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Sensoreneinsatz zur Erfassung des Mikroklimas

Mit dem Vestischen Klimapakt hat der Kreis Recklinghausen die Zielvorgabe ausgegeben die Umweltbildung an den Berufskollegs mit praxisorientierten Projekten zu fördern.

Dazu hat das Katasteramt der Kreisverwaltung Recklinghausen und das Berufskolleg Ostvest (BKO) eine Kooperationsvereinbarung geschlossen, die eine intensive Zusammenarbeit in den Bereichen Sensoren, Sensordaten, Funktechnologie und Zusammenführung der gesammelten Daten mit den Kataster- und Fernerkundungsdaten der Kreisverwaltung beinhaltet.

Vor diesem Hintergrund hat das Berufskolleg Ostvest, Bereich Technik-Wirtschaft-Informatik, vor einiger Zeit das Projekt Mikroklima gestartet. Konkret sollen hier Erkenntnisse über das kleinräumige Mikroklima an ausgewählten Standorten im Kreisgebiet gewonnen werden. Verantwortlicher Projektleiter ist Ernst Schulz, Lehrer am BK Ostvest.Das Projekt wurde bereits in Castrop-Rauxel, Datteln und Haltern am See erfolgreich initiiert und wird Seitens des Kreises, durch das Katasteramt und das Team Klima, vollumfänglich unterstützt.

Mit Hilfe von Herrn Schulz bauen die Schülerinnen und Schüler im Unterricht entsprechende elektronische Bauteile der Messtechnik und verknüpfen diese zu Sensoren. Das zugehörige Schutzgehäuse der Temperaturmesseinheit wird mittels eines 3D-Druckers ebenfalls selbst hergestellt, so dass die jungen Erwachsenen zugleich an die 3D-Drucktechnik herangeführt werden, die heute in vielen Berufsbranchen bereits um Einsatz kommt. Entstanden ist somit ein Portfolio aus Messtechnik und Sensoren für Temperatur, Luftdruck und Luftfeuchtigkeit, Windgeschwindigkeit und jetzt neu auch für die Erfassung der Bodenfeuchtigkeit. Die erstellten Sensoren übernehmen die Funktion von Mini-Wetterstationen und liefern im Ergebnis sogenannte Kerndaten. Diese lassen sich nach entsprechender Aufbereitung in Grafiken und Diagrammen abbilden und zeigen so eine detaillierte Darstellung des vorherrschenden Mikroklimas. Anhand der ermittelten Messwerte können so auch Erkenntnisse über das kleinräumige Klima gewonnen werden.

Die einzelnen Sensoren sind dabei in einem Sensorennetzwerk miteinander verbunden, welches aus einer Vielzahl von autarken Messfühlern besteht und so insgesamt ein umfassendes Bild des lokalen Mikroklimas aufzeichnet. Die Datenübertragung erfolgt an eine zentrale Datenbank und nutzt hierfür den IoT-Funkstandard LoRaWAN (Long Range Wide Area Network). Hierfür wurde mehrere LoRaWAN-Gateways errichtet.

Die Ergebnisse werden in eine Zeitreihendatenbank beim Katasteramt der Kreisverwaltung überführt, in der die Messwerte langfristig gespeichert werden. So werden auch Beobachtungen von Entwicklungen der gemessenen Werte erkenn- und auswertbar.

Wissenschaftliche Anknüpfungspunkte und Unterstützung erfährt das Projekt von verschiedenen Seiten wie z.B. der Ruhr-Universität Bochum - Urban Climatology (Prof. Dr. Benjamin Bechtel), der Technischen Hochschule Georg Agricola - Forschungszentrum Nachbergbau (Prof. Dr. Tobias Rudolph) und der Westfälischen Hochschule Fachbereich Elektrotechnik, Mathematik und Informatik (Prof. Dr. Christian Kuhlmann).

Darüber hinaus werden die Sensor-Daten auf dem Klimaportal des Kreises und der Plattform opensense.map dargestellt und sind somit auch für alle interessierten Bürgerinnen und Bürger einsehbar.

Im Ergebnis führt das Projekt zu einer klassischen Win-Win-Situation:

• Die Städte können die Messdatenergebnisse kostenfrei nutzen, z.B. als zusätzliche Dateninformationen bei der Klimabeobachtung (Erfassung Temperatur, Luftfeuchtigkeit, …) und so vorhandene Klimaanalysen ergänzen, um auch mit Hilfe dieser Informationen zur Auswahl geeigneter, daraufhin abgestimmter Maßnahmen und Projekte zu kommen. Zudem können als Ausbauoption auch weitere Daten erfasst werden, so ist z.B. die Erfassung der UV-Strahlungsintensität möglich. Diese Daten wären zusätzlich zum Solarkataster von besonderem Interesse bei der detaillierten Standortwahl von Photovoltaikanlagen.

• Für die Schülerinnen und Schüler des Berufskollegs ist dies ein spannendes Anwendungsprojekt im Bereich des naturwissenschaftlichen Unterrichts, welches eine zusätzliche Qualifikation für den Arbeitsmarkt darstellt und Einblicke in praxisbezogene Berufsfelder ermöglicht. Das Projekt vermittelt praktische Kenntnisse zur Anwendung von neuen preisgünstigen und leistungsfähigen Sensoren und bietet den Schülerinnen und Schülern die Möglichkeit, eine neue digitale Technologie, eine Funktechnologie der Zukunft LoRaWAN, kennen zu lernen und umweltorientiert anzuwenden und ermöglicht darüber hinaus den Einblick in das wissenschaftlich Arbeiten an den beteiligten Hochschulen.

• Zudem trägt das Projekt, sowohl für die Schülerinnen und Schüler, als auch für alle interessierten Bürgerinnen und Bürger, dazu bei die frei zugänglichen Ergebnisse auf dem Klimaportal des Kreises zu beobachten und sich so des Klimawandels und seiner konkreten, lokalen Auswirkungen bewusst zu werden. Somit dient das Projekt insgesamt der Schärfung des Umwelt- und Klimabewusstseins.