[发明专利]仿生学在建筑储能上的应用

说明书

技术领域

本发明涉及新的能源储存方法，尤其涉及利用仿生学的原理来解决建筑能耗的问题，即仿生学在建筑储能上的应用。

背景技术

在钢筋混凝土的森林中，建筑物很像一个生命体，它每天都需要大量的能量来支持它的正常运作：上上下下的电梯，各种电气设备，供水系统，燃气系统，采光取暖等等。然而，随着社会的发展，建筑所消耗的能源越来越多，建筑能耗逐渐成为关注的焦点。

建筑能耗是指消耗在建筑中的采暖、空调、降温、电气、照明、炊事、热水供应等所消耗的能源。目前我国单位建筑面积能耗是气候相近发达国家的2至3倍以上。我国每年城乡新建房屋建筑面积近20亿平方米，其中80％以上为高耗能建筑；既有建筑近400亿平方米，95％以上是高能耗建筑。

从以下数据我们可以看到，建筑能耗问题日益严峻：1992年，建筑耗能占整个全社会的耗能只有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、原材料的运输则要达到50％。如果我们不采取建筑节能或者绿色建筑，到2020年，中国建筑的能耗要达到11亿吨标准煤，是目前建筑耗能的三倍以上，届时中国就会成为碳排放量最大的国家。

值得注意的是，在建筑耗能中，供热采暖又占很大比重。有这样一组数据：我国北方采暖地区供热采暖耗能占建筑总耗能的65％以上，有的地区高达90％。大概有6亿人每年需要3-6个月的供热，几乎全部依靠煤来提供，导致年二氧化碳和二氧化硫的排放量分别为400万吨和4亿吨。如果在供热能源效率方面没有大幅改善的话，供热用煤量和有关的排放量到2020年将增加一倍。所以，对环境的压力将是相当大的

我们也看到，目前我国建筑供热采暖中“大材小用”问题突出。我国建筑能耗中80％供冷供热和供生活热水，用太阳能、地热能等低品位的能源可以达到相应效果，可我们大量使用的却是高品位的电能，一些地方更是直接用柴油或煤烧锅炉取暖或供热水，把高品位能源“大材小用”。在建筑能耗中，暖通空调能耗约占85％，在能源消耗中具有举足轻重的位置。

发明内容

针对已有技术存在的不足，本发明的目的在于提供仿生学在建筑储能上的应用。

本发明发明目的通过如下方案实现的：

利用生物体内的ATP实现热循环：ATP(腺嘌呤核苷三磷酸)是生命体系中重要的能量储存物质，被称为能量货币单位，ATP是由腺嘌呤、核糖和三个磷酸基构成，其中第二个和第三个磷酸基上的磷酸键时高能键(～)，不稳定易被水解，从ATP上水解下来的磷酸基是一种能量穿梭基团。

首先，ATP能够实现高能量的储存与释放。ATP分子中远离A的那个高能磷酸键，在一定的条件下很容易水解，也很容易重新形成：水解时伴随有能量的释放；重新形成时伴随有能量的储存。在有关酶的催化作用下，ATP分子中远离A的那个高能磷酸键水解，远离A的那个磷酸基团脱离开，形成磷酸(Pi)，同时，储存在这个高能磷酸键中的能量释放出来，ATP就转化为ADP。在另一种酶的催化作用下，ADP可以接受能量，同时与一个磷酸结合，从而转化成ATP。体外实验中，在pH7.0，25℃条件下，每克分子ATP水解生成ADP+Pi时释放的能量为7.1千卡或30.4千焦耳，在体内，pH7.4，37℃，ATP、ADP+Pi、Mg2+均处于细胞内生理浓度的情况下，每克分子ATP水解生成ADP+Pi时释放的能量为33.5-50千焦耳或8-12千卡。

其次，ATP转化能量的效率非常高。ATP在细胞内的含量是很少的。但是，ATP在细胞内的转化是十分迅速的。10g葡萄糖(一小汤匙)含有40千卡，可以完成15分钟的快速跑步。一个ATP分子所含有的化学能大约只有一个葡萄糖分子的1％。葡萄糖中大约40-50％的能量被转化储存在ATP中。一个人每天大约需要消耗45Kg ATP，但每一时刻贮存在人体里的ATP不到1g。即每个细胞每秒钟大约可形成一千万个ATP，同时有同样量的ATP被水解，每摩尔ATP水解形成ADP，可产生7.3Kcal/mol的能量。一个成年人每天摄入的食物分子经过细胞呼吸形成的ATP，可提供大约2200Kcal的能量。这样，细胞内ATP的含量总是处在动态平衡之中，构成生物体内部稳定的供能环境。