資源簡介

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第二十二章 能源與可持續發展
第3節 跨學科實踐：為節約能源設計方案
學習目標
1.認識能量的轉移和轉化具有方向性；了解什么是材料的熱導率。
2.理解環境保護與可持續發展的關系，提出節能減排的措施，樹立節能意識。
3.利用所學知識解決實際問題，提高跨學科知識應用能力。
4.能在跨學科實踐中不斷發現問題，解決問題。
一、項目提出
你在生活中見到了哪些浪費能源的情況？
電資源浪費、水資源浪費、燃氣資源浪費、交通資源浪費等。
《節能減排 綠色生活》
能量的轉移和轉化具有方向性，我們要為節能和環保做出貢獻，可以從優化家中能源的使用入手，制訂優化家庭能源使用的方案。
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1.了解家庭使用能源的具體情況，你的家庭中使用了哪些能源？
二、項目分析
3.請你為家庭節約能源提出優化方案，分析有效性和可行性，討論交流，并對方案進行改進。
電能、煤、天然氣、木柴、太陽能、水能等。
2.你的家庭中以哪些能源為主？
電能、天然氣、煤氣……。
請你將課前調查家庭中能源的使用情況，填寫在自己設計的表格中，也可以參照課本201頁“表1”。
三、項目實施
1.調查家中能源的使用情況
說明自己家中能源的使用情況，包括使用的能源的種類、用途，哪種能源使用的最多，大致消耗的數量等。
小組交流
2.選取優化對象與確定改進方法
（1）根據調查結果，思考家中哪些方面的能源使用可以優化，哪些是要優先改進的。
家庭用電的優化，天然氣的優化，燃油車使用的優化等。
（2）優化能源的使用方法有哪些？
節約能源
使用新能源（如太陽能、地熱能等）
利用技術手段提高能源利用率（如為房屋加保溫層，減少能量損失；使用新能源汽車代替燃油車等）
項目實施
（3）確定節能方法時，需要從哪些角度分析？如何分析？以新能源汽車代替燃油汽車為例進行分析。
①比較新能源汽車是否節約能源，是否環保，相同速度下比較“百公里耗電”和“百公里耗油”，還要考慮新能源汽車的電池使用時間。
②還要考慮家庭出行需要，需要分析出行的時間，新能源汽車的續航里程，充電樁的多少、充電時間、電池在不同天氣衰減程度等。
項目實施
（1）明確思路、選取材料
3.制定與檢驗設計方案
以課本中的方案一進行研究，研究為房屋加裝保溫層后節能情況。
保溫材料的厚度、干燥程度、與外界的接觸面積、外界的溫度、熱導率等。
①使用保溫材料的原理是什么？
減少與外界的熱傳遞。
②材料的保溫性能與哪些因素有關？
項目實施
熱導率是物質導熱能力的量度，熱導率高的物質是優良的熱導體，如金屬；熱導率低的物質則是熱的不良導體或熱絕緣體，如空氣。
不同材料的熱導率
材料 熱導率[W·(m·℃)－1] 材料 熱導率[W·(m·℃)－1]
鋁 236 木材 1.2
玻璃 1.1 混凝土 1.3
空氣 0.2 聚苯板 0.03
紙張 0.03 …… ……
材料的厚度越大、熱導率越小，與外界的接觸面積越小，材料就能減緩熱量損失。
③熱導率
選擇保溫材料時，應選擇熱導率小的材料，減少熱傳遞。
項目實施
常見的保溫材料。有礦棉、巖棉、玻璃棉、擠塑板等。
巖棉
擠塑板
玻璃棉
礦棉
項目實施
⑤分析課本202頁“表2”，什么材料適合用做保溫材料？
從表中選擇1～2種填寫在課本204頁表格中進行比較。并大致說明選擇的理由。
材料名稱 熱導率 環保性 價格 耐火性 易安裝程度 ……
材料1
材料2
材料3
……
根據各種材料的保溫性能對比，應選擇熱導率低的聚苯板做保溫材料，窗戶選擇中空的雙層玻璃，入戶門選擇鋁合金、雙層玻璃門，房間門選擇木門。
④除了考慮保溫材料的熱導率外，還要考慮哪些因素？
材料的環保性、價格、防火性能、吸水性、強度、是否容易安裝等。
項目實施
聚苯板是采用聚苯乙烯樹脂為主要成分，通過物理或化學發泡工藝制成的泡沫材料，其結構輕便且具有良好的隔熱性能。
聚苯板容易燃燒，施工時應采取額外的防火措施以確保安全。

項目實施
聚苯板小資料
聚苯板的常見規格：
1.2米× 0.6米：適用于一般建筑保溫需求。
2.4米 × 1.2米：適合大面積施工，減少接縫，提高施工效率。
厚度：
10毫米：用于輕度保溫需求，通常應用于薄層保溫或隔音。
20毫米：適合一般保溫需求，如外墻保溫、地面保溫等。
30毫米：用于墻體和屋頂的中等保溫需求。
50毫米：適合較高保溫要求的場所，如冷庫、鋼結構屋面等。
60毫米：用于需要更高保溫效果的建筑部分，例如屋頂保溫。
75毫米、100毫米：用于特別需要高保溫性能的場所。
（2）確定方案
①哪些部位安裝保溫材料？
外墻、屋頂、窗戶、入戶門等。
②保溫材料的規格、尺寸？
提示：根據“家”的模型來確定保溫材料的規格。
項目實施
表4 房屋保溫的設計方案
安裝位置 安裝尺寸 所需材料 處理方式 備注
外墻1
外墻2
窗戶1
窗戶2
入戶門
……
③門窗怎樣做保溫處理？
入戶門、窗戶加保溫材料，做密封處理（如加密封條、打膠等）。
把設計方案填寫在 “表4”中。
項目實施
（3）制作模型與測試
小組做好分工，分工合作制作模型。
1.制作簡易模型來模擬家，如紙箱、木箱等。
2.把保溫材料安裝在“家”的各個部位，如外墻、屋頂、窗戶、入戶門等。
3.檢驗保溫效果，將溫度計分別放在沒有保溫材料和有保溫材料的“家”的模型內，各小組把制作好的模型放在電暖風或電吹風旁邊，經過相同的時間比較“家”中溫度計的示數變化情況。
項目實施
1. 展示你們小組制作的“家”的模型，并說明制作過程，用實驗數據來說明保溫效果。說明制作過程中遇到的困難、是怎樣處理的？
四、展示交流
3.反思節約能源設計方案是否合理，課后與同學進行交流，對你的設計方案進行優化。
2.歸納具體的家庭能源使用的優化方法，如果你的家庭按照設計方案優化能源的使用，每年會節約多少能源？如果全國所有家庭都采取類似的措施會節約多少能源？
1.生活中常用的保溫材料還有哪些？請查找資料，綜合考慮多方面因素，為你的家庭選擇合適的保溫材料。
2.閱讀課本204頁“方案二”為家庭用車提供建議，提出相關的建議，并形成報告，小組內交流，全班評選優秀報告進行表揚。
課后作業

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