淺談仿生建筑與太陽(yáng)能的利用

李明

摘要：當(dāng)今，在我國(guó)的建筑行業(yè)內(nèi)新技術(shù)新材料的使用已經(jīng)得到了有效的推廣，其中太陽(yáng)能的使用與仿生建筑的應(yīng)用研究也已經(jīng)開始。文章結(jié)合仿生建筑和太陽(yáng)能相融合的形式方法進(jìn)行了分析，目的是找到建筑和太陽(yáng)能之間的調(diào)節(jié)作用和互補(bǔ)形式，促進(jìn)人與自然的和諧發(fā)展與共存。

關(guān)鍵詞：仿生學(xué)；建筑發(fā)展；建筑設(shè)計(jì)；新能源

中圖分類號(hào)：TU201 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）32-0051-02

仿生學(xué)是1960年正式誕生的一門綜合的邊緣科學(xué)。它研究生物系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性質(zhì)、能量轉(zhuǎn)換和信息過程，并將所獲得的知識(shí)用來改善現(xiàn)有的或創(chuàng)造嶄新的機(jī)械、儀器、建筑結(jié)構(gòu)和工藝過程。因此，生物模擬就成為現(xiàn)代發(fā)展新技術(shù)的重要途徑之一。我們所認(rèn)知的仿生設(shè)計(jì)，是在自然界中吸收其精華，以生物的方式去模仿、學(xué)習(xí)，把其運(yùn)用到建筑當(dāng)中，在利用動(dòng)植物利用太陽(yáng)能的方式，用到建筑當(dāng)中，完善建筑的功能。即將生物和太陽(yáng)能的完美結(jié)合方式，有機(jī)地融入建筑當(dāng)中，不僅能夠促進(jìn)建筑與自然的和諧型，還可有效地降低人們的生活成本，使建筑、人、自然共同發(fā)展。

1 仿生學(xué)與仿生建筑

1.1 何為仿生學(xué)

仿生學(xué)是在社會(huì)發(fā)展的過程中，人們認(rèn)識(shí)到科學(xué)循環(huán)的重要性，在20世紀(jì)50年代，人們運(yùn)用生物系統(tǒng)去開發(fā)研究的另一方向。當(dāng)前的設(shè)計(jì)者和建造者利用數(shù)學(xué)和物理學(xué)的知識(shí)和理論，采用新的技術(shù)模型對(duì)仿生系統(tǒng)進(jìn)行研究，全面地提高了生物仿生學(xué)的發(fā)展和提高，從另一個(gè)方面對(duì)生物的內(nèi)在結(jié)構(gòu)和生理特性進(jìn)行了分析。因此，模擬生物不再是空泛的幻想，做到了現(xiàn)實(shí)。設(shè)計(jì)者和生物學(xué)者要一起努力，在未來的生物和建筑領(lǐng)域，開發(fā)、研制新的工程技術(shù)，為實(shí)現(xiàn)未來的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。這些技術(shù)要在當(dāng)代的航空領(lǐng)域進(jìn)行實(shí)施和應(yīng)用，例如航海、自動(dòng)化控制等多方面去開展。要把生物學(xué)和工程學(xué)融合在一起，讓它們互相吸取精華，為我們的仿生學(xué)發(fā)揮作用。

1.2 何為仿生建筑

我們認(rèn)知的自然界是和諧有序發(fā)展而來的，是一個(gè)整體，許多物種在自身的進(jìn)化過程中，都有對(duì)自然的依賴和共存性，它們相互依托于自然界的天然性，保持著平衡的發(fā)展。每個(gè)個(gè)體都要已存在這個(gè)大的自然環(huán)境體系中，不可能單獨(dú)地存活和發(fā)展。

建筑仿生學(xué)以及建筑生態(tài)學(xué)，是在當(dāng)代科學(xué)理論與實(shí)踐的基礎(chǔ)上發(fā)展和形成的，但全面分析西方以及中國(guó)的文化，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)其中的某些思想與思維方式對(duì)現(xiàn)代建筑生態(tài)學(xué)和建筑仿生學(xué)的研究仍具有指導(dǎo)作用。

2 建筑行業(yè)太陽(yáng)能現(xiàn)狀

太陽(yáng)能資源的合理利用與開發(fā)是建筑行業(yè)的追求，它主要分為以下兩個(gè)方面：被動(dòng)式太陽(yáng)房，它的運(yùn)用是按照建筑物的方向和環(huán)境去合理安排，能夠有效地利用材料，發(fā)揮其作用，充分地采集和收取、太陽(yáng)表面發(fā)出的熱能、光能，運(yùn)用于建筑物中；主動(dòng)獲取太陽(yáng)能量的房屋建筑，是通過對(duì)建筑本身設(shè)置安裝大量的太陽(yáng)能采集設(shè)備、風(fēng)機(jī)以及泵和管道，把收集到的熱量存儲(chǔ)到太陽(yáng)能設(shè)備系統(tǒng)中去，利用太陽(yáng)能設(shè)備的能量轉(zhuǎn)化給建筑物提供制冷或供熱的需要。

3 生物利用光能量的發(fā)現(xiàn)

光合作用是植物賴以生存的保障，它們通過光合作用，以化學(xué)的方式進(jìn)行養(yǎng)料的收集、存儲(chǔ)和吸取。太陽(yáng)能是大自然生存發(fā)展的重要作用，它支撐著整個(gè)生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)。植物等通過光合作用能夠生存，這可以看作是生物整個(gè)生命體協(xié)調(diào)運(yùn)作利用太陽(yáng)能的過程。

在建筑中不應(yīng)該是零散和附加的，應(yīng)該有效地利用太陽(yáng)能，全面、整體地去開發(fā)和使用，可以在建筑物的外墻、屋頂?shù)榷嗖课话惭b電池板和太陽(yáng)能熱水器，這樣能夠有效地降低建筑物的電量損耗，給建筑以生命和活力，就像植物一樣運(yùn)用太陽(yáng)的表面的光能、熱能。

4 建筑業(yè)的太陽(yáng)能與仿生

4.1 太陽(yáng)能利用的仿生淵源與理念

太陽(yáng)能在仿生建筑中的利用和理念，包括以下兩個(gè)方面：一是建筑物自身去利用太陽(yáng)能，其中包括建筑物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、外部環(huán)境和功能的體現(xiàn)，一次建造一個(gè)完整的仿生建筑生態(tài)體系，以太陽(yáng)能為主導(dǎo)，發(fā)揮仿生建筑物的作用，如：利用仿生設(shè)計(jì)學(xué)作為人類社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)與自然界的鍥合點(diǎn)，促成了自然與人類社會(huì)的統(tǒng)一性，已經(jīng)成為了在建筑設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)，人類社會(huì)在自然界中吸取了大量的自然因素，更是建筑和仿生學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)。自然界中動(dòng)植物的發(fā)展和進(jìn)化，為人類提供了許多借鑒因素，人們也在自然界中學(xué)到了本領(lǐng)。仿生學(xué)的重要性在于能夠幫助和指導(dǎo)建筑設(shè)計(jì)和實(shí)踐的作用，對(duì)建筑的科學(xué)發(fā)展有重要意義。二是將建筑看成一個(gè)具有仿生學(xué)的整體，從能夠充分滿足建筑物光能熱能需要的太陽(yáng)能系統(tǒng)設(shè)備開始，在設(shè)計(jì)的最初即要考慮到將太陽(yáng)能與建筑本身合理的有機(jī)的結(jié)合為一體。

4.2 太陽(yáng)能利用的仿生解析

4.2.1 仿生原型。仿生建筑在太陽(yáng)能的利用方面主要分為：一是仿自然界生物體的性能；二是仿生物的棲居物。

4.2.2 仿生物體本身的性能。在仿生學(xué)理論角度出發(fā)，仿生建筑通過模仿自然生物系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征、運(yùn)用自然去轉(zhuǎn)換能量以及交換信息方式等，可以直接為建筑物提供能量，也可以去適應(yīng)自然氣候，對(duì)建筑物的仿生學(xué)發(fā)展起到良好的作用。

4.2.3 仿生物的棲居物。自然界生物的棲居物往往有著優(yōu)良的物理性能，具有出色應(yīng)用太陽(yáng)能的技巧，對(duì)材料的利用也十分節(jié)省、到位，具有很好的綜合生態(tài)效應(yīng)，還能夠自然降解，如蟻穴。

4.3 仿生利用太陽(yáng)能的構(gòu)成解析

自然界的植物經(jīng)過漫長(zhǎng)的進(jìn)化，都已經(jīng)適應(yīng)了自然氣候變化的特點(diǎn)，形成了一整套有效的應(yīng)對(duì)系統(tǒng)，也正是如此影響了建筑物的仿生設(shè)計(jì)。建筑是人們賴以生存的地方，結(jié)合自然特點(diǎn)，融入仿生學(xué)理論，采用太陽(yáng)能的方式去建設(shè)，和自然界成為一體，充分體現(xiàn)自然生物和太陽(yáng)能、仿生建筑間的和諧共存理論。

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過太陽(yáng)能在仿生學(xué)建筑中的應(yīng)用進(jìn)行了分析，得出了仿生建筑物在與自然界以及太陽(yáng)能之間，是能夠形成一種相互融合的生態(tài)系統(tǒng)的，它們有著自己的生態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，不僅節(jié)約了資源，更促進(jìn)了自然與人們的和諧共存。

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