風能在中國古代農業中的利用

中國古代利用風能服務農業的方式首先出現于對糧食（主要是谷物）的清選、加工。即根據慣性原理，利用自然風或人造風來分離簡單加工后的糧食中的雜物。而服務于這一工作流程的農具，則早在傳統農業早期就已完備。其中的主要方式無外乎“揚”“簸”兩法。

“揚”指的是使籽粒和雜物飛在空中，借助自然風將其中較輕的雜物吹走的辦法，其出現時間應在原始農業時期。由于缺乏文獻記載，同時缺乏實物，只能從相關的記載和近現代農具中對其農具加以推測，元朝人王禎所作《農書》中，提到了杴和飏籃兩種代表性農具。

《農書》中對杴的解釋為“首方闊，柄無短拐”。分為木制竹制兩種，盡管形象近似，但與鐵锨、鐵刃木锨等形象相近的工具，對于其使用季節及優點，《農書》中則以“柄短掌木盡寬平，谷實抄來忌滿盈，苗夏祖鋤方用事，幾回高閣待秋成”和“竿頭擲谷一箕輕，忽作晴空驟雨聲。已向風前糠秕盡，不勞車扇太忙生”這樣的語言來描述兩種杴。

對于飏籃，《農書》的解釋為“形如簸箕而小，前有木舌，后有竹柄”，其用法為“執此操而向風擲之”，從而清選谷物。

“揚”作為早期谷物加工方式，雖然具備簡單易行的優點，但由于其必須借助自然風（風力和風向也需適度），故而局限性較大，難以滿足加工谷物的及時性。

“簸”指的是借助工具（簸箕），以人力將籽粒和雜物揚向天空，由于籽粒和雜物下落的同時簸箕上揚，二者之間的空氣受壓而形成向外的氣流（人造風），從而吹走質量較輕的雜物。這也可以說是對間斷的人造風能最早的利用。《詩經》《莊子》《戰國策》等均對其有所描述，漢朝人李尤所作《箕銘》更是以“箕主簸揚，糠秕乃陳”的文字加以理論性說明。由此可見，其至遲在春秋戰國時就已廣泛應用。而《農書》中的簸箕圖更是說明，簸箕形制至遲成熟于漢朝，并沿用至今。

在兩者基礎上，以人力為動力的風扇車應運而生，后者至遲出現于西漢，其綜合利用流體力學、慣性、杠桿等眾多原理，形成強制下的空氣流動，從而達到清選谷物的目的。西漢人史游所作《急就篇》對其的介紹中，就有這一方面頗為詳細的記載。

據相關文獻記載和各個時期的出土文物，可以確定風扇車應為箱形，其上下方分別有進糧口和出米口，在其內部進糧口和出米口的一側裝有風輪，其曲柄露于車外，另一側則裝有盛糠箱。而其數量眾多且位置散布各地的出土地點表明，其在西漢時已普遍應用于黃河中下游。而隨后的宋明時期，其在各種書籍中的“出場率”更高，說明其已經成為一種重要的農具。在以元朝《農書》為代表的眾多文獻中，又出現了一系列臥軸式風扇車的“改進型”。總之，其出現，使得農業從事者能夠隨時根據需要清選谷物，從而有效提高生產效率。盡管這一類型的風扇車已基本上被棄用，但現代工具中的電力鼓風機、離心泵以及高爐供氧裝置之類的工作原理，則都或多或少地借鑒了臥軸式風扇車的原理。

四川省出土的漢畫像磚“舂搗圖”上所繪制的圖景，則展示了另一種風扇車的形象：操作者兩手各執一門形扇葉的柄平行移動，其搭檔在其身邊將谷物徐徐倒下，從而使扇葉帶起的氣流將雜物吹走。而其相關文獻記載則最早出現于《農書》，其中將“舂搗圖”上的門形扇葉的數量增至“四扇或六扇”——就其形象而言，可以稱其為“立軸式風扇車”。和臥軸式風扇車相比，立軸式風扇車除風輪位置外原理和結構基本相同。但因各種原因，此類型的風扇車應用較少。而如今，其主要的“變體”形式則為吊式風扇。

在提排水方面，最為經典的發明當數風車（全稱為風力水車），盡管其與風扇車在原理、功能等方面有著很大的區別，但其也有一處共同點——同樣分為立軸和臥軸兩種類型。

最早有關風車的記載，來自于南宋人劉一止所作《苔溪集》中“風輪共轉相鉤加”的描述，而在此后的明朝，則出現了較多的風車提排水記載。較為詳盡的記載來自清朝中期人周慶云所作的《鹽法通志》，其中對立軸式風車形象介紹為“上安布帆八葉……中貫木軸，附設平行齒輪”，而對其原理則描述為“借風力回轉以為用也”“帆動軸轉，激動平齒輪，與水車之豎齒輪相搏，則水車腹頁周旋，引水而上”，可以有效地對風向加以調節。由此可見，立軸式風車較好地利用了來自自然的風能，有效減輕了力役，甚至可以稱其為電動或內燃機水泵的雛形。

臥軸式風車約起源于漢朝，至晚出現于明朝。其原理主要是利用風帆和風的氣流垂直方向的分力產生驅動力，驅動風輪轉動。一般應用于風能資源豐富地區，盡管其存在著不能自動適應風向變化而不得不人工挪動位置的缺點，但相比立軸式風車，其方便使用、占地面積小等優勢使其應用同樣較廣。

綜上所述，古代先民對風能的利用成就斐然，不同的谷物清選工具可以做到補充和相互配合，形成了較為完備的清選、加工谷物的工作體系。而起到提排水作用的風車則在形成了獨特的風車技術特點的同時體現出很高的科技水平。中國古代農業中對風能開發利用的技術及成就，無一不是應社會生產的需要而產生。如風扇車就是由于城市人口數量的不斷增加，造成了對糧食的較大消費需求；而風車的發明和逐步廣泛應用，則可以有效減輕力役，并進而拓展動力能源，以此來有效地對農業生產及社會發展起到推動作用。