3 外墻夾芯保溫

“物競天擇，適者生存”，經過億萬年進化而來的生物體，生存機制自有其合理性，很多生態建筑原理都能夠從自然界中找到對應的模型。作為新生的仿生研究，將其應用到生態建筑設計是重要方法之一。

“鳥巢”^[29]作為國家主體育場館，建筑整體外形類似于編織的鳥巢，能夠引入更多陽光。國家游泳中心被稱為“水立方”，場館結構的設計靈感來自細胞，外立面采用四氟乙烯打造，重量輕，隔熱性能好。澳大利亞墨爾本議會大廈 2 期的建筑外體采用白蟻巢穴的結構，能夠實現自然對流和通風棧道系統控制和維持溫度。大連貝殼博物館 ^[30] 作為全球最大的貝殼類博物館，其造型模擬貝殼的外形，外挑大屋蓋和樓板作為被動的遮陽系統，能夠有效減少夏季陽光直射，起到節能功效。 

仿生建筑在外形、結構、功能等諸多方面都受到了國內外學者的高度重視，結構性能領域的理論研究雖取得了一定的進展，但對于合理結構和節能性方面的整合還缺乏相關的研究。從建筑外墻保溫入手，應用仿生技術原理，實現建筑節能的各種創新技術快速涌現。

北極熊 ^[31]的毛發具有特殊的中空多孔結構，可以在其內部捕獲空氣并降低自身的熱傳導率，形成的隔熱層能夠在不同風速下保持其整體隔熱性能的穩定性。將外墻結構制成北極熊毛類似的結構，能夠起到對外墻的保溫效果。

企鵝 ^[32] 的毛發保溫構造與北極熊類似，它的每根纖維也具有其他纖維所沒有的細小微孔，大量的微孔嚴重阻礙熱量的傳遞，因此保溫性能極好。在墻體保溫中采用這種類似結構的材料，也可以起到事半功倍的效果。根據甲蟲前翅開發的新型輕質高強仿生板 ^[33]，將其與以農作物秸稈填充空心墻板的新型預制墻板結合，對其保溫性能進行研究后發現，其可以滿足自保溫墻體的要求，且多項指標均未達到限值，具有較高的安全冗余度。蜜蜂制造的蜂窩 ^[34] 也具有良好的隔熱功能，通過蜂窩的流體可以與其內壁強迫對流，達到隔熱的目的，并且作為 3 種典型多孔材料之一的蜂窩結構其空間架構可以節省原材料。 

蝴蝶擁有著優異的光學特性，通過對其體表研究發現，其翅膀表面含有一種結構，排布著很多精準重復的微小鱗片，能夠增加對入射光的吸收。陳浩卿^[35] 基于蝴蝶表面鱗片結構設計了一種陷光保溫外墻板，其基本原理就是利用蝴蝶鱗片表面的微納結構吸收熱量來達到升溫的目的。將這種高效陷光的性能結構應用到外墻體表面之上進行外墻保溫也是重要的研究方向之一。基于蝴蝶表面鱗片結構的墻板保溫原理如圖 11 所示。

人們對各種生物體進行模仿，并將這些元素應用到實際生活中，這是一種自然的仿生理念，如今仿生建筑已成為一種新的趨勢。摒棄傳統的設計理念，運用嶄新的技術創新，真正合理地設計出復雜獨特的仿生建筑，這是一道新的難題。在外墻保溫中，將仿生結構應用到外墻表面上，同時加入一些環保材料，能夠發揮材料與結構各方面共同的性能。目前，仿生外墻的研究成果較少，但這種新型方向在將來有著無限前景。

根據前文對外墻幾種保溫方式研究現狀的闡述，筆者對比了國內外技術的優缺點，具體如表 1 所示。

由表 1 可知，在表面或內部應用仿生結構達到保溫隔熱效果這種新型方式要優于傳統的保溫技術。

如今，社會提倡低碳生活、綠色節能。為響應號召，建筑業作為耗能較大的產業，亟需采取有利于降低能耗的措施。外墻作為建筑體較大的圍護結構，當外墻保溫性能較差時，就會造成更嚴重的能耗損失。因此，我國乃至全球對于外墻的保溫研究近幾年較為熱門。 

筆者對外墻的 4 類保溫方式進行分析后發現，傳統的外墻結構單一，材料簡單，因此保溫效果較差，熱量的散失較為嚴重，建筑節能效果并不理想。學者們通過對動物翅膀表面以及皮毛等部位進行深入研究，發現其表面具有的各類結構應用到外墻表面可以極大提高外墻的光熱轉化效率，或者通過表面結構來降低自身的熱傳導率，保溫效果也能夠得到相應的提高。利用自然仿生原理減少建筑能耗損失，對外墻保溫乃至其他領域都有著極大的啟發以及參考價值。