Frågeställning

Hur tror du att koldioxidhalten i ett rum påverkas av att det finns människor i ett rum och olika aktiviteter som de utför?

Materiel

1 kammare på ungefär 1 kubikmeter. Utrustning för mätning av koldioxidhalt kontinuerligt. En lykta med stearinljus eller en fotogenlampa. Hantlar.

Experiment

I stället för att direkt mäta i ett vanligt rum med människor mäter vi i ett litet rum, en kammare, och med endast en människa. Försök sedan dra slutsatser om vad som händer i ett helt rum med många människor.

• Kontrollera att utrustningen fungerar. Mät koldioxidhalten i kammaren utan någon person i den.

• Placera en glödlampa i kammaren och observera vad som händer med temperatur, luftfuktighet och koldioxidhalt. *Ett referensexperiment.*

• En person sätter sig inne i kammaren. Andas inte direkt på mätutrustningen. Vifta lugnt med t.ex. ett litet kollegieblock två gånger varje minut. Avläs koldioxidhalten; sitt inte så länge att luften känns obehaglig. Anteckna koldioxidökningen och tiden som personen varit i kammaren. *Viktigt att personen är vänd från mätutrustningen för koldioxid. Om man andas direkt på mätaren kan den nå max.*

• Vädra ut kammaren så koldioxidhalten sjunker tillbaka till normalt värde. *Använd fläkt*.

• Upprepa laborationen igen, men låt personen hoppa hopprep, göra armhävningar eller springa upp och ner i trappan innan personen placerar sig i kammaren.

• Vädra ut kammaren så koldioxidhalten sjunker tillbaka till normalt värde.

• Låt en person sitta i kammaren och hålla andan i en minut. Vad händer med mätresultaten?

Koldioxidhalten går inte upp så fort, luftfuktigheten påverkas också. Vattenånga i utandningsluften.

• Ställ in en lykta med låga och mät ändringen i koldioxidhalten. Jämför mätresultaten med när en person sitter i kammaren. *Brukar öka kraftigt.*

Uppföljning

• Varifrån kommer koldioxiden i klimatkammaren? Förbränning. *Både ljuset och du har förbränningsprocesser.*

• I vilket experiment skapas mest koldioxid? Hur fort går det?

• Uppskatta tiden det skulle ta att komma upp i 1000 ppm för en person i kammaren; för en låga?

• Vad kommer att hända med koldioxidhalten i ett rum med 200 kubikmeter och 30 människor?

Information

Lågan är ett exempel på förbränning. Din kropp förbränner din mat, vid de flesta industriella processer används någon form av förbränning, i en bilmotor sker en förbränningsprocess, ett flygplan har en förbränningsmotor o.s.v.

Alla djur och all förbränning (syre) producerar koldioxid. Kammaren kan vara ditt klassrum, din stad, ditt land, din planet. Försöker lyfta perspektivet från mätningen i kammaren till rummet där man bor, till ens hus, till en global situation. Uppföljning.

När man bränner upp 1 kg olja eller bensin, frigörs ungefär 12 kWh (kilowattimmar) energi. Samtidigt leder det till ett utsläpp av drygt 3 kg koldioxid. För varje kg utsläppt CO2 får man alltså ut cirka 4 kWh energi. Tag reda på motsvarande för andra energislag?

Normal koldioxidhalt, över marina ytor, var februari 2019 enligt NOAA och Global Greenhouse Gas Reference Network 411 ppm. Ett år tidigare var den 408 ppm. (NOAA: National Oceanic and Atmospheric Administration, USA) Förindustriellt värde är något under 300 ppm, uppgifter varierar mellan 260 och 290 ppm. Över längre tid så fluktuerar värdena mellan 200 och 300 ppm över någotsånär cykliska perioder på 100 000 år de senaste 800 000 åren.

Koldioxidhalten anges som parts per million (miljondelar) ppm. Andelen beräknas som antalet koldioxidmolekyler dividerat med totala antalet molekyler (även koldioxid) i luften, dock ej vattenmolekyler (torr luft). 0,000400 = 400 ppm. Andelen vatten i luft är cirka 0,5 till 2 procent och behövs ej korrigeras för.

Kräver kunskaper om miljondelar, ppm. Kammare behöver inte vara en klimatkammare. Kan vara ett litet rum utan ventilation.

Frågeställningar

Hur tror du att koldioxidhalten i ett rum påverkas av att det finns: • människor i rummet? • brinnande stearinljus i rummet?

Materiel

Ett klassrum med människor. Utrustning för mätning av koldioxidhalt. En IC-meter fungerar bra.

BILD Klassrum, stearinljus, växter?

Experiment

Experimentet består av några delexperiment som ska jämföras.

Experiment 1: Referensexperiment

• Kontrollera att utrustningen fungerar.
• Mät under några dagar, alternativt en typisk dag med elever i klassrummet.
• Diskutera hur en typisk dag ser ut och varför. Diskutera eventuella variationer eller avvikelser. Vilket värde har ni på andelen koldioxid då rummet är utvädrat? (ppm)

Experiment 2: Kan vi höja koldioxidhalten?

• Stäng av ventilationen och täta eventuella större hål i rummet: tröskel, ventilationsgaller o.s.v.
• Alla utför någon fysisk ansträngning: armhävningar, hoppa...

Experiment 3: Förbränning

• Låt en del av lektionen pågå och observera om mätningarna ser normala ut.
• När en del av lektionen pågått så tänd stearinljus eller fotogenlyktor. Observerar ändringen i koldioxidhalt.

Experimenten kan varieras mycket. Fundera om det finns något mer ni kan experimentera med i just er situation på er skola?

Man kan göra mindre experiment i mindre rum, exempelvis grupprum.

Olika grupper kan göra olika experiment och sedan redovisa och diskutera.

Uppföljning

• Varifrån (vilka processer) kommer koldioxiden i klassrummet då endast människor är i rummet? ppm koldioxid per minut?

• Varifrån (vilka processer) kommer koldioxiden i klassrummet då endast ett brinnande ljus är i rummet? ppm koldioxid per minut?

• Vad producerar mest koldioxid per minut, du eller det brinnande ljus ni använde?

Information

Normal koldioxidhalt, över marina ytor, var februari 2019 enligt NOAA och Global Greenhouse Gas Reference Network 411 ppm. Ett år tidigare var den 408 ppm. (NOAA: National Oceanic and Atmospheric Administration, USA) Förindustriellt värde är något under 300 ppm, uppgifter varierar mellan 260 och 290 ppm. Över längre tid så fluktuerar värdena mellan 200 och 300 ppm över någotsånär cykliska perioder på 100 000 år de senaste 800 000 åren.

Koldioxidhalten anges som parts per million (miljondelar) ppm. Andelen beräknas som antalet koldioxidmolekyler dividerat med totala antalet molekyler (även koldioxid) i luften, dock ej vattenmolekyler (torr luft). 0,000400 = 400 ppm.

Kopierat och inspirerat av http://www.carboeurope.org/education/indoorhands.php

Frågeställningar

Hur kan alla energislag samverka?

Materiel

Ett vattenkraftverk, ett vindkraftverk, en solcell (ett laddningsbart batteri, en vevgenerator). 3 parallellkopplade lysdioder.

Experiment

• Starta vattenkraftverket, vindkraftverket och solcellen och låt alla 3 lysdioderna lysa. Koppla bort dem en och en och se lysdioderna lysa svagare och svagare. Koppla bort dem i följande ordning: Koppla först bort vattenkraftverket, sedan vindkraftverket och sist solcellen.

• (Vilken roll spelar det laddningsbara batteriet? Varför finns den med; vilket problem ska den lösa?)

Uppföljning

• Vilka variationer uppkommer i energiförsörjningen på grund av årstids- och dygnsvariationer?

• Moderna tvättmaskiner kan startas med hjälp av en klocka. ”Bekvämt, då kan jag starta den när jag inte är hemma” kanske man tänker. Vad är egentligen fördelen för energisystemet att man kan starta en tvättmaskin med hjälp av en klocka?

• Hur ska man få alla kraftverken att samverka och människorna att sprida sin energianvändning?

De olika kraftverkens effekter avspeglar naturligtvis inte alls relationerna i verkligheten. I uppställningen likriktas vindkraftverkets och vattenkraftverkets växelspänningar till likström, det finns ingen möjlighet att synkronisera dessa kraftverk. Lysdioderna är enkelriktade och måste kopplas till rätt polaritet. Om vevgenerator använd så beror ofta polariteten på vilket håll man vevar.

Frågeställningar

Vilket hus kräver minst energi för att upphettas?

Materiel

Några modeller av hus. Energibussen har kuber tillverkade av olika material. De upphettas med hjälp av en glödlampa och temperaturen mäts med en digital termometer kopplad till mätprogram. Linjal för bestämning av husens begränsningsarea.

Experiment

• Koppla in termometrar i de hus du vill mäta i.

• Kontrollera att termometrarna visar samma temperatur, så utgångsläget är ungefär lika.

• Ställ era hypoteser om vilket hus som kommer att upphettas snabbast. Varför tror ni det?

• Tänd glödlamporna i alla husen samtidigt.

• Anteckna temperaturändringarna.

• Låt temperaturerna stiga en stund.

• Under tiden temperaturen stiger: Ställ era hypoteser om vilket hus som kommer att svalna snabbast.

• Uppskatta de olika husens jämvikts/maximala temperaturer.

• Stäng av alla glödlampor samtidigt och låt husen svalna.

• Vilket hus svalnar snabbast? Hur bestämmer man det?

Detta kan vålla problem. Snabbast definieras som störst lutning i grafen vid en given temperatur. Lutningen måste tas för samma temperatur för varje hus! Förslag som brukar förekomma är: den som snabbast blir lägst, den som avtar snabbast då man precis stängt av glödlamporna (de har då olika temperaturer så de kan inte jämföras).

• Om du är bekant med formeln, som gäller vid jämvikt, så använd den för att beräkna de olika materialens U-värde. P är lampans effekt. A är kubens begränsningsarea.  är skillnaden mellan kubens jämviktstemperatur/max och omgivningens temperatur.

• Variationer och hypoteser:

    ◦ Om en fläkt blåser på husen vad händer då? Vad simulerar detta?
    ◦ Om det finns en stor sten eller en bägare med vatten i huset vad händer då?
    ◦ …

Uppföljningsfrågor

• Vilka var era hypoteser och stämde de? Varför? Varför inte?

• Vissa saker är lika i husens konstruktion (volymen t.ex.), andra saker i konstruktionen är olika (väggmaterial t.ex.). Varför är det så? Vad bör vara lika respektive olika?

Kan vara besvärligt. Volymen är konstant så samma mängd luft ska värmas. Väggarna är lika tjocka så det i en enkel mening är lika lång transportväg för energin. För U-värdet måste begränsningsarean vara lika. U-värdet (tidigare K-värde) är inte för ett visst material utan för en viss konstruktion men samma area. Arean bör dessutom vara plan, inte vinklade sammansatta som i detta fall. Massorna är inte lika. Om mer massa ska upphettas tar det inte längre tid då? Det är inte heller samma antal atomer/molekyler. Om fler atomer/molekyler ska upphettas med samma energimängd kan det inte bli lägre temperatur då? Borde inte väggarna ha samma massa eller lika antal atomer/molekyler? Skillnaden mellan värmeledning(värmekonduktivitet), värmeövergång(gränsyta) och värmelagring(värmekapacitivitet) kan vara intressant (och förvirrande). Se t.ex. Mats Areskougs bok ’Miljöfysik’ kap 16 (även i andra kapitel). För att isolera ett hus finns det ofta ytterligare restriktioner rent praktiskt

• På internet finns tabeller med olika U-värden. Säljare av fönsterglas anger ofta U-värde. Vanligt är också att man anger värmekonduktivitet.

Frågeställningar

Hur kan man förbättra energihushållningen i redan byggda hus, d.v.s. energisanera dem?

Uppföljning

Utifrån Energibussens experiment kan följande diskuteras:

• På vilka sätt förlorar ett hus sin energi så det blir kallt i rummen? Vad kan man göra för att hålla temperaturen i ett hus?

Detta har behandlats i ledning, konvektion och strålning.

• Varför kan inomhusklimatet påverkas negativt av en oförsiktig energisanering?

Behandlats i experimenten om koldioxid.

• Vad kan man göra för att kombinera olika energikällor? Varför är det viktigt?

Experimentet om samverkan.

• Vad kan man göra för att sprida människors energianvändning? Varför är det viktigt?

• Vilken/Vilka process/er producerar koldioxid?

• För att värma ett hus använder vi ofta förbränning av fossila bränslen. Vad finns det för andra sätt?

• Vad är ett noll-energihus?

• Vet du någonstans där man använder samma energi mer än en gång? Ge förslag på fler möjligheter att använda samma energi mer än en gång.

Detta är en stor del av den nutida energisaneringen. Läs t.ex. om DH, District Heating och LTDH, Low Temperature District Heating. Ofta kan värmeenergi från industrin användas för att värma bostäder. T.ex. kan el ha använts i en industri för att driva motorer. Djur i stall kan användas för att upphetta hus. Ishall kopplat till badhus. Värmepumpen flyttar energi från den ena till den andra. I lågenergihus används även de 100 W som en människa avger. I en bil används motorn för att värma kupén. När man ventilerar ett rum används värmeväxlare för att ta hand om värmeenergin i den utgående luften som då upphettar den ingående luften.