气膜建筑的制作方法

1.本发明属于气膜建筑技术领域，尤其涉及一种气膜建筑。


背景技术：

2.气膜建筑是通过轻质膜材内侧和外侧的压差将轻质膜材张紧形成气密空间的建筑形式。气膜建筑的原理为将膜材固定于地面基础结构周边，利用空气供应系统让靠近室内一侧的气压上升至设定压力，使靠近室内一侧和靠近室外一侧产生压力差以形成一定的结构强度抵抗外力。气膜建筑利用气压形成支撑，无需梁、柱，可以构建完全净空的大面积建筑空间。在气膜建筑顶部装配钢缆系统可以进一步提高结构强度，辅助配套设置智能控制系统、门禁系统、照明系统、空气调节系统等功能模块后，即可以成为能抵御恶劣外部环境的新型封闭建筑。
3.由于气膜建筑的占地面积大，相对建筑高度低，采用光伏技术提供电能是最理想的能源解决方案。现有技术中光伏面板的布设和安装是基于最大化日光充沛时间段发电量的初衷而设置的，具体为根据安装地的纬度、大气通透度以及天气统计数据确定安装地的光伏面板安装角度，通常随着纬度升高而加大。安装后角度固定不变。在光伏面板蓄电不足时，通过并网电网补偿。
4.然而气膜建筑具有更好的灵活性；相对的气膜建筑的建造位置、使用环境也更为复杂，无法在短时间内实现并网，建造周期也远低于传统建筑，如果将气膜建筑配套的光伏面板设置为固定角度，将显著影响光伏面板的供电效率。


技术实现要素：

5.本发明针对气膜建筑建造位置、使用环境复杂、建造周期短，无法在短时间实现并网，也很难快速准确地确定光伏面板的最优安装角度的问题，设计并提出一种气膜建筑。
6.为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：一种气膜建筑，包括：基底，所述基底构建于地面；气膜，所述气膜与所述基底铆接固定以覆盖所述基底；气膜风机，所述气膜风机配置为提供所述气膜第一工作充气压力；充气骨架，所述充气骨架横跨并设置于所述基底上，所述充气骨架配置为支撑所述气膜；骨架风机，所述骨架风机配置为提供所述充气骨架第二工作充气压力；和太阳能供电模块，所述太阳能供电模块可操作地为所述骨架风机供电，所述太阳能供电模块包括至少一个光伏组件，所述光伏组件具有工作角度可随太阳光入射角度变化而变化的光伏面板。
7.与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明所提供的气膜建筑，充气骨架的辅助支撑有助于降低气膜内外的压力差，
进而减少气体的泄露，降低气门建筑使用过程中的运行成本。通过具有工作角度可随太阳光入射角度变化而变化的光伏面板，从而可以使太阳能供电模块自适应地始终匹配最佳工作角度，实现发电量最大化。
8.结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
9.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
10.图1为根据本发明所提供的气膜建筑的一个实施例的结构示意图；图2为如图1所示的气膜建筑中太阳能供电模块的结构示意图；图3为如图2所示的太阳能供电模块中顶部支撑的一个结构示意图；图4为如图2所示的太阳能供电模块中光伏面板的结构示意图；图5为如图2所示的太阳能供电模块中万向连接器的一个结构示意图；图6为如图2所示的太阳能供电模块中第一连接元件的结构示意图；图7为如图5所示的万向连接器中第二万向接头的结构示意图；图8为如图2所示的太阳能供电模块中推杆的结构示意图；图9为如图2所示的太阳能供电模块中推杆套筒和电机的外壳的结构示意图；图10为如图2所示的太阳能供电模块中底部支撑的一个结构示意图；图11为根据本发明所提供的气膜建筑一个实施例的电路连接示意框图；图12为根据本发明所提供的气膜建筑的第一个流程图；图13为根据本发明所提供的气膜建筑的第二个流程图；图14为根据本发明所提供的气膜建筑的第三个流程图；图15为根据本发明所提供的气膜建筑的第四个流程图。
11.具体实施方式
12.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。
13.本发明的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，代表覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
14.在本发明中“实施例”代表结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中，各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员可以理解，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
15.针对气膜建筑建造位置、使用环境复杂、建造周期短，无法在短时间内实现并网，也很难快速准确地确定光伏面板的最优安装角度的问题，设计并提出一种气膜建筑。图1为根据本发明所提供的气膜建筑1的一个实施例的结构示意图。如图1所示，气膜建筑1主要由基底10、气膜、气膜风机11、充气骨架12、骨架风机13和太阳能供电模块几个部分组成。
16.基底10构建于地面，可选地由混凝土浇灌而成，基底10的尺寸根据气膜建筑1的占地空间设计，优选预留入口和出口，便于车辆和人员进出。
17.气膜与基底10铆接固定以覆盖基底10，构成完整的建筑空间。气膜可以选用现有技术中气膜建筑1常用的膜材，在此不对膜材进行进一步限制。膜材可选地适配钢缆。气膜配套设置有气膜风机11，气膜风机11配置为提供气膜第一工作充气压力。气膜风机11的控制将在下文中予以详细介绍。
18.基底10上横跨设置有若干根充气骨架12以支撑气膜，相邻充气骨架12之间的间距优选设置为2米至3米之间的任意一值。充气骨架12的一个端部采用封闭设计并通过安装卡扣固定于基底10上，充气骨架12可相对于基底10有一定的活动裕量，以避免应力集中对充气骨架12造成损伤。充气骨架12的另一个端部流体连通骨架风机13。充气骨架12的两端均优选采用可拆卸的设计，方便对充气骨架12进行拆卸和更换。充气骨架12和气膜之间优选通过安装绳扣连接，可以对气膜起到固定作用，避免气膜在大风天气下剧烈晃动。充气骨架12优选选用pvc充气软管。充气骨架12与骨架风机13连接的一端优选设置有可操作的阀元件14，从而可以对其中任意一个充气骨架12独立充气。
19.在一种优选的结构设计中，多个充气骨架12等间距均匀分布。以两个充气骨架12为一组，相邻充气骨架12之间可选择地设置多个充气骨架辅助支撑15。充气骨架辅助支撑15的延伸方向与充气骨架12的延伸方向垂直，充气骨架辅助支撑15分别与充气骨架12连通。充气骨架辅助支撑15也优选由pvc充气软管构成，即由两个充气骨架12和多个充气骨架辅助支撑15构成的充气骨架组保持气体连通，充气骨架辅助支撑15和充气骨架12的连接处设置带螺纹的不锈钢软管接头，中间设置密封元件进行密封，提高充气骨架组的气密性。
20.充气骨架辅助支撑15，一方面可以降低气膜内外的压差（不影响支撑效果），从而减少了气体需求量；另一方面，由于内外压力差的降低，气膜内气体的泄漏量也随之降低，从而降低整个气膜建筑1的建造难度和运行时的成本。
21.骨架风机13配置为提供充气骨架12第二工作充气压力，骨架风机13的控制将在下文中予以详细介绍。骨架风机13与充气骨架12或者充气骨架组一一对应设置。
22.太阳能供电模块可操作地为骨架风机13供电，太阳供电模块可选地设置蓄电池，当电量满足骨架风机13的使用需求时，还可选的为气膜风机11供电。太阳能供电模块包括至少一个光伏组件，光伏组件具有工作角度可随太阳光入射角度变化而变化的光伏面板22。光伏组件的数量可以根据仿真计算的骨架风机13能耗选定，并提供备用光伏组件，以在能耗突增或者损坏时提供扩充件或可更换的备用件。在建造气膜建筑1时，将太阳能供电模块安装在气膜建筑1附近无遮挡的区域，或者安装在便于并网的区域，光伏面板22的工作角度会随太阳光入射角度变化而变化，具有自适应地匹配最佳工作角度，实现发电量最大化。
23.参照图2至图10对太阳能供电模块中光伏组件的一种可选结构进行介绍。图2为太阳能供电模块的结构示意图，光伏组件包括底部支撑20、顶部支撑21和光伏面板22三个主
要组成部分，顶部支撑21参见图3所示的一种可选结构，底部支撑20参见图10所示的一种可选结构，光伏面板22参见图4所示的一种可选结构。
24.底部支撑20被配置为安装在水平平面上，以提供光伏组件的基准安装平面。水平平面可以是地面，也可以是台面等等。如图10所示，底部支撑20可选的由三根底部支撑20杆以三角形的形式安装，底部支撑20杆的两端分别设置有一个支撑环，支撑环中设置有内螺纹，通过螺栓实现两根底部支撑20杆的安装，三角形的设计可以确保底部支撑20稳固。
25.顶部支撑21被配置为可相对于底部支撑20连续回转并定位在目标位置。顶部支撑21被配置为圆环状。顶部支撑21的回转结构将在下文中予以详细介绍。光伏面板22固定设置于顶部支撑21上并可随顶部支撑21的连续回转而回转以保持太阳光入射角度匹配的最优工作角度。
26.如图4所示，光伏面板22上设置有光敏传感器23。顶部支撑21优选通过驱动模块24驱动回转。如图2、图8、图9和图11所示，驱动模块24包括推杆25和电机35。推杆25与顶部支撑21通过万向连接器26回转连接，电机35配置为驱动推杆25伸缩。电机35的动作通过控制器16驱动。控制器16可选地具有微处理器和存储单元，微处理器可调用并执行存储单元中预先设置的软件程序。控制器16可以是单片机，可编程逻辑控制器或者其它的具有相同功能的控制器。控制器16配置为在满足光敏传感器23采样到的光强在设定光强阈值以上的情况下，驱动电机35停止以保持推杆25伸出长度不变，并在满足光敏传感器23采样到的光强在设定光强阈值以下的情况下，驱动电机35动作以控制推杆25伸缩直至光敏传感器23采样到光强在设定光强阈值以上的光照信号以保持光伏面板22处于与太阳光入射角度匹配的最优工作角度。
27.驱动模块24优选设置多个，每一个驱动模块24分别倾斜设置于顶部支撑21和底部支撑20之间。当顶部支撑21处于水平位置时，任意两个相邻的驱动模块24构成等腰三角形的等长两边。如图2所示，驱动模块24优选设置六个，其中驱动模块24a和24b即构成等腰三角形的等长两边，驱动模块24b和24c也构成等腰三角形的等长两边。
28.参照图12所示的流程图。在一种可选的流程中，光敏传感器23在满足光强在设定光强阈值以上时输出触发信号，设定光强阈值可以是光敏传感器23本身的触发光强，即硬件结构可识别的光强，也可以是通过软件设定的光强阈值。以光敏传感器23本身的触发光强为例，光敏传感器23在光照满足本身的触发光强时输出触发信号（可以是有效电平信号，例如低电平或高电平），控制器16在接收到触发信号后，输出控制指令控制所有电机35停止；如果电机35本身即处于停止状态，则保持电机35处于停止状态。在连续的多个控制周期中保持对触发信号的采集，即保持对与光敏传感器23通信连接的输入端口的监控，如果触发信号终止，则驱动电机35按照设定顺序动作。例如驱动电机35按照设定的编号（1-6或6-1）依次动作，依次驱动推杆25自最小行程移动至最大行程，在控制过程中保持对与光敏传感器23通信连接的输入端口的监控，如果接收到触发信号，则输出控制指令控制所有电机35停止。在每一次电机35运行结束后，控制器16记录多个电机35的动作过程，所有电机35的动作总次数和动作总时长，并在下一次驱动控制时，先驱动电机35按照电机35动作总次数最小，动作总时长最短的动作过程动作，然后再按照初始设定顺序动作，实现控制过程的自学习，提高太阳能供电模块的自调节效率。
29.光强阈值可调的情况下，光强阈值可以根据天气情况校正。例如阴天对应的光强
阈值可以设定低于晴天对应的光强阈值，以最大化不同气候条件下的发电效率。
30.夜间状态下，可选择地设置光敏传感器23进入休眠状态。
31.电机35和推杆25连接由电机35的外壳27和推杆套筒28实现。外壳27的端部形成有电机固定环。电机固定环与底部支撑20通过万向连接器26回转连接，推杆套筒28与外壳27固定连接，推杆25设置于推杆套筒28中并沿推杆套筒28伸缩。电机固定环为电机35提供安装位置，其具有部分中空结构，降低整体重量并为电机35线路提供安装空间。电机35配套设置有减速齿轮，以将电机35的圆周运动转换为直线运动，通过控制电机35的正传和反转即可以实现推杆25的伸出和缩回往返运动，通过改变推杆25的长度增大或减小形成。推杆25的标准行程可选地设定为400mm,推力为6000n，空载运行速度4mm-35mm/s，可以满足支撑光伏面板22的重量要求以及调节速度要求。
32.如图5至图7所示，万向连接器26包括第一连接元件30、第一万向接头31和第二万向接头33。第一连接元件30与顶部支撑21或底部支撑20可拆卸地固定连接，例如通过螺栓可拆卸地固定连接，第一万向接头31套设于第一连接元件30上，第一万向接头31的端部设置有第一旋转环32，第一万向接头31和所述第一旋转环32可相对旋转，通过第一旋转环32可以使第一万向接头31旋转，增加自由度。第二万向接头33一端与第一万向接头31铰接，另一端套设于推杆25上或与电机固定环可拆卸地固定连接，第二万向接头33靠近推杆25的一端设置有第二旋转环34，第二万向接头33和所述第二旋转环34可相对旋转。
33.如图11所示为气膜建筑1的整体电路连接示意框图。控制器16的输入端分别与光敏传感器23、气膜压力传感器36和充气骨架压力传感器37耦接，以分别接收光敏传感器23、气膜压力传感器36和充气骨架压力传感器37的检测信号，控制器16的输出端分别与电机35、气膜风机11、充气骨架12风机和阀元件14耦接，以分别输出相应的控制指令至电机35、气膜风机11、充气骨架12风机和阀元件14。控制器16同时与终端18和服务器17双向通信连接，以接收来自于终端18和服务器17的操作并输出显示、警示信号至终端18和服务器17。终端18可以是计算机、膝上计算机、移动终端18或者可穿戴设备等等。
34.控制器16具备第一压力预警控制。第一压力预警控制为在实时气膜压力小于第一工作充气压力时判断实时气膜压力是否小于第一工作充气压力与第一临界校正压力之差，并在实时气膜压力小于第一工作压力与第一临界校正压力之差时输出预警信号。第一临界校正压力为一定值，提前存储以供随时调用。
35.如图13所示，气膜压力传感器36生成并输出实时气膜压力信号，控制器16保持对与气膜压力传感器36通信的端口的监控，接收实时气膜压力信号。如果实时气膜压力信号满足第一工作充气压力，则保持气膜风机11转速不变。如果接收到的实时气膜压力信号小于第一工作充气压力，则控制器16立即再次调用一组实时气膜压力信号（调用周期小于正常采样周期），如果实时气膜压力不小于第一工作充气压力，则保持当前控制状态不变，如果实时气膜压力小于第一工作压力与第一临界校正压力之差，则说明气膜压力在调用周期内出现骤降，气膜存在破损可能。控制器16生成预警信号至服务器17，服务器17向终端18输出提示信息，同时可以向声光电报警装置输出驱动信号，声光电报警。
36.控制器16具备充气骨架12压力控制。充气骨架12压力控制为在启动骨架风机13时以第一设定转速驱动所述骨架风机13以提供所述充气骨架12第二工作充气压力；在实时充气骨架12压力达到第二工作充气压力时，驱动设置于充气骨架12端部的阀元件14关闭；在
实时充气压力小于第二工作充气压力时，驱动设置于充气骨架12端部的阀元件14打开，以高于所述第一设定转速的第二设定转速驱动所述骨架风机13直至提供所述充气骨架12第二工作压力。
37.如图14所示，可选地，由终端18输入启动操作（操作人员的手动操作）。终端18进一步将启动操作上传至服务器17，服务器17输出启动指令至控制器16。控制器16切换导通太阳能供电模块和骨架风机13之间的电源通路，并以第一设定转速驱动骨架风机13运行，同时驱动阀元件14打开。同时充气骨架压力传感器37生成并输出实时充气骨架12压力信号至控制器16，控制器16保持对与充气骨架压力传感器37连接的输入接口的监控，接收实时充气骨架12压力信号。在若干个采样周期后，当实时充气骨架12压力信号达到第二工作充气压力时驱动骨架风机13停机，同时驱动阀元件14关闭。此时，可选的，骨架风机13还可以为气膜充气。控制器16保持对充气骨架压力传感器37连接的输入接口的监控，接收实时充气骨架压力信号，当实时充气骨架压力信号小于第二工作充气压力时以第一设定转速驱动骨架风机13同时驱动阀元件14打开，直至实时充气骨架压力信号再次达到第二工作充气压力，驱动骨架风机13停机，驱动阀元件14关闭。这种情况下，可能是接口的密封性出现短暂下降，例如由密封元件发生位移等，以更高的转速充气即可自动修正。
38.控制器16具备第二压力预警控制。第二压力预警控制为在实时充气骨架12压力小于第二工作充气压力时判断实时充气骨架12压力是否小于第二工作充气压力与第二临界校正压力之差，并在实时充气骨架12压力小于第二工作充气压力与第二临界校正压力之差时输出预警信号。第二临界校正压力为一定值，提前存储以供随时调用。
39.如图15所示，充气骨架压力传感器37生成并输出实时充气骨架压力信号，控制器16保持对与充气骨架压力传感器37通信的端口的监控，接收实时充气骨架压力信号。如果实时充气骨架压力信号满足第二工作充气压力，则保持骨架风机13转速不变。如果接收到的实时充气骨架压力信号小于第二工作充气压力，则控制器16立即再次调用一组实时充气骨架压力信号（调用周期小于正常采样周期），如果实时充气骨架12压力不小于第二工作充气压力，则保持当前控制状态不变，如果实时充气骨架12压力小于第二工作压力与第二临界校正压力之差，则说明充气骨架12压力在调用周期内出现骤降，充气骨架12存在破损可能。控制器16生成预警信号至服务器17，服务器17向终端18输出提示信息，同时可以向声光电报警装置输出驱动信号，声光电报警，提醒维修人员修理。
40.在上述实施例中，对各个实施例的描述均各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
41.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如上述单元或模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
42.上述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个物理空间，或者也可以分布到多个网络单元上，可以根据实际需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的
目的。
43.另外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
44.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。