腳下生輝的現代鞋
人腳是一種特殊的“運動彈簧”。行走時,重心先落在足跟,然後轉向足尖。這種運動形式使足弓從展平到彎曲之間進行彈簧般的活動。據研究,人在每一次落腳和抬腳中,肌腱提供35%左右的彈力,而足弓可提供約17%的彈力。
為了使人行走輕快,不覺疲勞,設計師們動腦筋在鞋底上做文章。有的鞋在鞋跟後部夾一層彈性滯後材料,它能產生緩衝作用,減小震動波的強度。有的在楔形鞋底夾層中設一個上下兩層的氣密封閉室,腳跟著地時,人體的重量使上層氣密室的部分空氣,通過分隔層上的小孔,緩慢地注入下層氣密室,產生緩衝作用,減少因腳跟碰擊地麵而產生的震動強度。法國設計師為旅行家專門設計的便鞋,是在出發之前先往鞋底內的囊袋裏打入一定壓力的空氣,借空氣的作用減少震動,增加彈性。
不過,這些鞋都是從緩衝震動的角度設計的。如果從速度上考慮,就得提高鞋的“彈簧”性能,有助於發揮腳的彈跳。這種鞋的出現,開闊了設計者的思路,未來將會有老年人、平足者、旅行家等不同人使用的新式鞋。
17.會散熱的服裝
每當夏季到來,火紅的太陽當頭照,空氣也變得熾熱,人們為了適應高溫環境,就要穿得薄些,或穿一些淺顏色的衣服。盡管如此,衣服還會被汗水浸透,背心或襯衫上留下斑斑的汗漬,穿在身上很不舒適;有時雖然出汗很少,可過多的日照,又會曬黑皮膚,損傷眼睛,易患皮膚癌。為此,各種防曬霜和潤膚油銷售的十分紅火。這固然減少了紫外線對身體的損傷,可仍然顯得有些不足。
為了能夠達到降溫的目的,人們用手拿著扇子,扇動著周圍的空氣;或加長加寬衣服,利用行走,產生空氣流動,或幹脆住進帶有空調的房間,可一旦出門,又會大汗淋漓。
於是,人們開始利用仿生學的原理,借鑒動物的調溫本領。夏日裏,海豹用前鰭和尾鰭同時扇風;大象頻頻扇動著耳朵,……以大象為例,大象耳朵裏微血管中的血會因空氣的流動而降溫,而液循環時把涼血帶到全身,這樣就可使血管周圍的肌肉降溫了。人們想到利用太陽能來降溫,在寬大的袖口上安裝上微型電扇,或把扣子做成向內的微型電扇,肩背和衣領是可拆卸的微型太陽能電池板,人靠太陽能電池板吸收光能,轉為電能,電能通過微型導線,驅使微型風扇轉動,使風扇轉動的皮膚降溫,這也如同大象的耳朵一樣。到了陰涼的地方,風扇會自動停止轉動。
對於因病而致排汗困難的人,或先天性無汗症的患者來說,更多的希望還是寄托在衣服的更新和功能的改進方麵。狗是一種不會出汗的動物,天氣炎熱的,狗伸出濕潤的舌頭喘氣,使空氣流動,帶走熱量,舌頭上的微血管涼爽了,流動的血液也涼爽了。科學家們正在進一步地研究動物的降溫方法,並利用仿生學的原理設計新的調溫服裝;
這種服裝的麵料對光熱具有伸縮性。當陽光充足,氣溫偏高時,衣服的紡織纖維就會自動伸長,使布料的經緯密度加寬,空氣在這些被打開的微窗中流動,身體就顯得涼爽了。有時人出汗很多,衣服內麵的吸汗纖維就會伸出微孔吸收汗液,被吸收的汗液順著重力的作用,垂直流到衣服的下麵,當汗水積多時,微型排液孔就會自動脹開,汗液順流而出,排淨汗液以後,微孔自動關閉。
有些防曬衣服的布料中還摻有反光特性的纖維,當太陽光直射時,反光纖維會有效的折射陽光,這樣一來,人就不覺得熱了。
18.未來的摩天大樓
世界上最高的“摩天大樓”——美國芝加哥市的西爾斯大廈,有110層,高443米。俗話說“樹大招風”。樓房越高,所承受的風壓越大。一幢400多米高的大廈受到最大風力時,樓頂晃動的幅度將超過1米,如果不加以控製,窗上的玻璃就會彈出來,隔牆也會裂開。
科學家發現,圓形大樓在風力作用下的適應能力最好,它受到風的作用力隻是矩形建築的一半。經過對摩天大樓所受風力的分析,設計者們認識到,最適宜摩天大樓的建築形式是圓管狀形式,即整個建築物形如一根插在地上的管子,大樓的重量集中於管邊,中間是空心的,而且,圓管形建築對風力有緩衝作用,可減輕樓房的搖晃,一般情況隻有2—5厘米的晃動幅度,人們完全可以安心地工作。
未來的摩天大樓將是鋼筋混凝土結構的整體管狀建築,像一座碩大無比的煙囪,筒壁上開挖一些孔洞作窗戶。這座“煙囪”不一定要建成圓的,但至少要方的。“煙囪”內部加有支撐,然後一層一層地裝設樓板。樓板的中央是空的,使整座大樓的中間形成大豎井般空心。這個內部空間可設計成露天中庭,種花栽樹,好像室內花園,還可以設置電梯和行人的通道。
摩天大樓好像一座垂直城市。如美國的世界貿易中心大廈有110層,大樓內有5萬名工作人員,每天要接待8萬名顧客,大樓內辦公、住房、市場和生活設施等一應俱全。大樓的交通主要靠電梯,有室內的,也有裝置在大樓外的觀賞電梯。摩天大樓的電梯像城市公共汽車一樣,有常規的單層電梯,也有雙層電梯;有隻限在某些層次行駛的區間電梯,也有高速直達電梯。電梯的最大升降程度可達每分鍾600米左右。
由於圓筒式摩天大樓結構的解決,未來的摩大大樓的高度還可以增高,建築設計師已經設計出200多層的摩天大樓。日本一家公司已設計出將建造在人工島嶼上的火山形建築,它的高度超過4000米(相當於1400層的摩天樓),可供70萬人居住。離水麵1公裏處有天文台、能源工廠和其他設施,底層是一個海濱遊覽勝地。這聽起來似乎不可思議,然而科學預言,有了圓管建築結構這個法寶,大樓可以建造得很高很高,人們甚至可以到樓頂去“攬月”了。
19.新型的生態住宅環境
如今,可持續發展改變著人們的觀念,在世界許多城市裏,新型的生態建築正呼之欲出。
生態建築,就是綜合地運用當代建築學、生態學及其它技術科學的成果,把住宅建造成一個小小的生態係統,為居住者提供生機盎然、自然氣息濃厚、方便舒適而又節省能源、沒有汙染的居住環境。
為了把這種設想變成現實,國外已有人著手進行試驗。這些試驗方案如下:利用太陽能發電、供暖和製冷,並供給照明、家用電器和通風用電;室內種植花木,陽光透過保溫隔熱性能良好的厚玻璃屋蓋,使植物能充分實現光合作用,在自動調控溫度和濕度的人工環境中茁壯生長,開出絢麗的花朵,結出豐碩的果實,並且散發出新鮮的氧氣;雨水和澆灌花木滲透下來的水,通過管道係統收集起來,經過處理,可以用於衝洗便桶、養魚或重複澆灌植物;收割後的植物秸稈和生活中排出的有機物可用來生產沼氣,作為太陽能以外的第二能源;生產沼氣後的殘渣經過幹燥處理,又可用作栽培植物的有機肥料,等。
當然,建成這樣一個小小的生態係統,需要建築、材料、能源、機械、給排水以及環境科學等多學科的合作,要解決一係列的技術問題,因此試驗階段需要有相當的資金投入。
目前,生態建築已在許多國家試點。日本三澤住宅公司開發設計建造了一種生態建築——太陽能住宅,它可以滿足家庭中85%的能源需求。新住宅的隔熱性能和密封性能良好,屋頂裝有太陽能電池,太陽能電力多餘時可賣給電力公司。
英國科學家建造了一種新的生態住宅區,它的特點是:室內空氣中二氧化碳含量由於有自然通風設備而大大降低,並不再使用排放破壞臭氧層的氟裏昂空調設備;屋頂和牆壁使用的絕熱材料不破壞臭氧層;所使用的硬木來自於能維持生長的歐洲和非洲的溫帶森林;不使用有害人體健康的物質,例如石棉和含鉛油漆等;熱水隻在需要時才供應,免去了儲水塔;照明使用輕巧的熒光燈泡和高效能的不閃爍光源;辟有專門的吸煙室等等。
在我國廣大農村,生態住宅的開發可以和庭院經濟的發展結合起來,除了在房前屋後的空地種植蔬菜瓜果花木外、屋頂設置網箱養殖魚蝦和貝類的水池,室內也可以培植小型草坪,繁殖蟋蟀、蟈蟈之類的昆蟲,牆麵嵌進玻璃水箱,飼養並繁殖貴重的觀賞魚類,既美化了居住環境,又可為市場提供新鮮的綠色食物和觀賞動物,並增加了農民的收入,可稱一舉多得的美事。
據介紹,農村采用生土磚蓋房,其汙染排放量隻相當於普通磚的02%。在廣大鄉鎮,泥土是最廉價、最方便、無須長途運輸而且汙染小的建材,雖然強度小,但經新技術製造,足以滿足建造一般的低層住房的需要。
近年來,生態住宅的誕生,標誌著世界建築業正麵臨一場新的革命,這一革命以有益生態、有益健康、節省能源、方便工作和生活為宗旨,對建築業的設計、材料和結構等方麵提出了新的思路。生態住宅的誘人前景,鼓舞著有誌於此的建築師,他們正在為理想的實現而孜孜不倦地努力。
生態住宅雖然未必成為21世紀中期的住宅主流,但在我國住宅從小康水平向舒適水平過渡的階段,把生態住宅的某些特色吸收過來,無疑將會使我國的城鄉住宅更加接近於自然,使我們的住文化向世界高水平的方向發展。
20.電腦住宅
電腦住宅,該是多麼誘人的住房啊。不久前,世界上第一棟綜合型電腦住宅已在日本東京市的中心落成了。其建築麵積為370多平方米,共安裝電腦100多台。住宅的設計師是東京大學教授阪村健。