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生物仿生列

适应气候变化:来自大自然的教训

我最近参加了在印度金奈举行的南亚地区富布赖特会议,并与乌利亚娜·霍罗德基进行了交谈在尼泊尔研究冰川.她正在记录尼泊尔最大冰川之一恩戈赞帕冰川上湖泊的变化。在这个冰川的前面,有一个大湖,它已经生长了几十年,在几个夏尔巴人的村庄上方,形成了一个不祥的景象。

作为科罗拉多大学的博士生和登山运动员,Horodyskyj正在测量这个湖和其他湖的变化,因为有可能发生灾难性的冰川下洪水。她亲眼目睹了高温带来的直接影响,也亲身见证了高温对当地人民造成的威胁。

让公众了解我们现在知道的情况

几个科学团体在过去几周强调了气候变化的广泛威胁,美国白宫也公布了新的公民信息网站

世界上最大的科学组织美国科学促进会(American Association for The Advancement of Science)发布了一份有关气候变化的最新科学数据摘要,其名称恰如其分“我们知道。”

英国皇家学会和美国国家科学院已经列出了一系列问题和答案,也总结了当前的发现,“气候变化:证据和原因。”

美国鱼类和野生动物服务总部通过Flickr拍摄的珊瑚礁图片联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)刚刚在日本横滨召开会议,发布了他们的报告最新摘要气候变化的影响。他们的29-page分期付款第五次评估报告将作为联合国政策行动的基础,特别是2015年巴黎峰会形成的政策行动。

随着海洋变暖和酸化,农作物损失,食物和水短缺的可能性,作者注意到北极和珊瑚礁的“不可逆的制度转变”,以及Horodyskyj和她的同事正在研究的喜马拉雅冰川(最坏的情况)多达29%的减少。来自这些冰川的水为中国和印度的数百万人提供水源,而融化的冰是沿海洪水(预计到2100年将高达3英尺)的主要原因。这些前景影响着夏尔巴人村庄之外的世界。

更大范围内的行动类别

对于那些一开始就不遵循自然法则的物种,大自然母亲有一些答案,但我们不要忽视更大的图景:有限资源的消耗不断增加,有毒废物的产生呈几何级数增长。如果没有遏制过度消费、污染和人口增长的政治意愿,聪明的技术解决方案,无论是否受生物启发,都将毫无意义。

由于“预防”一词早已失去了相关性,气候变化行动中的两个突出词现在是“缓解”和“适应”。当然,理想的设计是适应变化的大气,同时也减轻影响或减少原因。毕竟,在让地球变暖的同时给建筑物降温是没有道理的。这可能是大自然的一些建议。

向动物和植物学习,它们是适应的大师

当生态学家Robert H. Whittaker(PDF)在20世纪60年代开始对地球生态系统进行分类时,他使用了两个非生物因素来定义他的生物群落:温度和湿度。无论是针叶林还是苔原,沙漠还是干燥的热带森林,这两种因素最终将决定生物圈。适应性居住空间的设计必须在不过度使用能源和资源的前提下控制这两个要素;另一种选择意味着稀缺和污染。

迈克·贝尔德通过Flickr拍摄的象海豹图片温度和湿度的调节是动植物界迫切关注的问题,在这个世界上,尽管外界有很大的波动,但仍然保持最佳的内部条件社交礼仪上必要的.应对极端温度的策略范围很广。以寒冷为例;从冬天飞向南方的雪雁,到血液中有防冻剂的南极鱼Notothenioids,干涸和暂时的“死亡”行动缓慢的在美国,动物们有一系列惊人的策略来消灭寒冷。

其中一种保存热能的策略叫做逆流换热。你可以在像海鸥这样的涉水海鸟的血管中看到它。心脏的动脉血被泵到四肢,预热冰冷的静脉血回到心脏。变暖是由于两血管壁的密切接触。

另一种方法是让空气通过骆驼或象海豹鼻子里被称为鼻翼的凝汽板来捕获和保存温度和水分。这些鼻板吸收热量和水分,因此动物可以根据外界温度使用或失去它。鼻板可以在骆驼进入肺部之前,将白天大气中炎热干燥的空气冷却下来,并增加一些水分。为了不浪费空气中的水分,排出的空气会被剥离掉。

图片由黄色云通过Flickr纳米布沙漠甲虫当它走进黑夜,将整个外壳作为冷凝器,指向盛行海风的方向,然后等待。它表面的亲水和疏水区域将凝结水导入它的口中,然后在灼热的太阳升起之前摇摇摆摆地回到它的家。

皮肤上的蒸发冷却是所谓的相变对温度影响的另一个很好的例子。液体汗液蒸发成气态,释放出热能,使身体迅速降温。一个复杂的信号系统使汗腺打开,当一个夏天的散步或一个尴尬的问题使我们热在衣领下。

植物进化出了看似无穷无尽的形状来调节温度和湿度,从仙人掌的波纹状和针状,到受冷或受热时折叠的叶子,再到沙漠植物Lithops将光线引入地下。树叶用灰色的颜色反射热量,或用细小的毛发留住潮湿的空气,或用蜡覆盖自己。

建筑从自然中汲取的冷热教训

这些策略中的许多都可以并且已经应用到建筑设计中。

使用相变设备的建筑物,例如皮尔斯议会大厦II楼在澳大利亚墨尔本,通过将冰冻的固体转化为融化的液体来排出多余的热量。在一天中最热的时候,冷液体通过管道穿过高层天花板的冷梁进行辐射冷却。该建筑还利用了同样的原理,采用了所谓的淋浴塔,水直接进入façade,在热量中蒸发,冷却进入建筑的空气。

海水温室项目和建筑师迈克尔Pawlyn撒哈拉森林项目利用沙漠甲虫的冷凝原理,利用温室作为巨大的蒸馏器,从海洋中冷凝潮湿的空气,并在此过程中去除其中的盐分。

新型遮阳系统(PDF),以天极鸟花的变形为基础,利用形式的灵活性在双曲面上操纵垂直缝隙屏幕。这种屏幕可以打开和关闭,根据情况让光线和空气进入,而且没有传统屏幕的铰链和昂贵的制造部件。它赢得了2012年Schauenburg基金会国际仿生奖为它的设计师和合作者建筑结构及结构设计学会德国斯图加特大学植物生物力学组艾伯特-路德维希-弗莱堡大学的英国丹肯多夫纺织技术和工艺工程研究所

天堂鸟照片由D.莱尔德通过FlickrFlectofin的衍生物,由Soma架构2012年韩国丽水世博会的主题馆。设计师使用玻璃纤维增强塑料,它结合了高拉伸强度和低弯曲刚度。108玻璃钢板或片层的激活原理很简单。它们从上到下被压缩在一起,就像你用一把灵活的尺子一样,当它们弯曲时,中间的开口就会变宽。发生了与自然界相似的大的可逆弹性变形。一套由传感器和伺服电机组成的系统控制着薄片,薄片上还装饰着led灯,用来显示不断变化的介质。

Skidmore, Owings和Merrill和建筑师阿德里安·史密斯和戈登·吉尔设计了珠江大厦他们声称这是世界上最节能的超高层建筑。它是世界上最大的辐射冷却建筑,使用冷梁的议会大厦II。

该设计还利用了通过建筑的空气流动来为自己发电。在平坦的façade开口漏斗空气通过它和沿着道路文丘里效应采取并驱动一系列垂直轴风力涡轮机。该设计还要求多燃料微型涡轮机的菊花链阵列,但由于缺乏与当地电力公司的回购协议,推迟了它们的安装。这些涡轮机将提供足够的额外能量使这座70层的巨大塔楼接近零净能量建筑。

这些例子是一些积极的步骤,以减少我们的建筑物的能源负荷和由此产生的空气污染。这些设计是创新和绿色的,部分原因是它们的生物灵感性质。我们只是需要更多这样的人。

恩戈赞帕冰川图片麦凯的野蛮人通过Flickr

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