北京师范大学第三附属中学10-11学年度高二研究性学习课题评选【编 号】14【课题名称】通过定量评估诠释电脑使用与低碳生活l=J的关系【课题成员】马晋辰 【指导教师】何晚秋【联系电话】62011607-6109通过定量评估诠释电脑使用与低碳生活的关系马晋辰北京师范大学第三附属中学指导教师：何晚秋北京师范大学第三附属中学本文结构如下，第一部分是引言，说明本文要讨论的中心问题，第二部分介 绍如何对电脑对地碳生活的影响这个问题进行量化分析的整体思路，第三部分介 绍具体的分析步骤和方法，第四部分给出的分析结论、应采取的措施和解决方案 建议。一、引言低碳，在2010年如火如荼的在中国蔓延开来，“低碳生活”也逐渐成为我们 生活不可缺少的用语和习惯。那么到底什么是低碳生活，它与我们日常使用的电 脑又有什么直接的关系呢？互动百科中对低碳生活是这样定义的，“低碳生活 (Low-carbon life)就是减少二氧化碳的排放，就是低能量、低消耗、低开支 的生活。就是指生活作息时所耗用的能量要尽力减少，从而减低碳，特别是二氧 化碳的排放量，从而减少对大气的污染，减缓生态恶化，主要是从节电节气和回 收三个环节来改变生活细节。低碳生活是目前全世界环保主义者倡导的、保护地 球、保护生存环境的健康生活方式”。我们每个人都想生活得低碳点，我们有多种生活方式可以实现低碳，如少开 私家车，坐公交，减少二氧化碳排放。那电脑与低碳生活有什么关系呢，本文将 从数学的视角来向大家阐述，我们日常中的电脑与低碳的关系，使大家了解从电 脑使用也可以为低碳生活做贡献，同时结合具体数据计算，从定量的分析看到我 们在电脑方面的一些细小行为，可以为低碳生活带来的巨大好处。二、问题分析进入21世纪，我们的社会已经进入了信息化的社会了。在信息化的社会中 必不可少的就是电脑了，电脑已经成为我们日常生活和工作中不可缺少的工具。 但是大家是否知道电脑也是十分耗电的工具。而我国是火电(靠煤炭发电)大国。 火电的发电原理是煤的化学能转换为热能，再由热能转换为动能从而发电。这就 是说在发点的过程中要燃烧大量的煤炭，我们都知道煤的主要成分是碳，由此可 知，在发电的过程中实际就是在燃烧大量的碳。我们在化学课上都学过燃烧碳在 获取热量的同时就会放出一定量的二氧化碳。说回来，若我们在生活减少电脑的 耗电量不就是在减少二氧化碳的排放吗？那么电脑的使用究竟会对们的低碳生 活造成怎么样的影响？本文将查找相关资料，结合实际分析，以数学的方式定量 定分析电脑使用对低碳生活的影响。为了使大家清楚认识到电脑与低碳的关系，图1给出了我们进行定量的分 析的思路，首先定量分析电脑使用与自然资源消耗之间的关系，之后，定量说明 电脑使用对环境的产生的污染，以及对大气温度的影响。最后，我们来看我们在 电脑使用方面的一个细小良好习惯，给我们低碳生活产生的巨大作用。通过上述 分析，我们希望大家清楚认识到电脑使用既消耗资源，又污染环境，培养大家在 电脑方面的节电 意识。图1:本文问题分析思路图三、分析方法和步骤 1.全球电脑耗电量的计算其中每类电脑的虽然每台电脑的耗电有所不同，但是我们可以将电脑分类耗电具有相似的耗电量。我们将电脑分为笔记本电脑、台式机和服务器。笔记本 是人们随身携带电脑，可以在家使用，也可以在办公室使用，是一种比较省电的 电脑，台式机相比笔记本来说多在单位和实验室使用，比笔记本费电，而服务器 是网络上使用的为大众公用的计算机，其耗电量应该其中最多的。通过查阅资料， 我们给出这三类电脑中每类电脑的耗电量统计，如表1中第二行给出的“单台电 脑耗电功率”的数据。知道每种类型的耗电情况之后，接下来，我们需要知道全世界共有多少台笔 记本、电脑和服务器。据2010年统计数据，全球约有互联网用户20亿人，假 设每两个互联网用户共用一台电脑，则全球至少有10亿台电脑，如果按照笔记 本和台式机使用人数按照6:4的比例计算，这样就可以统计出笔记本和电脑的耗 电情况。接下来的问题是全世界共有多少台服务器呢？通过调查知道，目前 google拥有占全球2%的服务器，而google服务器已经超过100万台，由此推得 全球的服务台数至少为5千万台（100*100/2百万台二5000千万台）。表1第三行 给出给类电脑的“全球拥有数量”。根据这些电脑的性质，我们假设每台笔记本平均每天使用8小时，而台式机 是6小时，服务器提供网络服务，是不停机的运行，所以服务器每天使用时间是 24小时。表1中的第五行和第六行给出全球各类电脑平均每台电脑的耗电量和 每年的耗电量的统计，分别是通过“每台电脑的使用时间”乘以“每台电脑的功 率”，然后再乘以365天算出来的。之后我们就可以算出“全球电脑的日耗电量”、 “年耗电量”、以及电脑的“总耗电量”。见表1中的第7行到第8行的统计数据。表1：电脑耗电的统计表笔记本电脑台式电脑服务器合计平均单台功率80瓦300瓦350瓦全球拥有数量7亿台3亿台0.5亿台平均每天单台使用 时间8小时6小时24小时平均单台日耗电0.64 度1.8度8.4度平均单台年耗电233.6 度657度3066 度全球日耗电4.48亿度5.4亿度4.2亿度全球年耗电1635.2亿度1971亿度1533亿度5139. 2 亿 度通过该表我们可以看到一个惊人的数字，全球电脑每年将耗电5139.2亿度， 也即5139.2千亿千瓦。而2007年，上海全社会的年用电量是1100亿千瓦，因 此，仅电脑这一项我们平时不注意的日常设备，耗电量相当于供应5个上海这么 大城市的用电量。而一个中型燃煤发电厂的发电量大约在200亿千瓦-300亿千 瓦，因此，需要近5139.2/25025个发电厂专门供应电脑使用。2.全球电脑使用消耗的自然资源和引起的环境污染的定量分析电脑的耗电如果用煤电发电供给的话，将消耗大量煤炭资源，而且，众所周 知，煤燃烧的过程中还会产生大量对人身体不利的二氧化碳气体，本节我们将定 量分析全球电脑需要消耗多少煤碳资源，同时产生多少二氧化碳的污染。通过查阅资料，我们知道，发1度电需要消耗约0.4千克标准煤，根据化学方程式 C+O2=CO2,我们可以算出燃烧一千克标准煤会产生的二氧化碳大约是2.5千克二 氧化碳，为此，我们可以算出全球电脑每天、每年的用煤量，以排放产生的二氧 化碳量，如表2所示。表2：全球电脑消耗煤炭资源和产生的二氧化碳统计笔记本电脑台式电脑电脑服务器合计全球日耗电4.48亿度5.4亿度4.2亿度全球年耗电1635.2亿度1971亿度1533亿度5139. 2 亿 度全球日耗煤量1. 792亿吨2.16亿吨1.68亿吨5.623亿吨全球年耗煤量654.08亿吨778.4亿吨613.2亿吨2055.68 亿 吨全球日产生二氧化 碳量4.3亿吨5.184亿吨4.032亿吨13.5亿吨全球年产生二氧化 碳量1569.5亿吨1892.16 亿 吨1471. 68 亿 吨4927.5 亿 吨由此表看出，为我们方便提供信息传递和计算的电脑，每年消耗的自然煤资 源达2055.68亿吨，同时产生对空气有污染的二氧化碳4927.5亿吨。而我们知 道，空气中含有约0.03%二氧化碳，但由于人类活动影响，近年来二氧化碳含量 猛增，导致温室效应、全球气候变暖、冰川融化、海平面升高，对环境的破坏严 重。从数据分析看出，这里电脑的使用也对二氧化碳的产生了一定的作用。四、对电脑低碳的建议从上述分析可以看出，电脑节电应该是低碳生活中十分重要的一个方面，我 们定量得知他对不仅消耗的大量的宝贵的自然资源，同时对环境造成了极大的污 染。因此，我们必须从电脑使用这样日常节点行为开始节电行为。下面是几个节 点使用电脑的建议： 1）不用电脑时关机建议在不使用电脑时关闭电脑，如果每台电脑每天少使用一个小时电脑，我 们每年就可以节约59.69亿吨煤（各类电脑的“全年耗电量”除以平均每天的使 用时间，然后再相加），少产生143.2吨二氧化碳（各类电脑的“全年二氧化碳 排放”除以平均每天的使用时间，然后再相加）。2）使用节电电脑建议使用节电电脑，如果把台式机换成笔记本的话，可以节约124.32吨煤， 少排放322.66亿吨二氧化碳。3）研制绿色电脑进行科研攻关，研制低耗电电脑，如果每种类型电脑可以节电20%，可以节 约用煤411亿吨，少排放二氧化碳985.4吨。五、结语本文从电脑使用日常行为，定量分析了电脑对自然资源煤的消耗和对环境产 生的污染。本文的目的是想大家意识到节电的重要性，我们日常的细小行为，如 离开房间时随手关灯，使用节点灯泡等，都可以为低碳生活作出贡献。减少二氧 化碳排放，选择“低碳生活”，是我们每位公民应尽的责任。节电从培养良好的 电脑使用习惯开始。