一种建筑表皮生产系统及应用的制作方法

本发明属于建筑领域，涉及建筑表皮，具体涉及一种建筑表皮生产系统及应用。

背景技术：

鱼菜共生(aquaponics，ap)系统，是一种集鱼类和植物生产于一体的可持续生产绿色食品的准封闭式新型循环系统，也是一类可以用于建筑表皮的生产系统，兼有维持水质、最大限度减少淡水消耗和提供可销售的蔬菜作物的优点，是一种解决目前由于鱼类密集养殖和作物生产而产生的负面环境影响的很有前途的方案。

鱼菜共生系统可将养殖鱼类的排泄物、分泌物、饵料饲料残渣等废弃物转化为蔬菜喜好吸收利用的营养盐类，蔬菜在生长过程中，通过对水体中营养盐类的吸收而净化水质，改良鱼类生长环境的循环利用模式，从而实现“养鱼不换水，种菜不施肥”。

现有的鱼菜共生设备，结构复杂、对设备依赖性高、价格昂贵、未能充分的利用上层空间；所以需要一种结构简单、可自我调节、可持续性强、成本低且能更大化利用空间的的鱼菜共生设备。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种建筑表皮生产系统及应用，解决现有技术中的鱼菜共生系统，结构复杂，可调节性和可持续性不足，且空间利用率不足，以至于难以应用到建筑表皮中的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种建筑表皮生产系统，包括立墙，所述的立墙的一侧底部安装有保温养鱼槽，保温养鱼槽上方的立墙上通过支架安装有玻璃鱼缸；保温养鱼槽内安装有第一循环水泵，第一循环水泵通过第一循环管将水循环至玻璃鱼缸，玻璃鱼缸开放的顶部边缘设置有边舌，玻璃鱼缸中的水通过边舌溢流进入下方的保温养鱼槽实现循环；

所述的立墙的另一侧从上至下安装有多排栽培槽，相邻两排栽培槽之间的立墙上安装有一排藻类培养槽；栽培槽和藻类培养槽的进水口和出水口分别位于栽培槽和藻类培养槽的两侧，栽培槽的出水口与下方的藻类培养槽的进水口相连通，藻类培养槽的出水口与下方的栽培槽的进水口相连通，使得水流在栽培槽和藻类培养槽内从上至下单向连通，最底排的栽培槽的出水口与保温养鱼槽相连通靠自重排水，保温养鱼槽内安装有第二循环水泵，第二循环水泵通过第二循环管将水循环至最顶排的栽培槽的入水口。

所述的立墙上竖向安装有升降杆，升降杆相邻两排栽培槽之间设置有虹吸管，通过升降杆带动多个虹吸管来调节栽培槽中的液位。

所述的藻类培养槽上方的立墙上设置有用于给藻类培养槽补充照明的灯带。

所述的栽培槽上设置有开设有种植孔的漂浮板。

所述的栽培槽的外壳采用聚氨酯材料制成。

所述的栽培槽的体积从上至下逐级增大。

所述的第一循环管位于玻璃鱼缸内的端部设置有单向阀。

所述的边舌上设置有引流边条。

如上所述的建筑表皮生产系统用于生产性有机建筑表皮中的应用。

所述的生产性有机建筑表皮包括顶部开放的生产性表皮单元，生产性表皮单元的外壁上从上至下交替排布有多排生产装置和多排新风窗,生产装置和新风窗均与生产性表皮单元相连通；所述的生产性表皮单元用于提升生产性有机建筑表皮内部的自然通风流通速率；所述的生产装置用于动植物有机生产、热能生产和/或电能生产；所述的新风窗用于采集外界的空气。

本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

本发明的建筑表皮生产系统也是一种鱼类菜共生装置，其依照自然理念，设备、操作简单方便，运行维护成本低，单位养殖面积由于立体上下两层因而变得更大，适合低密度养殖，可以养殖具有捕食性关系的鱼种，处理水质好，空间利用率高，具有极高立体栽培价值和观赏价值。

附图说明

图1是本发明的建筑表皮生产系统在生产装置中的立体结构示意图。

图2是本发明的建筑表皮生产系统的立体结构示意图。

图3是本发明的建筑表皮生产系统的另一个视角的立体结构示意图。

图4是本发明的生产性有机建筑表皮的截面结构示意图。

图5是本发明的生产性有机建筑表皮的立体结构示意图。

图6是本发明的建筑表皮生产系统用于生产性有机建筑表皮的示意图。

图7是本发明的板式流体冷凝器装配示意图。

图中各个标号的含义为：1-生产性表皮单元，2-生产装置，3-新风窗，4-建筑框架柱，5-建筑表皮生产系统，7-板式流体冷凝器；

101-内壁，102-外壁，103-拔风腔，104-驳接爪，105-预埋锚固件，

201-生产腔，202-控光面，203-底板，204-采光面；

20201-全遮光区，20202-半透光区，20203-全透光区；

301-窗体，302-伸缩推杆；

501-立墙，502-保温养鱼槽，503-支架，504-玻璃鱼缸，505-第一循环水泵，506-第一循环管，507-边舌，508-栽培槽，509-藻类培养槽，510-第二循环水泵，511-第二循环管，512-升降杆，513-虹吸管，514-灯带，515-种植孔，516-漂浮板，517-引流边条；

701-流体连接管，702-冷媒管。

以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

本发明中，如无特殊说明，各部件均采用现有技术中的已知部件，例如光电生产组件、光热生产组件、伸缩推杆302、升降杆512和虹吸管513等均采用现有技术中的已知产品。

以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

实施例1：

遵从上述技术方案，如图1至图3所示，本实施例给出一种建筑表皮生产系统，包括立墙501，所述的立墙501的一侧底部安装有保温养鱼槽502，保温养鱼槽502上方的立墙501上通过支架503安装有玻璃鱼缸504；保温养鱼槽502内安装有第一循环水泵505，第一循环水泵505通过第一循环管506将水循环至玻璃鱼缸504，玻璃鱼缸504开放的顶部边缘设置有边舌507，玻璃鱼缸504中的水通过边舌507溢流进入下方的保温养鱼槽501实现循环；

所述的立墙501的另一侧从上至下安装有多排栽培槽508，相邻两排栽培槽508之间的立墙501上安装有一排藻类培养槽509；栽培槽508和藻类培养槽509的进水口和出水口分别位于栽培槽508和藻类培养槽509的两侧，栽培槽508的出水口与下方的藻类培养槽509的进水口相连通，藻类培养槽509的出水口与下方的栽培槽508的进水口相连通，使得水流在栽培槽508和藻类培养槽509内从上至下单向连通，最底排的栽培槽509的出水口与保温养鱼槽502相连通靠自重排水，保温养鱼槽501内安装有第二循环水泵510，第二循环水泵510通过第二循环管511将水循环至最顶排的栽培槽508的入水口。

作为本实施例的一种优选方案，所述的立墙501上竖向安装有升降杆512，相邻两排栽培槽508之间设置有虹吸管513，通过升降杆512带动多个虹吸管513来调节栽培槽508中的液位。

作为本实施例的一种优选方案，所述的藻类培养槽509上方的立墙501上设置有用于给藻类培养槽509补充照明的灯带514。

作为本实施例的一种优选方案，所述的栽培槽508上设置有开设有种植孔515的漂浮板516。植栽在漂浮板516上可以根据采光的需求进行移动，进而可以实现对光照环境的调控。使得植栽可以在全光照模式、半遮光模式和全遮荫模式的自由转换，进而为植栽的健康生长创造可控的环境。

作为本实施例的一种优选方案，所述的栽培槽508的外壳采用聚氨酯材料制成，对栽培槽508进行保温。

作为本实施例的一种优选方案，栽培槽508的体积从上至下逐级增大。优势：高度低的栽培槽，由于更换清洗基质以及种植管理操作方便，面积大，可种植两排或多排植物。栽培面积大，避免因上方栽培槽遮光造成植物生长不良。使用虹吸装置过程中，水流速度是变化的，底部的栽培槽体积大可起到缓冲作用，防止水由于上方栽培槽虹吸水流速度过快从下方栽培槽溢出。

作为本实施例的一种优选方案，所述的第一循环管506位于玻璃鱼缸504内的端部设置有单向阀，确保循环水的单向流动。

作为本实施例的一种优选方案，所述的边舌507上设置有引流边条517。引流边条517便于引流。

本实施例中，栽培槽508和藻类培养槽509的进水口前均设置有过滤棉。

建筑表皮生产系统5使用时，水泵505将养殖槽502的水通过第一循环管线506流入到玻璃鱼缸504的底部，然后玻璃鱼缸504中的水从边舌507沿引流边条517形成瀑幕流回至养殖槽502，从而养殖装置内部进行水循环。水泵510连接第二循环管线511将养殖槽502中的水送到最高一层栽培槽508的，当栽培槽508中的水位没过出水管口的高度时，直接流入下方藻类培养槽509，采用“之”字型水循环策略，直至通过总回水管511回流至养殖槽502。从而养殖装置和种植装置二者进行水循环。启用虹吸装置时，由升降杆512统一控制虹吸管513的高度达到控制栽培槽508内水位的目的。

实施例2：

遵从上述技术方案，如图1至图7所示，本实施例给出一种建筑表皮生产系统，用于生产性有机建筑表皮中的应用，所述的建筑表皮生产系统采用实施例1中所述的建筑表皮生产系统。

在建筑领域，尤其是建筑表皮领域，存在如下现状：

(a)城市病日趋严重，既有建筑生产性改造模式亟待完善：

我国各大中城市均处于城市化发展过程中，截至2011年12月，我国城市化率突破50％，中国城镇人口首次超过农村人口，中国城市化已进入快速发展阶段。伴随城市高速发展，城市结构和规模都发生了急剧的改变，出现了一系列被称为城市病的复杂城市问题，具体为不可再生能源消耗日益增长，环境污染；城市水、食品等资源日趋紧张；居住环境缺少自然空间，生态环境不断恶化；通勤距离与日俱增，交通拥堵难以解决；传统社区社会结构解体，居住分异现象频现。因此，基于应对城市发展问题，当代规划理论的新概念层出不穷，都市农业、智慧城市、海绵城市、生态城市理论都在各自的方向上对城市的可持续发展进行探索，并且努力在城市建设过程中寻找实践的可能。

纵观城市的出现、成长、成熟的过程，我们发现，城市发展过程中所带来的一系列问题，被动的处理和应对是不足以从根本上解决的，被动性的节能和减排不是可持续的发展模式。只有通过改变城市自身的消耗属性，才能使城市逐步走入良性循环中，城市将不可避免的进入到其下一个阶段---“生产性城市”发展。而在微观层面，对既有居住建筑的生产性改造缺乏完整的信息获取分析链路和生产性空间融合改造落地模式。

(b)食物里程日渐高企，本地生产性集成单元空间亟待构建：

传统的城市建设模式导致食品的里程随城市建设几何级数增长，造成了社会资源的巨大浪费。研究表明，在美国食物里程大致为2400～4000km，平均运输距离为1640km。在加拿大超过92％的进口水果运输距离超过1500km，47％在3000～7000km之间，22％超过了7000km。我国的学者以武汉市为例进行了系统研究，计算得到武汉的平均食物里程为901.8km，食物的本地化率只有7.44％，虽然相比国外平均水平要低一些，但仍然造成了很大的能源消耗。因此，在我国建筑学领域如何通过建筑空间的科学组织，进而合理降低食物里程，提高城市的可持续发展水平是一个需要深入研究的课题。

但是由于我国气候条件复杂，国情特殊，健康食物生产又是一个复杂的系统工程，加之城市环境复杂，实现其安全连续生产困难重重。但对与既有建筑融合的生产性空间单元的研究，目前尚未形成既定模式。因此，居住建筑典型生产性集成单元空间形态及其组织模式亟待建构。

(c)现有建筑表皮功能单一，亟待提升综合生产能力：

表皮理论方面，最早可见于德国19世纪建筑理论家森佩尔于1851年写的《建筑四要素》，森佩尔将建筑分解为基础、屋顶、围墙和内部空间，其中围合结构便是建筑表皮。森佩尔(gottfriedsinpel)把对围墙的装饰比喻成给建筑穿衣服。1923年柯布西耶在《走向新建筑》一书中将建筑物划分为“体量、表皮和平面”三个基本要素，把它们称为“给建筑师先生们的3项备忘”(lestriosrappels)。2002年，勒斯巴勒(riesballe)和穆斯塔法(mustafa)合作了《表皮建筑学》，他们认为随着技术的进步，表皮可以脱离结构的束缚而独立存在，这实际上是为表皮的独立性背书。刘先觉在《现代建筑理论》一书中归纳了建筑表皮在不同的时期，例如文艺复兴、巴洛克、现代主义、后现代主义和晚期现代主义中的社会属性和功能，既强调了技术对表皮的影响，又对表皮的角色定位进行了分析。由季翔写的《建筑表皮语言》一书中从艺术方面、材料方面、生态方面中总结了表皮的组成元素并总结了表皮的表现方法。高巍写的《建筑表皮细部构造》一书中对表皮的细部构造，表皮形体的突破和变形进行了详细的论述。由褚智勇写的《建筑设计材料语言》一书中研究了建筑表皮各种材料的特性和使用方式，并提出表皮和材料应该以一种有机互动的方式共存，表皮设计应该充分利用材料的性质来实现其审美表现。由边颖写的《建筑外立面设计》一书中总结了建筑表皮的设计方法，强调建筑功能和历史文脉对表皮的影响，并提出建筑类型学为表皮设计积累素材，提供思路。

到了19世纪下半叶，得益于金属框架结构体系和玻璃幕墙的出现，表皮的独立之路终于看到了曙光。1851年由帕克斯顿(josephpaxton)设计的水晶宫横空出世，震惊了世人。水晶宫的玻璃幕墙和穹顶已具现代意义上独立表皮的雏形。到了1889年，巴黎世界博览会上的巴黎机械馆更是将大跨度框架和大面积玻璃幕墙的技术提升了一大步。步入20世纪，格罗皮乌斯于1911年设计的法古斯工厂外表皮基本由独立的玻璃幕墙组成。现代主义最典型的形式——“密斯风格”更是让钢构玻璃幕墙真正成为独立于建筑主体结构的“皮肤”。随着后现代主义对于表皮的解构，在消费文化中即把表皮当作历史文脉和地域传统的表现载体。随着建筑理论不断进步，表皮的概念愈发独立了。

但随着国内对生态建筑的不断重视，建筑表皮研究，不仅要满足建筑内部的生态功能需求，也要满足外在的形式审美需求。在调研和实验的基础上，文章提出了一些适用于该地区的可行性节能措施，具有重要的实践指导意义。虽然各种建筑表皮都在蓬勃发展，但现有的建筑表皮大多仅达到了美化建筑外观的作用，近年来出现了智能表皮，但其功能主要是最大限度利用自然环境，进而降低建筑能耗，同时维持建筑内部的舒适环境。目前的建筑表皮尚未综合考虑全方位融合建筑外观+智慧环控+综合生产，因此亟待研发一种具有综合功能的建筑表皮。

综上所述，虽然在建筑领域关于建筑表皮和双层表皮的研究层出不群，但对于腔体表皮融合植物生产的结构类型，对于生产性建筑表皮的研究尚处于空白。特别是在建筑表皮中融入生产空间并同时整合能源生产的表皮单元更是没有出现。

本发明正是在上述背景下，以融合植物生产功能和能源生产功能以及建筑外维护功能等三种功能，进而构建了三位一体的综合生产性建筑表皮单元。本发明有望填补生产性表皮的技术空缺。

生产性有机建筑表皮，包括顶部开放的生产性表皮单元1，生产性表皮单元1的外壁102上从上至下交替排布有多排生产装置2和多排新风窗3,生产装置2和新风窗3均与生产性表皮单元1相连通；

所述的生产性表皮单元1包括内壁101和外壁102，内壁101和外壁102之间设置有拔风腔103；所述的生产性表皮单元1用于提升生产性有机建筑表皮内部的自然通风流通速率；

所述的生产装置2包括生产腔201，生产腔201的顶部为由多组控光单元组成的控光面202，每组控光单元包括依次并列排布的全遮光区20201、半透光区20202和全透光区20203，所述的全遮光区20201安装有光电生产组件，所述的半透光区20202安装有光热生产组件，所述的全透光区20203安装有透明玻璃；生产腔201的底部设置有底板203，生产腔201的外侧设置有采光面204，生产腔201内安装有实施例1中所述的建筑表皮生产系统5；所述的生产装置2用于动植物有机生产、热能生产和/或电能生产；

所述的新风窗3用于采集外界的空气。

建筑表皮生产系统5安装在生产腔201内时，立墙501一侧的植物栽培部分位于生产腔201内，，立墙501另一侧的养鱼部分位于建筑内。

作为本实施例的一种优选方案，所述的内壁101通过驳接爪104固定在建筑框架柱4的内侧，所述的外壁102通过预埋锚固件105固定在建筑框架柱4的外侧。

作为本实施例的一种优选方案，所述的内壁101和外壁102均采用透明材料制成。例如常用的建筑用玻璃等透明材料。

作为本实施例的一种优选方案，拔风腔103在实体墙基底条件下最小厚度为10cm～15cm。能保障其具有良好的通风效果，实际厚度随建筑具体结构的不同而具有不同厚度。当建筑墙体基底为实体墙时，一般的干挂外墙的结构层的最小厚度为10～15cm，在墙体表皮通风腔体中，该厚度可以保障有效的通风效果，另外，这个厚度是本发明对应墙体结构的下限状况；当建筑基底为其他结构时，该厚度均会增加。

作为本实施例的一种优选方案，采光面204与底板203之间的夹角为钝角，控光面202与外壁102之间的夹角为锐角，底板203与外壁102之间的夹角为直角。具体的，底板203与水平面平行设置；采光面204与水平方向的夹角为60°～82°；控光面202与与水平方向的夹角为11°～36°。优选的，采光面204与水平方向的夹角为72°；控光面202与与水平方向的夹角为21°。该控光面采用21°，是该角度的坡面，其风雪荷载均会相对较小。而且对于我国北方的大部分区域该角度能够获得全年的最大综合采光量。采光面204采用72°，是因为以下两个原因，一方面表皮腔体内的植栽均为下小上大形体，因此空腔上部空间需适当扩大；另一方面，对于我国北纬25～35的北方城市分布区域，该角度能够在夏天的大多数时段将正午时段的强烈光照反射到控光面202上，从而达到有效降低生产性腔体的热辐射，而同时增加处于控光面202上光电和光热组件的产能效率。

作为本实施例的一种具体方案，光电生产组件下部设置有板式流体冷凝器7，板式流体冷凝器7通过流体连接管道701与光电生产组件的水管道相连，板式流体冷凝器7内设置有与室内空调机的冷媒管道接口相连的冷媒管702。板式流体冷凝器7与光电生产组件的光伏板紧密贴合在一起，充分吸收光伏板的余热。板式流体冷凝器7内部为空腔结构，该空腔内部有和光电生产组件的水管道中一样的流体，因此可以充分将光电生产组件中的多余热量进行及时排除，保障光伏组件的高效发电。板式流体冷凝器7的管冷媒管702内部为与室内机冷媒相通的制冷工质；在具体工作时，该工质通过不断的压缩和蒸发对室内外的热量进行定向疏导，因此建筑不再需要室外机。

作为本实施例的一种具体方案，所述的新风窗3包括可开合安装在外壁102上的窗体301，窗体301通过安装在外壁102上的伸缩推杆302控制开合。

本实施例的生产性有机建筑表皮有如下实施方案：

实施方案一：

建筑墙体的结构体系：采用墙承重或者建筑本身有强度可靠的维护结构；

连接方式：生产性建筑有机表皮采用化学铆拴的方式将生产性建筑有机表皮预埋锚固件埋入墙体；

组合后的空间模式：附加生产性建筑有机表皮后，作为原建筑的二层表皮，有效地改善原建筑表皮的外部环境，通过外部环境的调控，进而降低建筑本体的能耗和提高性能。

实施方案二：

建筑墙体的结构体系：采用墙承重或者建筑本身有强度可靠的维护结构；

连接方式：生产性建筑有机表皮采用化学铆拴的方式将生产性建筑有机表皮预埋锚固件埋入墙体；

组合后的空间模式：附加生产性建筑有机表皮后，作为原建筑的二层表皮，有效地改善原建筑表皮的外部环境，通过外部环境的调控，进而降低建筑本体的能耗和提高性能。

实施方案三：

建筑墙体的结构体系：采用墙承重或者建筑本身有强度可靠的维护结构；

连接方式：生产性建筑有机表皮采用化学铆拴的方式将生产性建筑有机表皮预埋锚固件埋入墙体；

组合后的空间模式：附加生产性建筑有机表皮后，作为原建筑的二层表皮，有效地改善原建筑表皮的外部环境，通过外部环境的调控，进而降低建筑本体的能耗和提高性能。

(ⅰ)本发明的生产性有机建筑表皮具有结构紧凑，功能集成的整体特性，能同时满足建筑外观要求和功能要求；既能满足建筑表皮的美化外观的要求，又能同时进行食品生产和能源生产；可以同时生产电力、冷热水、新鲜食品。

(ⅱ)本发明的生产性有机建筑表皮采用了高效的透光绝热材料作为覆盖材料，能够有效控制表皮腔体内的物理环境，有效地强化了建筑墙体的保温隔热功能，有极大潜力替代墙体外保温材料，进而简化墙体外保温构造。

(ⅲ)本发明的生产性有机建筑表皮在集成各生产功能时，充分考虑了各生产功能的特性和空间要求，使得食品生产和能源生产均能够在各自适合的环境下高效生产。

(ⅳ)本发明的生产性有机建筑表皮构造时，考虑了充分利用自然环境的外部条件，设置了可控的通风系统，因此可以做到高效节能；本发明的生产性有机建筑表皮在建筑外表皮形成了通高的腔体空间，形成了拔风效果，有效地强化了腔体内部的通风。既满足了植物生长的要求，也降低了建筑的能耗。

(ⅴ)本发明的生产性有机建筑表皮功能集成度高，能够和各类建筑外墙进行快速有机地结合，有广泛的结构适应性。特别是加上内表皮的构件后，可以直接和框架结构进行无缝对接，极大地扩展了表皮的应用场景。