基于菌丝体的外墙可以将建筑的制冷能耗消耗减半

• 研究人员用菌丝基复合材料重新构想了传统的南亚jaali筛网，创造出一种称为bio-jaali的生物基界面系统。
• 新德里的动态建筑能能模拟显示，生物罐头可将室内峰值温度降低高达14.8°C，并减少超过50%的年制冷能源需求。
• 该材料吸收高达17.2%重量的水分，同时保持尺寸稳定性，实现无机械干预的被动蒸发冷却。

一个古老的建筑理念，从生物学角度重新审视

南亚城市长期以来一直与高温作斗争。几个世纪以来，建筑师们以jaali（一种华丽穿孔的石材或木质屏风）来回应——它为室内遮阳、引导空气流通，并在不耗电的情况下降低房间的温度。这是一种低调而优雅的解决方案，远早于空调的出现数千年。

如今，这些城市面临着不同规模的问题。根据发表在《能源与建筑》杂志上的一项新研究分析的气候数据，新德里和许多南亚超级大城市一样，在截至2019年的28年间，所谓的“危险级”热应力小时数增加了60%。与此同时，本能反应——安装更多空调——加速了驱动热量的排放。这是一个难以用传统材料打破的反馈循环。

纽卡斯尔大学的一支由库马尔·比斯瓦吉特·德布纳特（Kumar Biswajit Debnath）及其同事如娜塔莉娅·皮尼尔齐（Natalia Pynirtzi）、简·斯科特（Jane Scott）、科林·戴维（Colin Davie）和本·布里金斯（Ben Bridgens）领导的研究团队提出了一种打破该技术的方法。他们的概念称为生物砂岩（bio-jaali），用菌丝体复合材料（MBCs）替代传统砂岩——这是一种通过农业废弃物培养真菌根系网络生长的材料。最终形成的是一种轻质、可生物降解的面板，可以被塑造成jaali所需的复杂几何形状。

菌丝体为长城带来什么

菌丝体是真菌的细状根结构，可以通过在作物残渣或锯末等基底上定殖，生长成刚性复合板。经过热处理以抑制生长后，材料结构变得稳定。这种基于菌丝体的材料在建筑上的更广泛潜力吸引了越来越多的研究兴趣，本研究为该研究增添了具体且可量化的主张。

这里的关键特性是吸湿性，即吸收和释放水分的能力。纽卡斯尔团队测试的MBC面板在周期湿度测试中吸收了自身重量中高达17.2%的水分，而其物理尺寸变化不到3%。这种稳定性很重要。在潮湿条件下膨胀变形的材料无法可靠地作为外墙元素。MBC能够通过这一测试，表明它们确实适合印度北部炎热、季节性潮湿的气候。

这种水分吸收也推动蒸发冷却。当水从面板表面蒸发时，它会从周围空气中带走热量——这与湿布感觉凉爽的原理相同。在幕墙应用中，这转化为一种无需能量输入的被动冷却效果。

模拟德里建筑的冲击

为了超越实验室数据，团队利用1991年至2019年间新德里的历史气候数据进行了动态建筑能源模拟。模拟将传统玻璃外墙与生物贾利系统进行了比较，结果显著。

用生物水箱替代标准立面后，年均室内运营温度降低了3.5°C，提升了10%，而夏季高峰室内温度则下降了高达14.8°C。 年制冷用能需求下降了50.4%。对于一个空调负荷急剧上升且电网电力仍部分依赖煤炭的城市来说，这一数字对家庭能源账单和国家碳排放目标都有深远影响。

研究人员将此视为他们所称的“生物建筑物理学”领域的贡献，这是一个新兴领域，生物材料主动调节室内气候，而非被动抵抗热量传递。与静态保温不同，用作建筑外壳的菌丝复合材料可以动态响应环境湿度，随着环境变化在吸收和释放之间循环。

这一方法也与可持续建筑的更广泛运动相呼应，即将生物基材料不仅视为低碳替代品，更视为能够积极提升热性能的组件。

生物贾利仍是一个概念验证。扩大生产规模、确保材料质量一致以及应对真实雨季，都是野外部署需要解决的挑战。但作为一种证明，本地设计智能与现代生物技术可以相互强化，这项研究提出了有力的论据。贾利之所以能存续几个世纪，是因为它有效。其生物学继任者可能拥有同样的优势。