风能在中国古代农业中的利用

中国古代利用风能服务农业的方式首先出现于对粮食（主要是谷物）的清选、加工。即根据惯性原理，利用自然风或人造风来分离简单加工后的粮食中的杂物。而服务于这一工作流程的农具，则早在传统农业早期就已完备。其中的主要方式无外乎“扬”“簸”两法。

“扬”指的是使籽粒和杂物飞在空中，借助自然风将其中较轻的杂物吹走的办法，其出现时间应在原始农业时期。由于缺乏文献记载，同时缺乏实物，只能从相关的记载和近现代农具中对其农具加以推测，元朝人王祯所作《农书》中，提到了和篮两种代表性农具。

《农书》中对的解释为“首方阔，柄无短拐”。分为木制竹制两种，尽管形象近似，但与铁锨、铁刃木锨等形象相近的工具，对于其使用季节及优点，《农书》中则以“柄短掌木尽宽平，谷实抄来忌满盈，苗夏祖锄方用事，几回高阁待秋成”和“竿头掷谷一箕轻，忽作晴空骤雨声。已向风前糠秕尽，不劳车扇太忙生”这样的语言来描述两种。

对于篮，《农书》的解释为“形如簸箕而小，前有木舌，后有竹柄”，其用法为“执此操而向风掷之”，从而清选谷物。

“扬”作为早期谷物加工方式，虽然具备简单易行的优点，但由于其必须借助自然风（风力和风向也需适度），故而局限性较大，难以满足加工谷物的及时性。

“簸”指的是借助工具（簸箕），以人力将籽粒和杂物扬向天空，由于籽粒和杂物下落的同时簸箕上扬，二者之间的空气受压而形成向外的气流（人造风），从而吹走质量较轻的杂物。这也可以说是对间断的人造风能最早的利用。《诗经》《庄子》《战国策》等均对其有所描述，汉朝人李尤所作《箕铭》更是以“箕主簸扬，糠秕乃陈”的文字加以理论性说明。由此可见，其至迟在春秋战国时就已广泛应用。而《农书》中的簸箕图更是说明，簸箕形制至迟成熟于汉朝，并沿用至今。

在两者基础上，以人力为动力的风扇车应运而生，后者至迟出现于西汉，其综合利用流体力学、惯性、杠杆等众多原理，形成强制下的空气流动，从而达到清选谷物的目的。西汉人史游所作《急就篇》对其的介绍中，就有这一方面颇为详细的记载。

据相关文献记载和各个时期的出土文物，可以确定风扇车应为箱形，其上下方分别有进粮口和出米口，在其内部进粮口和出米口的一侧装有风轮，其曲柄露于车外，另一侧则装有盛糠箱。而其数量众多且位置散布各地的出土地点表明，其在西汉时已普遍应用于黄河中下游。而随后的宋明时期，其在各种书籍中的“出场率”更高，说明其已经成为一种重要的农具。在以元朝《农书》为代表的众多文献中，又出现了一系列卧轴式风扇车的“改进型”。总之，其出现，使得农业从事者能够随时根据需要清选谷物，从而有效提高生产效率。尽管这一类型的风扇车已基本上被弃用，但现代工具中的电力鼓风机、离心泵以及高炉供氧装置之类的工作原理，则都或多或少地借鉴了卧轴式风扇车的原理。

四川省出土的汉画像砖“舂捣图”上所绘制的图景，则展示了另一种风扇车的形象：操作者两手各执一门形扇叶的柄平行移动，其搭档在其身边将谷物徐徐倒下，从而使扇叶带起的气流将杂物吹走。而其相关文献记载则最早出现于《农书》，其中将“舂捣图”上的门形扇叶的数量增至“四扇或六扇”――就其形象而言，可以称其为“立轴式风扇车”。和卧轴式风扇车相比，立轴式风扇车除风轮位置外原理和结构基本相同。但因各种原因，此类型的风扇车应用较少。而如今，其主要的“变体”形式则为吊式风扇。

在提排水方面，最为经典的发明当数风车（全称为风力水车），尽管其与风扇车在原理、功能等方面有着很大的区别，但其也有一处共同点――同样分为立轴和卧轴两种类型。

最早有关风车的记载，来自于南宋人刘一止所作《苔溪集》中“风轮共转相钩加”的描述，而在此后的明朝，则出现了较多的风车提排水记载。较为详尽的记载来自清朝中期人周庆云所作的《盐法通志》，其中对立轴式风车形象介绍为“上安布帆八叶……中贯木轴，附设平行齿轮”，而对其原理则描述为“借风力回转以为用也”“帆动轴转，激动平齿轮，与水车之竖齿轮相搏，则水车腹页周旋，引水而上”，可以有效地对风向加以调节。由此可见，立轴式风车较好地利用了来自自然的风能，有效减轻了力役，甚至可以称其为电动或内燃机水泵的雏形。

卧轴式风车约起源于汉朝，至晚出现于明朝。其原理主要是利用风帆和风的气流垂直方向的分力产生驱动力，驱动风轮转动。一般应用于风能资源丰富地区，尽管其存在着不能自动适应风向变化而不得不人工挪动位置的缺点，但相比立轴式风车，其方便使用、占地面积小等优势使其应用同样较广。

综上所述，古代先民对风能的利用成就斐然，不同的谷物清选工具可以做到补充和相互配合，形成了较为完备的清选、加工谷物的工作体系。而起到提排水作用的风车则在形成了独特的风车技术特点的同时体现出很高的科技水平。中国古代农业中对风能开发利用的技术及成就，无一不是应社会生产的需要而产生。如风扇车就是由于城市人口数量的不断增加，造成了对粮食的较大消费需求；而风车的发明和逐步广泛应用，则可以有效减轻力役，并进而拓展动力能源，以此来有效地对农业生产及社会发展起到推动作用。