Montessori High School Minor

Transcriptie

1 Titel: Zonneboiler Montessori High School Minor Korte beschrijving van de Minor: Het begrip duurzaamheid kom je steeds vaker tegen in de maatschappij. Bij deze minor ga je zelf een product ontwerpen en een prototype maken, waarbij duurzaamheid steeds een rol speelt. Van het product maak je een prototype, wat je uiteindelijk gaat presenteren. II Algemene informatie: Relatie met vak of vakken: Natuurkunde, Scheikunde, Techniek Begeleidend docent: Dug Beoordelend docent: Dug Leerjaren: 1/2 ELOS Interprofiel: interscience Maximaal aantal personen: 2 groepen, max 4 per groep Omvang: 7 uren Aantal punten: 1 Verplicht voor: Niemand Keuze voor: Iedereen Wijze van afsluiting: Procesverslag + presentatie II Algemene vaardigheden: Probleemoplossend samenwerken Reflecteren op resultaten Informatie zoeken, verwerken en presenteren Kennis integreren en toepassen Oriënteren op studie en beroep IV EIO Domeinen: III Montessori karakteristieken: Hoofd, hart en handen Leren kiezen Samenhang in leerstof Binnen en buiten school V Vakspecifieke doelen: Ontwerpen Onderzoeken Aanpassen Reflecteren

2 Aanvullende informatie: Doel van de minor: - Zelfstandig probleemoplossend onderzoeken en ontwerpen Relatie met het vak: - Je traint je onderzoeksvaardigheden door te onderzoeken, ontwerpen, reflecteren, aanpassen, enz. Daarnaast wordt een link gelegd tussen het vak en de praktijk Beoordeling: - De minor wordt beoordeeld aan de hand van het proces en het eindresultaat. De minor telt niet mee voor het vak. Wijze van afsluiting: - De minor wordt afgesloten met een schriftelijk verslag van de bijbehorende opdrachten en een presentatie van het eindwerk. Extra informatie - De materialen die je onderweg nodig hebt moet je zelf opzoeken. Sommige materialen zijn op school aanwezig, sommige moet je zelf gaan halen of meenemen van thuis. - De praktische werkzaamheden kun je uitvoeren in de werkplaats - Benodigde documenten die je in de taken tegenkomt kun je vinden op onder kopje Minor

3 Opdracht zonneboiler Probleem Zonneboilers worden gebruikt om water te verwarmen met zonne-energie. Een beetje zonneboiler verdient zich na een jaar of tien terug. Door gebruik van goedkopere materialen kan de prijs misschien worden verlaagd. Bij een lagere prijs zullen meer mensen overgaan tot gebruik van een zonneboiler. Ook de energie opbrengst kan nog flink worden verbeterd. Je hoeft niet direct te denken aan zonnecellen. In veel zonnecollectoren beschijnt de zon een zwarte metalen plaat. Die wordt dan flink warm. Opdracht Ontwerp een zonneboiler met een zo hoog mogelijke rendement en een zo laag mogelijke prijs. Taken Je werkt in een groep van twee of drie personen aan deze opdracht. Je houdt een logboek bij waarin je het hele ontwerpproces vastlegt. Je werkt volgens het stappenplan, dat je helpt de ontwerpopdracht stap voor stap tot een goed einde te brengen. Technisch ontwerpen is een proces, waarbij je vaak teruggaat naar eerdere stappen. Je bedenkt bijvoorbeeld nieuwe uitwerkingen als bij het testen blijkt dat het niet helemaal werkt zoals Goedkoop, maar duurzaam en efficiënt? verwacht. Soms moet je besluiten om vanaf een eerdere stap opnieuw te beginnen. Ook zal het voorkomen dat je vooruit kijkt en alvast rekening houdt met volgende stappen. Doe dat gerust: je ontwerp zal er beter van worden. De stappen in het ontwerpproces zijn in nevenstaande cyclus in beeld gebracht. Duurzaamheid loopt als een rode draad door het hele proces heen. Bij iedere stap moet je er rekening mee houden. Tijdens het ontwerpproces ga je (deel)uitwerkingen ook op duurzaamheid controleren. Raadpleeg bij de stappen tijdens de ontwerpcyclus de vraagbaak voor suggesties.

4 Taak 1. Probleem beschrijven en analyseren Zoek op het Internet met zonneboiler, zonnecollector e.d. om ideeën op te doen. Schets daarna op werkblad 1 een blokschema van een zonneboiler. Bedenk welke invoer, uitvoer en processen van belang zijn bij een zonneboiler. Gebruik de Triple P methode om na te gaan met welke duurzaamheidaspecten je in je ontwerp rekening zou kunnen houden. Taak 2. Stel een programma van eisen op (PvE) Je verkenning bij taak 1 leidt tot eisen waaraan je zonneboiler dient te voldoen. Bedenk ook wat belanghebbenden voor eisen kunnen stellen aan het systeem. Bedenk tevens belangrijke eisen als het om duurzaamheid gaat. Vul werkblad 2 Programma van eisen in. Taak 3. Ideeën verzamelen en oplossingen bedenken Zet je ideeën in de ideeëntabel van werkblad 3. Bedenk welke taken en eigenschappen de zonneboiler moet hebben. Zet ze als werkwoorden in de linker kolom van de ideeëntabel. Brainstormen: Bedenk per taak of eigenschap meerdere oplossingen. Zet die in trefwoorden onder uitwerkingen. Taak 4. Toetsen op duurzaamheid Als het goed is bevat de ideeëntabel nu meerdere oplossingen. Gebruik de Quick Scan methode om te toetsen welke oplossing het meest duurzaam is. Taak 5. Ideeëntabel bijstellen Tijdens het toetsen op duurzaamheid ben je misschien op nieuwe duurzamere oplossingen gekomen. Pas zonodig de ideeëntabel aan. Taak 6. Ontwerpvoorstel maken De ideeëntabel bevat nu meerdere oplossingen die een duurzaamheidtest hebben doorstaan. Niet duurzame oplossingen worden niet meegenomen in het ontwerpvoorstel. Voor het maken van een ontwerpvoorstel kies je uit de tabel de meest duurzame oplossing uit iedere regel. Neem in je voorstel ook het uitvoeren van metingen of het gebruik van een meet- en regelsysteem mee. Als je temperatuur, lichtintensiteit of stromingssnelheid wil meten kijk dan in de vraagbaak voor een paar suggesties. Taak 7 en 8. Ontwerp realiseren, testen en evalueren Leg het ontwerpvoorstel ter goedkeuring voor aan je docent. Als het ontwerpvoorstel goedgekeurd is, bouw je een prototype. Dat wordt daarna getest. De uitkomsten worden gebruikt om het prototype te evalueren. Je kijkt daarbij of het voldoet aan het programma van eisen. Geef bij de evaluatie aan op welke punten je ontwerp nog verbeterd zou kunnen worden.

5 Zonneboiler Werkblad 1 Probleemoriëntatie Schets hieronder een blokschema van de zonneboiler. Ga na of je antwoord kan geven op de volgende vragen: 1. Welke mogelijkheden zijn er voor rendementsverbetering? 2. Welke mogelijkheden zijn er om (materiaal)kosten te besparen? 3. Kun je schattingen maken van: - Maximale en gemiddelde energieopbrengst per m² collectoroppervlak. - Hoelang het minimaal duurt om een hoeveelheid water met zonne-energie tot een bepaalde temperatuur op te warmen. 4. Is het voordelig om ook in de winter zonnewarmte te gebruiken? UITKOMSTEN TRIPLE P ANALYSE Geef hieronder aan met welke invalshoeken je uit oogpunt van duurzaamheid rekening wilt houden bij je ontwerp

6 Zonneboiler Werkblad 2 Programma van Eisen Het ontwerp moet aan de volgende eisen voldoen: 1. Een zo hoog mogelijk rendement 2. Een zo laag mogelijke prijs Vul deze eisen verder aan hieronder aan met duurzaamheideisen (ten minste twee):

7 Zonneboiler Werkblad 3 De Ideeëntabel Geef in de tabel aan wat je aan ideeën bedenkt. Doe dat met trefwoorden of schetsen. Je kunt ook op een apart vel tekenen. Schrijf dan het nummer van de uitwerking erbij (bijvoorbeeld 1D). Hoe kun je 1 zonne-energie opvangen Mogelijke uitwerkingen A B C D 1A 1B 1C 1D water langs water door metalen plaat metalen buisjes 2 2A 2B 2C 2D 3 3A 3B 3C 3D Rendement verbeteren 4 4A 4B 4C 4D

8 Zonneboiler Werkblad 4 Het Ontwerpvoorstel Geef hieronder aan beargumenteerd aan welke deeloplossingen als meest duurzaam uit je Quick Scan analyse komen:

9 Beschrijf hieronder jullie ontwerpvoorstel. Maak op een apart vel schetsen en technische tekeningen van je gekozen ontwerp. Laat het ontwerpvoorstel door de docent controleren en ondertekenen voor Go/NoGo Handtekening docent Contract Bij deze aanvaarden ondergetekenden de opdracht om een prototype te maken volgens bovengenoemd ontwerpvoorstel. Ondergetekenden verklaren zich verantwoordelijk voor het uitvoeren van het voorstel en voor het testen van het prototype. Datum: Plaats: Handtekening leerling(en)

10 VRAAGBAAK bij de opdracht Zonneboiler Opmerkingen bij taak 1. Probleem beschrijven en analyseren Zoek op Internet naar begrippen als zonnewarmte, zonnecollector en zonneboiler. Zoek ook naar deze woorden op : Veel Engelstalige sites, plaatjes en schema s vind je bijvoorbeeld met solar water heating of solar boiler. Gebruik deze gegevens om je blokschema te verfijnen. Bedenk dat de warmte niet alleen wordt afgegeven aan water in de collector maar ook aan de lucht boven de plaat. Als warme lucht gaat stromen en wordt een gedeelte van de warmte weer ongebruikt afgevoerd. Opmerkingen taak 2. Stel een programma van eisen op Gebruik het werkblad Programma van eisen om de belangrijkste bevindingen bij taak 1 in de vorm van eisen vast te leggen. Formuleer de eisen bij voorkeur zo dat je ze in taak 7/8 kan testen. Ga ook vast eens na welke mogelijkheden je op school hebt om de kwaliteit van je ontwerp door metingen te testen. Opmerkingen taak 3. Ideeën verzamelen en (deel)oplossingen bedenken In de eerste kolom van de ideeëntabel zet je de belangrijkste taken en eigenschappen van het te ontwerpen systeem. De tabel is slechts een hulpmiddel om meerdere oplossingen te kunnen afwegen. Vul daarom alleen taken of eigenschappen in waarbij meerdere oplossingen mogelijk zijn en formuleer ze zo open mogelijk (de kleur van de collector moet zwart zijn levert bijvoorbeeld geen alternatieven op). Mogelijke bronnen voor taken en eigenschappen zijn je programma van eisen en bij taak 1 gevonden invalshoeken voor duurzaamheid. Opmerkingen taak 4. Toetsen op duurzaamheid Als het goed is zijn de cellen in je ideeëntabel nu gevuld met mogelijke uitwerkingen voor deelproblemen. Door ze te combineren kan je verschillende alternatieven voor je ontwerp afleiden. Gebruik de beschikbare ecotool Quick Scan om de twee meest belovende op duurzaamheid te vergelijken. Opmerkingen taak 5. Ideeëntabel bijstellen Via de Quick Scan kom je misschien op ideeën of verbeteringen die je nog niet in de tabel had staan. Opmerkingen taak 6. Ontwerpvoorstel maken Selecteer ideeën die je in je ontwerpvoorstel opneemt. Specificeer de onderdelen in je ontwerp zo nauwkeurig als mogelijk. Ga na hoe je de prestatie van je ontwerp kan testen en welke apparatuur je daarvoor tot je beschikking hebt. Als je verschillende grootheden over een langere tijd meet is het handig om een computer of een datalogger te gebruiken waarop sensoren (bijvoorbeeld voor licht en temperatuur) zijn aangesloten. Haal de thuisversie van Coach 5 ( maar eens op om enig idee te krijgen over de mogelijkheden die je met Coachlab II en Coach 5 tot je beschikking hebt.

11 Opmerkingen taak 7 en 8. Ontwerp realiseren, testen en evalueren Houd bij de constructie rekening met de plaatsing van thermometers of sensoren. Een absolute uitspraak doen over het rendement van je ontwerp is tamelijk ingewikkeld. Je bepaalt dan door metingen hoeveel zonne-energie op de collector valt. Daarbij moet je ondermeer rekening te houden met de spectrale verdeling van zonne-energie, de gevoeligheid van de lichtsensor bij verschillende golflengten, het oppervlak van de collector en de invalshoek van het zonlicht op de collector. Het vergelijken van twee ontwerpen die onder dezelfde omstandigheden worden belicht is in de praktijk eenvoudiger. Als er een andere groep in je klas aan dezelfde opdracht werkt zou je hiervoor een testprocedure kunnen ontwerpen.