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(共32张PPT)
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
素养目标
1.能结合家庭能源使用情况，准确识别出主要耗能环节，如采暖、制冷、热水、交通等，并说明其背后的能量转化过程。能运用热导率、保温材料特性等知识，解释为何选择特定材料可减少热量散失，建立“材料性能影响能量传递”的物理模型。
2.能通过对比分析不同能源类型(电能、天然气、汽油)的消耗量与效率，提出合理假设并设计验证路径。能在小组讨论中，基于证据(如能耗数据、成本估算)进行推理判断，形成支持或反对某项节能方案的逻辑链条.
3.能设计简易模型(如冰块降温模拟装置)，通过控制变量法测试保温材料的实际效果，记录并分析数据。能围绕“新能源汽车能否替代燃油车”这一议题，制定调查计划，收集包括续航里程、充电时间、气候影响等多维度信息
4.能主动反思自身家庭能源使用习惯，提出至少一项切实可行的节能改进建议，体现个体责任感。能在展示交流中尊重他人观点，理性表达意见，理解节能不仅是技术问题，更是关乎国家能源安全与全球生态的责任担当。
同学们，你们知道吗 我们每天烧茶煮饭、开灯、开空调、开车，这些看似平常的行为，正在悄悄消耗着地球的宝贵资源。
创设情境，引入新课
在一月上旬，老师收到了一份来自202
5年“家庭能源管家”的报告，这是一份关于我家过去一年能源使用的详细账单，让我们一起来看看发生了什么
其中列出:天然气 200m 、电器:电能1000kW·h、交通:汽油500L，并附有每项费用的金额及对应的二氧化碳排放量(约1.8吨)。
看到这份账单，你有什么感受 你觉得哪些项目最让你惊讶 为什么
今天，我们就化身“家庭能源工程师”，开启一场跨学科实践，为自己的家设计一套真正有效的节能方案!
思考:如果每个家庭都像这样使用能源，地球会怎样
我们每个人能做些什么
我们仅仅“随手关灯”“少开空调”“给空调设定温度”“出行路程近时，采用骑车出行”就够了吗 有没有更系统、更科学的方法来改善？
随手关灯
设定空调温度
路程近时骑车出行
项目提出
人们在生产生活中都会使用各种各样的能源。你在生活中都遇到过哪些浪费能源、污染环境的问题？
人离开灯还亮
水开了很久还在烧
水龙头坏了没及时维修
人不在，电视也没关机
想为节能和环保作出贡献，可以先从优化自己家中能源的使用入手，制订出一个优化家庭能源使用的具体方案。
随手扔掉的食物和放久烂了的食物
项目分析
1.要制订优化家庭能源使用的具体方案，首先应该了解什么？
了解家庭使用能源的具体情况。如包含“能源用途”“能源名
称”“能源类型”“年消耗量”的情况，要求根据自己家中的实际进行填写。
燃气费单、加油记录、家人回忆等方式获取，若无精确数据，可估算(如“每月照明用电约50度”)。
强调数据的来源:可通过电费单、
提醒注意事项:能源类型要区分“不可再生”与“可再生”;根据家庭实际情况统计数据时，单位要统一(如㎡、kW·h、L);鼓励标注来源。
家中利用的能源主要有三个方面，一是家用电器消耗____能，二是煮饭的
电
3.这是一个需要综合运用多学科知识的实践过程，老师鼓励大家积极思考，大胆提出想法。
引出家中的需要，有针对性地提出优化方案，分析它的有效性和可行性，并与他人交流讨论，对
2.了解情况后该如何做？每一个人根据自己家中情况来确定。
燃气灶和烧水的燃气热水器是利用________，三是汽车要消耗汽油，要节约能源需要从这三个方面入手。
天然气
方案进行改进。
总之，制订优化自己家庭能源使用的具体方案，首先应该了解家庭使用能源的具体情况，然后有针对性地提出优化方案，分析它的有效性和可行性，并与他人交流讨论，对方案进行改进。
项目实施
1. 调查家中能源的使用情况
调查家中能源的用途、类型，估算这些能源的消耗量。如下表是某同学以自己的家庭为例，列出的能源使用的主要情况。你可以参照此表，也可以根据自己的想法设计表格，统计自己家中能源的使用情况，并在表格中填写相应信息。
你可以参照此表，也可以根据自己 的想法设计表格，统计自己家中能源的使用情况，并在 表格中填写相应信息。
根据调查情况，可以了解家庭在一段时间内消耗能源的情况，估算每种用途的能源消耗量，确定哪些用途的能源消耗比较多。
例如，现在家庭中的采暖、制冷、生活热水、交通等，都可能是家庭消费能源的主要方面。小组统计。
电能
天然气
燃油
用途
使用时长
消耗量估算
能源
使用情况
2. 选取优化对象与确定改进方法
根据调查结果，思考家中在哪些方面的能源使用可以优化，哪些是要优先改进的。例如，现在家庭中的采暖、制冷、生活热水、交通等，可能是家庭消费能源的主要方面，可优先考虑。
小组讨论优化能源使用的方法，如使用太阳能等新能源、利用技
术手段提高现有能源的使用效率（如为房屋加保温层）、优化家庭用车行为等。
根据上面的调查结果，结合以下问题，思考如何选取优化对象，确定改进方法。
（1）根据实际的调查结果，思考家中在哪些方面的能源使用可以优化，其中又有哪些是要优先改进的。
从取暖、制冷、交通等等来考虑。取暖：采用热水回流的方式，尽量减少热量的损失；可以考虑安装太阳能热水器。
制冷：夏天高温时，不要把空调的温度设定得太低，设定为26℃；电冰箱里的食物不要放得太满，电冰箱的门不要长时间打开。
可以考虑使用太阳能或空气能电器，减少浪费。
交通：短距离时，尽量不开燃油汽车，可以考虑步行或骑自行车出行；将燃油车换成新能源汽车。
（2）优化能源使用的方法不止一种。例如，可以在家中使用太阳能等等新能源，也可以利用技术手段来提高现有能源的使用效率，还可以从自身做起，通过优化家庭用车等行为来节约能源、减少浪费……你想利用哪些方法？
使用新能源如太阳能：太阳能灶、太阳能热水器、太阳能汽车、太阳能房子。
使用高效能用电器，优化家庭环境。
提高现有能源的使用效率，减少能源的浪费。
（3）在确定节能方法时，需要从哪些角度分析？
例如，如果打算用新能源汽车取代家中的传统燃油车，那么从是否节约能源的角度，应该收集哪些证据？怎么分析？从能否满足人们使用需要的角度，又应该收集哪些证据？怎样分析？
3. 制订与检验设计方案
各小组根据确定的优化对象和改进方法，制订详细的节能方案。方案内容包括：问题描述、优化目标、具体措施（如使用何种新能源、如何提高能源效率等）、实施步骤、预期效果等。
方案一：为房屋加装保温层。
有一组同学在调查各自家中能源的使用情况后，认为除了可以在夏季制冷时适当调高空调温度、冬季采暖时调低暖气温度来节约能源，还可以对房屋进行改造来节约能源。这组同学制订方案的过程如下所示。
（1）明确思路。根据学过的知识可知，热量能自发地从高温物体
传递到低温物体，因此我们要想保持房间的温度不变，就要尽可能减少房间与外界的热传递。
怎样才能做到这一点？
小组内有同学认为可
以参考人们冬天穿羽
绒服来保暖的方法，
选择保温能力比较强
的材料将房间“包裹”
起来，以此减少房屋内部与外界的热量交换。
（2）选取材料。日常生活中的许多材料都可以用来保温，材料的保温性能与哪些因素有关？当为房屋选择保温材料时，还需要从哪些方面考虑？
查阅资料得知，材料的保温性能通常与它的厚度、热导率、干燥程度
与外界的接触面积，以及外界温度等有关。通常，材料的厚度越大、热导率越小、与外界的接触面积越小，材料就越能减缓热量散失。
下表2列出了一些常见材料在室温和干燥环境下的热导率，也可以通过查找资料获得其他材料或不同条件下的热导率。
表2：不同材料的热导率
材料
材料
热导率/
〔W·(m·℃)-1〕
热导率/
〔W·(m·℃)-1〕
铝
玻璃
空气
纸张
木材
混凝土
聚苯板
……
……
236
1.1
0.2
0.03
1.2
1.3
0.03
在为房屋选择保温材料时，除了材料的热导率，还要从材料的环保性、价格、耐火性，以及是否容易安装等方面进行
评估（表3）。如果你还有其他想法，可以补充到表3中，然后从中选出一两种材料作进一步的比较分析。
表3 对不同材料的评估
材料名称
材料1
材料2
材料3
……
热导率
环保性
价格
耐火性
易安装程度
……
在选定了保温材料后，先在小组内讨论设计方案。例如，在房间的哪些部位安装保
（3）确定方案。
温材料？要选择的保温材料的规格、尺寸应满足什么要求？门窗应该怎样进行保温处理？……然后围绕这些问题制订具体的设计方案（表4）。
表4 房屋保温的设计方案
安装位置
外墙1
……
安装尺寸
外墙2
窗户1
窗户2
入户门
所需材料
处理方式
备注
岩棉板
聚苯乙烯泡沫
聚氨酯泡沫
聚酯纤维板
第3组同学选择了几种保温材料，下表是常用的材料参数：
传热系数W/(m K)
防火性能
吸水性%
隔音性
最高使用温度/℃
岩棉
聚苯乙烯泡沫
聚氨酯泡沫
1号
2号
3号
项 目
不燃 A级
0.065
0.042
0.033
阻燃B1 级
阻燃B1 级
≤0.8
≤0.2
≤5
一般
好
好
600
65
75
（4）制作模型与测试。
在真正实施设计方案前，需要制作一个简易模型来模拟我们的家，通过测试来检验方案是否有效，并提出优化建议。小组内进行讨论：如何在测试中简单有效地模拟我们的家？给“家”安装哪些保温材料？怎样检验保温效果？
为了方便起见，可以选择身边容易获取、安装，与实际保温材料热导率相近的材料，将它安装在“家”中的相应部位。为了检验它的保温效果，可以将相同质量的冰块装在塑料袋中，分别放入没有保温材料和装有所选保温材料的“家”中，将“家”放置在相同的环境下，经
过相同的时间后将冰块取出并进行
比较，通过比较冰块质量的变化来评估设计的保温效果。
方案二：为家庭用车提供建议。
第4组的同学认为自己家中的燃油汽车消耗的能源较多，费用也比较高，而且排放的尾气还会污染环境。为此，他们想要调查新能源汽车能否替代自己家中的燃油汽车，以减少能源消耗，降低家中的交通费用并对环境更加有益。
他们准备按照以下思路开展调查和论证，提出相应的建议，并形成报告。
（1）目前都有哪些种类的新能源汽车？与传统燃油汽车相比，新能源
虑两种汽车直接消耗的能源，也要考虑汽油、电力等在生产过程中的转化效率，以及两种汽车在生产中所消耗的能源等等。
燃油汽车
燃料电池汽车
太阳能汽车
增程式电动车
（2）与传统的燃油汽车相比， 新能源汽车是否满足人们的日常使用需要？还有哪些局限性，还需要如何改进？
例如，纯电动汽车充电时间相对较长，温度对电池电量的影响较大，需要了解家中成员一般每天用车行驶的路程，所在地区的气候以及充电桩的分布情况，等等。推断当前
纯电动汽车能否满足大部分的需求，或是能够满足哪些地域、场景的需求。
（3）除了节能和环保等 因素外，还有没有其他的因素能够促进新能源汽车更快的发展？
例如，我国的石油一直高度依赖进口。从能源安全的角度看，使用新能源汽车的意义是什么？
展示交流
在设计方案时不仅要提供具体的优化建议，还要有充分、确凿的证据以及合理的推理作为支撑。
一、交流与讨论
通过举办辩论会的方式进行，也可以通过制作展板、举办论坛的方式进行。
形成具体的方案后，需要与大家进行交流讨论，找出方案的不足和改进办法。
交流的形式可以多种多样，既可以
归纳出一些具体的家庭能源使用的优化方法。
①设定合理温度 ：夏季空调建议设在26℃左右，冬季取暖时，设备调至20℃左右。每调高1℃制冷或调低1℃供暖，可节省6%-10%能耗
②定期维护设备 ：每2-3周清洗一次空调滤网，可提升制冷效率并节省2%-5
%用电；保持冰箱冷凝器清洁，有助于散热，减少压缩机负担。
③优化安装位置 ：空调应避开阳光直射，安装在背阳面窗户上部，利于空气对流；冰箱远离热源（如灶台、阳光直射），背部留出散热空间。
④照明系统升级：从源头节电。
⑤减少“隐形耗电”：待机能耗与插座管理。
⑥厨房与热水系统：细节决定节能效果，合理使用冰箱，优化烹饪方式，热水器节能避免24小时通电，在低谷时段加热储水，定期清理内胆和加热棒。
⑦洗衣与用水管理：节水即节电
请估算，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节能措施，会节约多少能源？
二、评估优化价值
⑧长期投资与智能升级，选购高能效家电，安装智能家居系统，考虑可再生能源。
课堂总结
为节约能源提出方案
项目提出
项目分析
项目实施
展示交流
优化自己家中能源的使用
家庭使用能源的具体情况
针对性地提出优化方案
选取象与确定改进方法
制订与检验设计方案
讨论交流：分享我们的经验和心得
完善节能方案及评估优化方案的价值
下 课
Thanks!
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