能通过改变外观进行节能的建筑，得长成什么样？

多伦多大学的研究人员设计了一种新的低成本“光流体”系统，该系统受鱼、蟹和磷虾等海洋生物的启发，可以通过动态改变建筑的外观来帮助建筑节能。


尽管建筑目前依赖于机械系统例如供暖和空调来保持舒适的室内温度，许多动物直接在表面，即它们的皮，调节能量转移。


磷虾在海洋的特定区域大量繁殖的类似虾的海洋生物，它是是透明的，这意味着紫外线会损害它们的内部器官。作为回应，他们开发了一种动态遮光系统，在皮肤下的细胞中穿梭色素颗粒，以便在太亮时变暗，在太阳下山时变亮。





建筑也有一个由外墙和窗户组成的“皮肤”。但是今天，这些外层大多是静止不变的。因此，进入建筑物的光和热的量经常过高或过低，迫使加热、冷却和照明系统比它们原本必须的更努力地工作。


这确实可以节省能源，但相当粗糙。为了获得最大收益，需要一个系统来实现自动化和优化，以实时平衡一系列因素，从温度、太阳强度、角度和方向的变化到建筑物居住者不断变化的需求。


目前有一些技术可以开始实现这一点在传统的卷帘上添加计算机控制的电机，或者安装电致变色窗户，这种窗户可以根据施加的电压改变其不透明度。


但是总的来说，Kay认为目前的工具既太昂贵又太有限。


几乎所有这些系统都很昂贵，依赖于复杂的制造程序，或者只能在有限的不透明度范围内切换。例如，从非常暗到稍微暗，也很难实现精细的空间层次，比如给窗玻璃的一部分加阴影，而不给另一部分加阴影。


原型光流体细胞由一层大约一毫米厚的矿物油组成，夹在两层透明的塑料片之间。


通过连接到细胞中心的管子，研究人员可以注入少量含有色素或染料的水。注入这种水“客**体”创造了一种颜色的绽放，这种颜色可以通过双向运行的数字泵来控制。添加更多的水会使水华变大，而去除一些水华会使水华变小。


花的形状可以通过泵的流速来控制低流速导致大致圆形的花，而高流速导致复杂的分支图案。


绿色、可持续化学的受限流体用途非常广泛不仅可以控制每个细胞中水的大小和形状，还可以调整水中染料的化学或光学特性。它可以是我们想要的任何颜色或不透明度。





除了原型之外，该团队还与约翰·h·丹尼尔斯建筑、景观和设计学院的助理教授Alstan Jakubiec合作，建立了计算机模型，模拟使用这些电池的全自动优化系统与使用电动百叶窗或电致变色窗户的系统的对比。


研究发现，与其他两种方案相比，该系统可以将供暖、制冷和照明所需的能源减少30%，这主要是因为对遮阳的程度和时间有更好的控制。系统类似于在不同的位置和时间打开和关闭立面上的数百个小百叶窗。我们可以通过简单、可扩展和廉价的流体流动来实现这一切。


该团队还推测艺术的可能性。大型细胞阵列可以像像素一样运作，创造出能够产生点彩画风格艺术品的光流体显示器。在他们的模型中，研究小组甚至模拟了阿尔伯特·爱因斯坦和玛丽莲·梦露的形象。


哈顿希望使用动态立面来节能的想法将会改变围绕这两者的对话建筑设计和气候变化。


在发达国家，建筑物的排放量约占我们总排放量的40%，比其他任何一个部门都多。