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G4-L2 · 第四章 真实建造

穹顶温室设计与搭建

Eden Project & Aquaponics — 从世界最大温室到凡朴农场鱼菜共生

⏱ 90 分钟 🎓 10岁+ 👥 3–5人团队 🌱 建筑 · 生态 · 系统设计
🌍 2001年 · 英国康沃尔郡 & 凡朴农场
世界上最大的植物温室,长在一个废弃矿坑里
2001年,英国康沃尔郡一处废弃的高岭土矿坑,诞生了世界上最大的生态建筑——伊甸园项目(Eden Project)

它由8个相互连接的穹顶组成,最大的穹顶直径110米,高55米,内部可以容纳整整两棵红树林。采用的是六边形+五边形相拼的ETFE薄膜覆盖——这是测地线穹顶结构的变体。整个建筑的设计原则只有一条:创造一个可以容纳热带雨林的人工生态系统。

凡朴农场的穹顶温室小得多——但目标一样:创造一个全年可以种植蔬菜的温控空间,结合鱼菜共生(Aquaponics)系统,实现零废水、高产出的循环农业。

这节课,你们来设计这个温室。
「建筑是居住的机器,温室是生命的机器。」——勒·柯布西耶(改编)
参考:Eden Project官网;蒙特利尔生物圈(Biosphère,富勒1967年世博会穹顶);凡朴农场鱼菜共生方案
核心驱动问题
如何设计一个直径6米的穹顶温室,让它在成都冬天也能维持15°C以上,同时内置一套鱼菜共生系统?

学习目标

① 了解Eden Project和蒙特利尔生物圈等真实案例,理解穹顶温室的设计逻辑
② 完成凡朴农场穹顶温室的功能分区设计图
③ 了解鱼菜共生系统的基本原理,设计温室内的种植方案

每人材料

📏 方格纸(A3)× 1张
✏️ 彩色铅笔
📋 Eden Project案例卡片
🌿 凡朴农场平面图(打印)
🌱
本课产出物
穹顶温室功能分区设计图 + 鱼菜共生系统布局方案
1
全球穹顶温室案例:他们怎么做的?
⏱ 20 分钟
🌍 Eden Project
英国,2001年
直径最大110m
覆盖材料:ETFE薄膜气枕
内含热带雨林 + 地中海植被
年访客:100万人次
🇨🇦 蒙特利尔生物圈
加拿大,1967年(富勒设计)
直径76m,高62m
原EXPO67美国馆
内层:三角形钢网架
现为气候变化博物馆
🌿 凡朴农场(目标)
成都郊区
直径6m,高约3.6m
覆盖材料:PC阳光板(保温)
内含鱼菜共生 + 冬季育苗
接待研学访客
🐟 鱼菜共生原理
鱼的粪便→微生物分解→植物肥料→清洁水→回到鱼缸
全程零换水,节水90%
同等面积产量约为土培3–5倍
  • Eden Project的穹顶为什么用ETFE薄膜而不是玻璃?(提示:重量、透光率、成本)
  • 凡朴农场的穹顶比Eden Project小1000倍,设计时哪些因素会不一样?
2
功能分区设计
⏱ 25 分钟

在A3方格纸上画出直径6m的穹顶平面图(比例1:50,即12cm直径圆),规划功能分区:

  1. 入口区(南向)
    2m×1.5m,设缓冲门以减少热量散失,放置鞋套和工具
  2. 鱼缸区(中央或北侧)
    主鱼缸500L,放置在热量相对稳定的中央,旁边留运维通道
  3. 种植床(鱼缸两侧)
    NFT管道式或深水浮根式,种生菜、菠菜、罗勒等叶菜
  4. 研学展示区(南侧弧形)
    展板+观察窗,让访客了解鱼菜共生原理,不干扰生产区
3
保温计算:成都冬天够不够暖?
⏱ 20 分钟
📐 热力学估算
成都一月平均最低气温:5°C,目标室内温度:15°C,温差ΔT=10°C

2V穹顶半球表面积(直径6m)≈ 2π×(3)² = 56.5 m²(近似计算)
PC阳光板导热系数 U ≈ 3.5 W/(m²·K)(双层)
散热功率 = U × A × ΔT = 3.5 × 56.5 × 10 ≈ 1978 W ≈ 2 kW

→ 需要约2kW的持续加热功率才能维持冬天15°C。
相当于:2个1000W的加热器,或被动式地暖(土地蓄热)+小型加热器组合。
  • 鱼缸里的水(500L)在夜间散热慢——这是个优势还是劣势?如何利用它做蓄热体?
  • 南向斜面采光最多——怎么在穹顶里利用这个特点?(提示:哪个方向种植床放最好?)
4
方案展示与评议
⏱ 20 分钟

各小组展示设计图(3分钟),其他组提一个"你们没考虑到的问题":

  1. 通风问题
    夏天穹顶内温度可能超过40°C——你的设计有通风口吗?在哪?
  2. 结构稳定性
    成都偶尔有大风——穹顶覆膜如何固定?杆件如何锚定地面?
  3. 运营动线
    种植床的维护通道够宽吗?鱼缸换水时,水桶能搬进来吗?
带走的产出物
A3功能分区设计图 + 热力学计算笔记
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