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第二十二章 能源与可持续发展
第3节 跨学科实践：为节约能源设计方案
学习目标
1.认识能量的转移和转化具有方向性；了解什么是材料的热导率。
2.理解环境保护与可持续发展的关系，提出节能减排的措施，树立节能意识。
3.利用所学知识解决实际问题，提高跨学科知识应用能力。
4.能在跨学科实践中不断发现问题，解决问题。
一、项目提出
你在生活中见到了哪些浪费能源的情况？
电资源浪费、水资源浪费、燃气资源浪费、交通资源浪费等。
《节能减排 绿色生活》
能量的转移和转化具有方向性，我们要为节能和环保做出贡献，可以从优化家中能源的使用入手，制订优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体情况，你的家庭中使用了哪些能源？
二、项目分析
3.请你为家庭节约能源提出优化方案，分析有效性和可行性，讨论交流，并对方案进行改进。
电能、煤、天然气、木柴、太阳能、水能等。
2.你的家庭中以哪些能源为主？
电能、天然气、煤气……。
请你将课前调查家庭中能源的使用情况，填写在自己设计的表格中，也可以参照课本201页“表1”。
三、项目实施
1.调查家中能源的使用情况
说明自己家中能源的使用情况，包括使用的能源的种类、用途，哪种能源使用的最多，大致消耗的数量等。
小组交流
2.选取优化对象与确定改进方法
（1）根据调查结果，思考家中哪些方面的能源使用可以优化，哪些是要优先改进的。
家庭用电的优化，天然气的优化，燃油车使用的优化等。
（2）优化能源的使用方法有哪些？
节约能源
使用新能源（如太阳能、地热能等）
利用技术手段提高能源利用率（如为房屋加保温层，减少能量损失；使用新能源汽车代替燃油车等）
项目实施
（3）确定节能方法时，需要从哪些角度分析？如何分析？以新能源汽车代替燃油汽车为例进行分析。
①比较新能源汽车是否节约能源，是否环保，相同速度下比较“百公里耗电”和“百公里耗油”，还要考虑新能源汽车的电池使用时间。
②还要考虑家庭出行需要，需要分析出行的时间，新能源汽车的续航里程，充电桩的多少、充电时间、电池在不同天气衰减程度等。
项目实施
（1）明确思路、选取材料
3.制定与检验设计方案
以课本中的方案一进行研究，研究为房屋加装保温层后节能情况。
保温材料的厚度、干燥程度、与外界的接触面积、外界的温度、热导率等。
①使用保温材料的原理是什么？
减少与外界的热传递。
②材料的保温性能与哪些因素有关？
项目实施
热导率是物质导热能力的量度，热导率高的物质是优良的热导体，如金属；热导率低的物质则是热的不良导体或热绝缘体，如空气。
不同材料的热导率
材料 热导率[W·(m·℃)－1] 材料 热导率[W·(m·℃)－1]
铝 236 木材 1.2
玻璃 1.1 混凝土 1.3
空气 0.2 聚苯板 0.03
纸张 0.03 …… ……
材料的厚度越大、热导率越小，与外界的接触面积越小，材料就能减缓热量损失。
③热导率
选择保温材料时，应选择热导率小的材料，减少热传递。
项目实施
常见的保温材料。有矿棉、岩棉、玻璃棉、挤塑板等。
岩棉
挤塑板
玻璃棉
矿棉
项目实施
⑤分析课本202页“表2”，什么材料适合用做保温材料？
从表中选择1～2种填写在课本204页表格中进行比较。并大致说明选择的理由。
材料名称 热导率 环保性 价格 耐火性 易安装程度 ……
材料1
材料2
材料3
……
根据各种材料的保温性能对比，应选择热导率低的聚苯板做保温材料，窗户选择中空的双层玻璃，入户门选择铝合金、双层玻璃门，房间门选择木门。
④除了考虑保温材料的热导率外，还要考虑哪些因素？
材料的环保性、价格、防火性能、吸水性、强度、是否容易安装等。
项目实施
聚苯板是采用聚苯乙烯树脂为主要成分，通过物理或化学发泡工艺制成的泡沫材料，其结构轻便且具有良好的隔热性能。
聚苯板容易燃烧，施工时应采取额外的防火措施以确保安全。

项目实施
聚苯板小资料
聚苯板的常见规格：
1.2米× 0.6米：适用于一般建筑保温需求。
2.4米 × 1.2米：适合大面积施工，减少接缝，提高施工效率。
厚度：
10毫米：用于轻度保温需求，通常应用于薄层保温或隔音。
20毫米：适合一般保温需求，如外墙保温、地面保温等。
30毫米：用于墙体和屋顶的中等保温需求。
50毫米：适合较高保温要求的场所，如冷库、钢结构屋面等。
60毫米：用于需要更高保温效果的建筑部分，例如屋顶保温。
75毫米、100毫米：用于特别需要高保温性能的场所。
（2）确定方案
①哪些部位安装保温材料？
外墙、屋顶、窗户、入户门等。
②保温材料的规格、尺寸？
提示：根据“家”的模型来确定保温材料的规格。
项目实施
表4 房屋保温的设计方案
安装位置 安装尺寸 所需材料 处理方式 备注
外墙1
外墙2
窗户1
窗户2
入户门
……
③门窗怎样做保温处理？
入户门、窗户加保温材料，做密封处理（如加密封条、打胶等）。
把设计方案填写在 “表4”中。
项目实施
（3）制作模型与测试
小组做好分工，分工合作制作模型。
1.制作简易模型来模拟家，如纸箱、木箱等。
2.把保温材料安装在“家”的各个部位，如外墙、屋顶、窗户、入户门等。
3.检验保温效果，将温度计分别放在没有保温材料和有保温材料的“家”的模型内，各小组把制作好的模型放在电暖风或电吹风旁边，经过相同的时间比较“家”中温度计的示数变化情况。
项目实施
1. 展示你们小组制作的“家”的模型，并说明制作过程，用实验数据来说明保温效果。说明制作过程中遇到的困难、是怎样处理的？
四、展示交流
3.反思节约能源设计方案是否合理，课后与同学进行交流，对你的设计方案进行优化。
2.归纳具体的家庭能源使用的优化方法，如果你的家庭按照设计方案优化能源的使用，每年会节约多少能源？如果全国所有家庭都采取类似的措施会节约多少能源？
1.生活中常用的保温材料还有哪些？请查找资料，综合考虑多方面因素，为你的家庭选择合适的保温材料。
2.阅读课本204页“方案二”为家庭用车提供建议，提出相关的建议，并形成报告，小组内交流，全班评选优秀报告进行表扬。
课后作业

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