專利名稱：仿生學(xué)在建筑儲(chǔ)能上的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及新的能源儲(chǔ)存方法，尤其涉及利用仿生學(xué)的原理來解決建筑能耗 的問題，即仿生學(xué)在建筑儲(chǔ)能上的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
在鋼筋混凝土的森林中，建筑物很像一個(gè)生命體，它每天都需要大量的能量 來支持它的正常運(yùn)作上上下下的電梯，各種電氣設(shè)備，供水系統(tǒng)，燃?xì)庀到y(tǒng)， 采光取暖等等。然而，隨著社會(huì)的發(fā)展，建筑所消耗的能源越來越多，建筑能耗 逐漸成為關(guān)注的焦點(diǎn)。
建筑能耗是指消耗在建筑中的采暖、空調(diào)、降溫、電氣、照明、炊事、熱水 供應(yīng)等所消耗的能源。目前我國單位建筑面積能耗是氣候相近發(fā)達(dá)國家的2至3 倍以上。我國每年城鄉(xiāng)新建房屋建筑面積近20億平方米，其中80%以上為高耗 能建筑；既有建筑近400億平方米，95%以上是高能耗建筑。
從以下數(shù)據(jù)我們可以看到，建筑能耗問題日益嚴(yán)峻1992年，建筑耗能占 整個(gè)全社會(huì)的耗能只有15% ，到2000年提高到27% ，到2020年要增加到40% ， 如果加上原材料的消耗、原材料的運(yùn)輸則要達(dá)到50%。如果我們不采取建筑節(jié) 能或者綠色建筑，到2020年，中國建筑的能耗要達(dá)到ll億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，是目前建 筑耗能的三倍以上，屆時(shí)中國就會(huì)成為碳排放量最大的國家。
值得注意的是，在建筑耗能中，供熱采暖又占很大比重。有這樣一組數(shù)據(jù) 我國北方采暖地區(qū)供熱采暖耗能占建筑總耗能的65%以上，有的地區(qū)高達(dá)90%。 大概有6億人每年需要3~6個(gè)月的供熱，幾乎全部依靠煤來提供，導(dǎo)致年二氧 化碳和二氧化硫的排放量分別為400萬噸和4億噸。如果在供熱能源效率方面沒 有大幅改善的話，供熱用煤量和有關(guān)的排放量到2020年將增加一倍。所以，對(duì) 環(huán)境的壓力將是相當(dāng)大的
我們也看到，目前我國建筑供熱采暖中"大材小用"問題突出。我國建筑能 耗中80%供冷供熱和供生活熱水，用太陽能、地?zé)崮艿鹊推肺坏哪茉纯梢赃_(dá)到相
應(yīng)效果，可我們大量使用的卻是高品位的電能， 一些地方更是直接用柴油或煤燒 鍋爐取暖或供熱水，把高品位能源"大材小用"。在建筑能耗中，暖通空調(diào)能耗
約占85%，在能源消耗中具有舉足輕重的位置。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)已有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供仿生學(xué)在建筑儲(chǔ)能上的應(yīng)用。
本發(fā)明發(fā)明目的通過如下方案實(shí)現(xiàn)的
利用生物體內(nèi)的ATP實(shí)現(xiàn)熱循環(huán)ATP (腺嘌呤核苷三磷酸)是生命體系中 重要的能量?jī)?chǔ)存物質(zhì)，被稱為能量貨幣單位，ATP是由腺嘌呤、核糖和三個(gè)磷酸
基構(gòu)成，其中第二個(gè)和第三個(gè)磷酸基上的磷酸鍵時(shí)高能鍵")，不穩(wěn)定易被水解，
從ATP上水解下來的磷酸基是一種能量穿梭基團(tuán)。
首先，ATP能夠?qū)崿F(xiàn)高能量的儲(chǔ)存與釋放。ATP分子中遠(yuǎn)離A的那個(gè)高能磷
酸鍵，在一定的條件下很容易水解，也很容易重新形成水解時(shí)伴隨有能量的釋
放；重新形成時(shí)伴隨有能量的儲(chǔ)存。在有關(guān)酶的催化作用下，ATP分子中遠(yuǎn)離A
的那個(gè)高能磷酸鍵水解，遠(yuǎn)離A的那個(gè)磷酸基團(tuán)脫離開，形成磷酸(Pi)，同時(shí)，
儲(chǔ)存在這個(gè)高能磷酸鍵中的能量釋放出來，ATP就轉(zhuǎn)化為ADP。在另一種酶的催
化作用下，ADP可以接受能量，同時(shí)與一個(gè)磷酸結(jié)合，從而轉(zhuǎn)化成ATP。體外實(shí)
驗(yàn)中，在pH7.0， 25'C條件下，每克分子ATP水解生成ADP+Pi時(shí)釋放的能量為
7.1千卡或30.4千焦耳，在體內(nèi)，pH7.4， 37°C, ATP、 ADP+Pi、 Mg2+均處于細(xì)
胞內(nèi)生理濃度的情況下，每克分子ATP水解生成ADP+Pi時(shí)釋放的能量為33. 5-50
千焦耳或8-12千卡。
其次，ATP轉(zhuǎn)化能量的效率非常高。ATP在細(xì)胞內(nèi)的含量是很少的。但是， ATP在細(xì)胞內(nèi)的轉(zhuǎn)化是十分迅速的。10g葡萄糖(一小湯匙)含有40千卡，可以 完成15分鐘的快速跑步。 一個(gè)ATP分子所含有的化學(xué)能大約只有一個(gè)葡萄糖分 子的1%。葡萄糖中大約40-5(B的能量被轉(zhuǎn)化儲(chǔ)存在ATP中。 一個(gè)人每天大約需 要消耗45KgATP，但每一時(shí)刻貯存在人體里的ATP不到lg。即每個(gè)細(xì)胞每秒鐘 大約可形成一千萬個(gè)ATP，同時(shí)有同樣量的ATP被水解，每摩爾ATP水解形成 ADP,可產(chǎn)生7.3 Kcal/mol的能量。 一個(gè)成年人每天攝入的食物分子經(jīng)過細(xì)胞 呼吸形成的ATP，可提供大約2200 Kcal的能量。這樣，細(xì)胞內(nèi)ATP的含量總是
處在動(dòng)態(tài)平衡之中，構(gòu)成生物體內(nèi)部穩(wěn)定的供能環(huán)境。
ATP也是一種再生資源。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)分子從ATP獲得磷酸基后即獲得能量，即 磷酸化。磷酸化后的蛋白質(zhì)構(gòu)象發(fā)生了變化，而ATP則變成了ADP。獲得能量的 蛋白質(zhì)分子就能進(jìn)行生物學(xué)做功，在做功的同時(shí)此能化的蛋白質(zhì)分子發(fā)生去磷酸 化，即脫去磷酸基，此時(shí)蛋白質(zhì)構(gòu)象又恢復(fù)原來的形狀。脫下的磷酸基可以利用 細(xì)胞中其他物質(zhì)在氧化過程中所釋放的自由能，與ADP重新生成ATP。顯然ATP 是一種再生資源，由于細(xì)胞做功ATP被不斷消耗掉，同時(shí)又不斷得到再生補(bǔ)充。
ATP的這種"能量貨幣"能通過仿生學(xué)的技術(shù)運(yùn)用到建筑材料中去，那么它 就可以在夏天吸收能量，ADP和P i合成為ATP，并將能量?jī)?chǔ)存于其中，當(dāng)溫度 降低，冬季來臨，ATP又分解為ADP和P i ,同時(shí)釋放大量熱能。這樣，室內(nèi)的 溫度可以實(shí)現(xiàn)冬暖夏涼。
由于ATP的轉(zhuǎn)化效率非常高，所以要讓它做到在一段時(shí)間里只吸收、儲(chǔ)存能 量，而在另一段時(shí)間里只釋放能量，需要有激素和酶的刺激。激素是由內(nèi)分泌腺 或具有內(nèi)分泌機(jī)能的細(xì)胞產(chǎn)生的。內(nèi)分泌細(xì)胞是一些特殊分化的，對(duì)內(nèi)外環(huán)境條
件變化敏感的感應(yīng)細(xì)胞，當(dāng)他們感應(yīng)到內(nèi)外環(huán)境變化的剌激時(shí)，就合成并釋放某 種激素。激素作為化學(xué)信使，不經(jīng)導(dǎo)管進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)，將條件信息帶到特定的效 應(yīng)細(xì)胞，引起某種效應(yīng)。激素通過調(diào)節(jié)酶量與酶活發(fā)揮作用，可以放大調(diào)節(jié)信號(hào)。 如果這些分泌腺對(duì)溫度變化特別敏感，那控制A T P的合成與分解就能夠?qū)?現(xiàn)。比如，當(dāng)溫度超過2 0攝氏度時(shí)，激素甲開始分泌，促使ADP與P i的合 成，抑制分解；當(dāng)溫度低于l O攝氏度時(shí)，激素乙開始分泌，促使ATP的分解， 抑制合成。
從能源角度，可大大節(jié)約目前用于供熱的能源，降低建筑能耗。這項(xiàng)技術(shù)充 分利用散逸在空氣中的熱能，等于是間接利用了太陽能這種低品位能源，從而緩 解高品位能源的緊缺和浪費(fèi)。
從經(jīng)濟(jì)角度，在建筑材料中應(yīng)用這種仿生學(xué)技術(shù)，等于讓供暖系統(tǒng)"一勞永 逸"，也就是說，此類建材使用的時(shí)間越長，其成本就越低。并且它不僅能解決 供暖問題，還能取代熱水器，提供熱水。
從環(huán)境角度，夏季建筑物從室內(nèi)外吸收大量能量，可減慢全球氣候變暖的速 度。冬季是向室內(nèi)釋放熱量，故不會(huì)對(duì)氣候造成影響。
此項(xiàng)技術(shù)還可用于汽車內(nèi)，只要讓ATP像在生物體內(nèi)一樣不停的化合、分解， 那么來自外界的熱能就能源源不斷地被利用，在很大程度上取代燃燒汽油或柴油 產(chǎn)生的熱量。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明是如何實(shí)現(xiàn)的 實(shí)施例
由于ATP的轉(zhuǎn)化效率非常高，所以要讓它做到在一段時(shí)間里只吸收、儲(chǔ)存 能量，而在另一段時(shí)間里只釋放能量，需要有激素和酶的刺激。激素是由內(nèi)分泌 腺或具有內(nèi)分泌機(jī)能的細(xì)胞產(chǎn)生的。內(nèi)分泌細(xì)胞是一些特殊分化的，對(duì)內(nèi)外環(huán)境 條件變化敏感的感應(yīng)細(xì)胞，當(dāng)他們感應(yīng)到內(nèi)外環(huán)境變化的刺激時(shí)，就合成并釋放 某種激素。激素作為化學(xué)信使，不經(jīng)導(dǎo)管進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)，將條件信息帶到特定的 效應(yīng)細(xì)胞，引起某種效應(yīng)。激素通過調(diào)節(jié)酶量與酶活發(fā)揮作用，可以放大調(diào)節(jié)信 號(hào)。
這些分泌腺對(duì)溫度變化特別敏感，那控制A T P的合成與分解就能夠?qū)崿F(xiàn)。 如，當(dāng)溫度超過2 0攝氏度時(shí)，激素甲開始分泌，促使ADP與P i的合成，抑 制分解；當(dāng)溫度低于l O攝氏度時(shí)，激素乙開始分泌，促使ATP的分解，抑制 合成。
這樣可大大節(jié)約目前用于供熱的能源，降低建筑能耗。
權(quán)利要求
1、仿生學(xué)在建筑儲(chǔ)能上的應(yīng)用，其特征在于，將ATP用于體外，在體外分泌腺的作用下，控制ATP的合成與分解來實(shí)現(xiàn)高能量的儲(chǔ)存與釋放。
全文摘要
本發(fā)明公開了仿生學(xué)在建筑儲(chǔ)能上的應(yīng)用，即將ATP用于體外，在體外分泌腺的作用下，控制ATP的合成與分解來實(shí)現(xiàn)高能量的儲(chǔ)存與釋放。本發(fā)明方法可大大節(jié)約目前用于供熱的能源，降低建筑能耗；在建筑材料中應(yīng)用這種仿生學(xué)技術(shù)，建材使用的時(shí)間越長，其成本就越低。并且它不僅能解決供暖問題，還能取代熱水器，提供熱水。從環(huán)境角度，夏季建筑物從室內(nèi)外吸收大量能量，可減慢全球氣候變暖的速度。冬季是向室內(nèi)釋放熱量，故不會(huì)對(duì)氣候造成影響。
文檔編號(hào)C04B24/00GK101168481SQ200610117658
公開日2008年4月30日 申請(qǐng)日期2006年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月27日
發(fā)明者朱亦辰 申請(qǐng)人:上海市上海中學(xué)