hin­sicht.

Bio­lo­gi­sche Ab­fall­be­hand­lung

  • Ver­gä­rung

  • Kom­pos­tie­rung

En­er­ge­ti­sche Ver­wer­tung, Ver­bren­nung

De­po­nie

BPE 20*

Mo­bi­li­täts­ma­nage­ment

10 (5)

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­läu­tern die Zie­le ei­ner nach­hal­ti­gen Mo­bi­li­tät und be­grün­den die Not­wen­dig­keit von Mo­bi­li­täts­kon­zep­ten. Sie be­schrei­ben und ana­ly­sie­ren ex­em­pla­risch Mo­bi­li­täts­kon­zep­te. Sie ent­wi­ckeln und be­ur­tei­len ein Kon­zept für die Op­ti­mie­rung der nach­hal­ti­gen Mo­bi­li­tät in ih­rer Um­ge­bung.

BPE 20.1

Auf­bau­end auf den Bil­dungs­plan­ein­hei­ten 13 und 17 be­schrei­ben die Schü­le­rin­nen und Schü­ler Be­darf, An­ge­bo­te und Pro­ble­me der Mo­bi­li­tät.

Mo­bi­li­tät

  • Be­darf
Er­reich­bar­keit, Ver­kehrs­strö­me
  • An­ge­bot
Ver­füg­bar­keit von Ver­kehrs­mit­teln
  • Aus­wir­kun­gen, Pro­ble­me
C02-Aus­stoß, Lärm

BPE 20.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler dis­ku­tie­ren zum The­ma nach­hal­ti­ge Mo­bi­li­tät und die Hin­der­nis­se bei der Um­set­zung. Sie er­klä­ren exis­tie­ren­de nach­hal­ti­ge Mo­bi­li­täts­kon­zep­te.

Nach­hal­ti­ge Mo­bi­li­tät

  • Be­griffs­be­stim­mung, Zie­le
Kli­ma­schutz, Raum­pla­nung
  • Mo­bi­li­täts­kon­zep­te
Car-Sha­ring, Fahr­rad­för­de­rung, För­der­pro­gram­me
  • Hin­der­nis­se

BPE 20.3

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler or­ga­ni­sie­ren ein schul­ei­ge­nes Pro­jekt zum The­ma nach­hal­ti­ge Mo­bi­li­tät un­ter Be­ach­tung re­gio­na­ler Ge­ge­ben­hei­ten.

Schul­ei­ge­nes Pro­jekt

  • Re­gio­na­les Mo­bi­li­täts­pro­jekt
z. B. Fa­mi­lie, Dorf, Schu­le, Stadt
  • Um­set­zungs­stra­te­gi­en

BPE 21*

Ener­gie aus Bio­mas­se

10 (5)

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­grün­den die Ver­wen­dung von Bio­mas­se als En­er­gie­quel­le. Sie be­schrei­ben die Viel­falt bio­ge­ner Roh­stof­fe und de­ren Ver­ar­bei­tungs­mög­lich­kei­ten. Am Bei­spiel ei­ner Bio­gas­an­la­ge er­läu­tern sie die ver­schie­de­nen As­pek­te der prak­ti­schen Um­set­zung bei der En­er­gie­ge­win­nung aus Bio­mas­se und dis­ku­tie­ren re­gio­na­le Ein­satz­mög­lich­kei­ten.

BPE 21.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben Bio­mas­se­ar­ten und er­klä­ren un­ter­schied­li­che Ver­fah­ren zur en­er­ge­ti­schen Nut­zung der Bio­mas­se.

Bio­mas­se

  • Holz, Acker­pflan­zen
nach­hal­ti­ge Land­wirt­schaft
  • Rest- und Ab­fall­stof­fe
Gül­le
Ver­ar­bei­tung der Bio­mas­se

  • Ver­gä­rung
Bio­gas, Bio­etha­nol
  • ther­mo­che­mi­sche Ver­fah­ren
Ver­ga­sung, Ver­flüs­si­gung
  • Um­es­terung von Pflan­zen­ölen
Bio­die­sel­her­stel­lung

BPE 21.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­läu­tern den Pro­zess- und Ver­fah­rens­ab­lauf ei­ner Bio­gas­an­la­ge. Sie be­schrei­ben die Bio­gas­auf­be­rei­tung und Gas­ver­wer­tung und ana­ly­sie­ren die Wirt­schaft­lich­keit der An­la­ge.

Be­trieb ei­ner Bio­gas­an­la­ge
Be­triebs­be­sich­ti­gung
  • Bio­mas­se
Aus­wahl­kri­te­ri­en
  • bio­lo­gi­scher Ver­fah­rens­ab­lauf
Tem­pe­ra­tur, pH-Wert
  • Bio­gas­auf­be­rei­tung und Gas­ver­wer­tung

  • Wirt­schaft­lich­keit

Ope­ra­to­ren­lis­te

In den Ziel­for­mu­lie­run­gen der Bil­dungs­plan­ein­hei­ten wer­den Ope­ra­to­ren (= hand­lungs­lei­ten­de Ver­ben) ver­wen­det. Die­se Ziel­for­mu­lie­run­gen (Stan­dards) le­gen fest, wel­che An­for­de­run­gen die Schü­le­rin­nen und Schü­ler in der Re­gel er­fül­len. Zu­sam­men mit der Zu­ord­nung zu ei­nem der drei An­for­de­rungs­be­rei­che (AFB) die­nen Ope­ra­to­ren ei­ner Prä­zi­sie­rung. Dies si­chert das Er­rei­chen des vor­ge­se­he­nen Ni­veaus und die an­ge­mes­se­ne In­ter­pre­ta­ti­on der Stan­dards.

An­for­de­rungs­be­rei­che
An­for­de­rungs­be­reich I um­fasst die Re­pro­duk­ti­on und die An­wen­dung ein­fa­cher Sach­ver­hal­te und Fach­me­tho­den, das Dar­stel­len von Sach­ver­hal­ten in vor­ge­ge­be­ner Form so­wie die Dar­stel­lung ein­fa­cher Be­zü­ge.
An­for­de­rungs­be­reich II um­fasst die Re­or­ga­ni­sa­ti­on und das Über­tra­gen kom­ple­xe­rer Sach­ver­hal­te und Fach­me­tho­den, die si­tua­ti­ons­ge­rech­te An­wen­dung von tech­ni­schen Kom­mu­ni­ka­ti­ons­for­men, die Wie­der­ga­be von Be­wer­tungs­an­sät­zen so­wie das Her­stel­len von Be­zü­gen, um tech­ni­sche Pro­blem­stel­lun­gen ent­spre­chend den all­ge­mei­nen Re­geln der Tech­nik zu lö­sen.
An­for­de­rungs­be­reich III um­fasst das pro­blem­be­zo­ge­ne An­wen­den und Über­tra­gen kom­ple­xer Sach­ver­hal­te und Fach­me­tho­den, die si­tua­ti­ons­ge­rech­te Aus­wahl von Kom­mu­ni­ka­ti­ons­for­men, das Her­stel­len von Be­zü­gen und das Be­wer­ten von Sach­ver­hal­ten.
Ope­ra­tor Er­läu­te­rung Zu­ord­nung
AFB
ab­lei­ten
auf der Grund­la­ge we­sent­li­cher Merk­ma­le sach­ge­rech­te Schlüs­se zie­hen
II
ab­schät­zen
ei­ne tech­ni­sche Ein­rich­tung nach den Ver­fah­ren der je­wei­li­gen Tech­nik­wis­sen­schaft ent­spre­chend der ge­stell­ten An­for­de­rung grob di­men­sio­nie­ren oh­ne ge­naue Be­rech­nun­gen durch­zu­füh­ren
II
ana­ly­sie­ren, un­ter­su­chen
wich­ti­ge Be­stand­tei­le oder Ei­gen­schaf­ten auf ei­ne be­stimm­te Fra­ge­stel­lung hin her­aus­ar­bei­ten. Un­ter­su­chen be­inhal­tet ggf. zu­sätz­lich prak­ti­sche An­tei­le
II, III
aus­wer­ten
Da­ten, Ein­zel­er­geb­nis­se oder an­de­re Ele­men­te in ei­nen Zu­sam­men­hang stel­len und ggf. zu ei­ner Ge­samt­aus­sa­ge zu­sam­men­füh­ren
II
be­grün­den
Sach­ver­hal­te auf Re­geln und Ge­setz­mä­ßig­kei­ten bzw. kau­sa­le Be­zie­hun­gen von Ur­sa­chen und Wir­kung zu­rück­füh­ren
II
be­rech­nen, be­stim­men
Er­geb­nis­se von ei­nem be­kann­ten An­satz aus­ge­hend durch Re­chen­ope­ra­tio­nen oder gra­fi­sche Lö­sungs­me­tho­den ge­win­nen
I, II
be­schrei­ben
Sach­ver­hal­te oder Zu­sam­men­hän­ge struk­tu­riert und fach­sprach­lich rich­tig mit ei­ge­nen Wor­ten wie­der­ge­ben
I
be­ur­tei­len
zu ei­nem Sach­ver­halt ein selbst­stän­di­ges Ur­teil un­ter Ver­wen­dung von Fach­wis­sen und Fach­me­tho­den for­mu­lie­ren und be­grün­den
II, III
be­wer­ten, Stel­lung neh­men
ei­ne ei­ge­ne Po­si­ti­on nach aus­ge­wie­se­nen Kri­te­ri­en ver­tre­ten
II, III
dar­stel­len
Sach­ver­hal­te, Zu­sam­men­hän­ge, Me­tho­den usw. struk­tu­riert und ggf. fach­sprach­lich wie­der­ge­ben
I, II
di­men­sio­nie­ren
ei­ne tech­ni­sche Ein­rich­tung nach den Ver­fah­ren der je­wei­li­gen Tech­nik­wis­sen­schaft ent­spre­chend der ge­stell­ten An­for­de­rung be­stim­men
II, III
do­ku­men­tie­ren
ent­schei­den­de Er­klä­run­gen, Her­lei­tun­gen und Skiz­zen dar­stel­len
III
durch­füh­ren
ei­ne vor­ge­ge­be­ne oder ei­ge­ne An­lei­tung (z. B. für ein Ex­pe­ri­ment oder ei­ne Be­fra­gung) um­set­zen
II
ent­wi­ckeln, ent­wer­fen
Lö­sun­gen für kom­ple­xe Pro­ble­me er­ar­bei­ten
II, III
er­läu­tern, er­klä­ren
ei­nen tech­ni­schen Sach­ver­halt in ei­nen Zu­sam­men­hang ein­ord­nen so­wie ihn nach­voll­zieh­bar und ver­ständ­lich ma­chen
I, II
er­mit­teln
ei­nen Zu­sam­men­hang oder ei­ne Lö­sung fin­den und das Er­geb­nis for­mu­lie­ren
II
kon­stru­ie­ren
Form und Bau ei­nes tech­ni­schen Ob­jek­tes durch Aus­ar­bei­tung des Ent­wurfs, durch tech­ni­sche Be­rech­nun­gen, Über­le­gun­gen usw. maß­ge­bend ge­stal­ten
II
nen­nen
Ele­men­te, Sach­ver­hal­te, Be­grif­fe, Da­ten oh­ne Er­läu­te­run­gen auf­zäh­len
I
op­ti­mie­ren
ei­nen ge­ge­be­nen tech­ni­schen Sach­ver­halt oder ei­ne ge­ge­be­ne tech­ni­sche Ein­rich­tung so ver­än­dern, dass die ge­for­der­ten Kri­te­ri­en un­ter ei­nem be­stimm­ten As­pekt er­füllt wer­den
II
skiz­zie­ren
Sach­ver­hal­te, Struk­tu­ren oder Er­geb­nis­se auf das We­sent­li­che re­du­zie­ren und die­se gra­fisch oder als Text über­sicht­lich dar­stel­len
II
struk­tu­rie­ren, ord­nen
vor­lie­gen­de Ob­jek­te oder Sach­ver­hal­te ka­te­go­ri­sie­ren und hier­ar­chi­sie­ren
II
über­prü­fen und nach­wei­sen
Sach­ver­hal­te oder Aus­sa­gen an Fak­ten oder in­ne­rer Lo­gik mes­sen und even­tu­el­le Wi­der­sprü­che auf­de­cken
II, III
über­tra­gen
ei­nen be­kann­ten Sach­ver­halt oder ei­ne be­kann­te Me­tho­de auf et­was Neu­es be­zie­hen
II, III
ver­glei­chen
Ge­mein­sam­kei­ten, Ähn­lich­kei­ten und Un­ter­schie­de er­mit­teln
I, II
zeich­nen
ei­nen tech­ni­schen Sach­ver­halt mit zeich­ne­ri­schen Mit­teln un­ter Ein­hal­tung der ge­norm­ten Sym­bo­le dar­stel­len
I, II
vgl. Ein­heit­li­che Prü­fungs­an­for­de­run­gen in der Ab­itur­prü­fung Tech­nik der KMK i. d. F. vom 16.11.2006


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