迈向碳中和的新技术分享——高性能生物变色窗

　　由北卡罗来纳大学夏洛特分校的Kyoung Hee Kim和EcoClosure设计的美观且适应性强的微藻外墙系统，在生产生物燃料源的同时改善了居住者的健康状况。

　　“藻类项目很难让人爱上，因为它并不总是漂亮的东西。这个系统采用美学和功能的方法来创造一个有趣和有吸引力的解决方案。”——陪审员琼·格兰特

　　在气候问题行动时代，减少能源消耗并积极固碳的立面几乎不会很快出现。集成设计研究实验室的微藻窗系统北卡罗来纳大学的夏洛特(Charlotte)在培养可再生能源并通过改善室内空气质量、减少眩光和太阳能热增益来支持居住者健康的同时，同时圈定了这两个选项。正在申请专利的单元化外墙系统通过将光生物反应器与视觉玻璃面板相结合来实现双重目的。适应性强的X形微藻生长模块互锁形成格状结构，然后将其安置在带有横梁和竖框的金属框架内。这些模块在工厂组装以进行质量控制，适用于整栋建筑的改造或小规模干预，例如将系统添加到百叶窗等现有窗户上。

　　闭环系统不需要淡水或肥料。含有二氧化碳的环境空气通过底部的开口进入，在阳光的照射下，通过格子上升。微藻在阳光充足的情况下生长得更快，在夏季提供最多的遮荫。它们产生的氧气被泵入暖通空调系统。新鲜的微藻被泵入系统的顶部，而含碳的藻类则通过底部的管道下沉和排出。收获的藻类被转移到脱水设施，然后转化为生物燃料。

　　IDRL测试了六种微藻菌株和一系列有用的生物产品：普通小球藻、绿球菌和斜栅藻都可以用作生物燃料；雨生红球藻可用于生物活性化合物；螺旋藻作为食物；和Pyrocystis fusiformis作为生物发光。这些菌株的选择也是基于它们的耐寒性和美观性，包括颜色和生物发光。

　　迈克·巴舍尔使用不同微藻菌株的模型；北卡罗来纳大学夏洛特分校和EcoClosure综合设计研究实验室的生物变色窗

　　北卡罗来纳大学夏洛特分校综合设计研究实验室，EcoClosure

　　Rotocaster结构，用于微藻模块化单元的经济高效的大规模生产

　　IDRL的创新与现有的微藻外墙产品不同，其美学和开放模式仍然允许清晰的视野和日光穿透内部，减少建筑物的电力照明负荷。“由于其与生俱来的......光合作用性能响应太阳强度，我们的微藻窗有助于营造节能和健康的建筑环境，”IDRL主任Kyoung Hee Kim说，友邦保险。她估计，用微藻系统完全封闭建筑物可以将其能源消耗降低20%到30%。

　　建筑、工程、生物学和施工管理专业的学生为这个已有九年历史的项目做出了贡献，构建了全尺寸模型并测试了结构完整性和水密性。

　　IDRL现在正在开发一种人工智能驱动的系统来控制微藻的色调和颜色，这取决于用户对视觉和热响应的需求，这将进一步将这项技术与其先例区分开来。

　　组装生物变色窗

　　来源北卡罗来纳大学夏洛特分校综合设计研究实验室，EcoClosure

　　用于脱碳和建筑节能的微藻窗的概念设计，自动控制器根据二氧化碳水平和太阳强度提高性能。

　　来源于迈克·巴舍尔

　　生物变色窗系统显示左侧的藻类排放和二氧化碳摄入量，以及顶部的氧气释放和藻类输入

　　来源于北卡罗来纳大学夏洛特分校综合设计研究实验室，EcoClosure使用计算流体动力学分析的二氧化碳曝气性能

　　来源于北卡罗来纳大学夏洛特分校综合设计研究实验室，EcoClosure

　　根据行业标准进行热循环和太阳能热增益/可见光透射率验证

　　来源于北卡罗来纳大学夏洛特分校综合设计研究实验室，EcoClosure，生物再生生命支持系统研究时间表和模型中测试的六种微藻表

　　详细视图，正在申请专利的生物变色窗系统

　　项目认证信息：

　　产品名称：生物变色窗

　　地点：北卡罗来纳大学夏洛特分校建筑学院

　　客户/所有者：美国国家科学基金会

　　建筑师/设计师/发明人：Kyoung Hee Kim,AIA（EcoClosure创始人；UNC Charlotte建筑学副教授；综合设计）研究实验室主任）

　　研发团队：Garrett Herbst，AIA（EcoClosure，Little Diversified Architectural Consulting）；邱顺辉、洪建华(EcoClosure)；Chengde Wu、Arturo Lujan、Matt Parrow、Ok-Kyun Im、Milad Rogha、Alexander Cabral、Robby Sachs(UNC Charlotte)

　　成本：每平方英尺200美元