光聚集型自然生態建築的製作方法

2023-12-03 00:14:41 1

本發明涉及一種自然光聚集和形成自然生態型建築區域的新型建築，屬於生態建築技術領域。

背景技術：

現有各種建築，包括城鄉的居民住宅、別墅、寫字樓、商業場所、賓館、飯店以及各地的工業建築或設施、公共建築、基礎設施等等，佔用大面積的高價值的可耕地或自然環境形態土地或其他類型國土；而且現有各種建築，尤其是城鎮和村寨區域的建築，往往佔用的是土壤條件好、水源條件好、氣候條件好、自然資源富集條件好、地面較平坦、交通條件好、區位條件好等多方面的自然地理優勢地域的國土，使可用於種植、養殖、繁殖或其他自然生態的土地面積被大量消耗，甚至出現可耕地不足或危機的狀況。同時，現有各種建築的建築地表層，包括建築遮蔽、封閉、覆蓋的地表層，或還包括被建築遮擋的部分周邊地表層，轉變為人工地面，使城鎮、較大型村寨與工業區的居住、生活、工作、休閒等，都遠離了自然生態的良好環境，也遠離了生鮮、甘香、味美的食物或食材，使城鎮居民的多方面生活品質大大降低。本人此前發明了面聚焦型結構與方法原理即面聚焦型導波體的全方位匯聚技術(專利201220001925.4或201210001418.5)和等效面聚焦型結構與方法原理即面聚焦導波體的等效導波體的等效全方位匯聚型技術(專利201320100631.1或201310070122.3)，以匯聚器或匯聚裝置進行大面積的自然光匯聚與收集，獲得高密度匯聚自然光資源；並設置了有匯聚型轉向器或等效匯聚型轉向器的導光管式匯聚自然光的傳輸通道及其傳輸通道段。幾何光學在面聚焦與等效面聚焦的這些方面的基本原理與基礎技術的突破與發展，為規模化、低成本地獲得聚集自然光具備了條件，也為匯聚與聚集的大量高密度、高強度的自然光的多方面應用創造了較好的條件。

技術實現要素：

本發明的目的是針對上述的現有建築佔用大量優勢耕地和城鎮區域遠離自然生態環境等問題，利用面聚焦(面聚焦型導波體的全方位匯聚)的新技術及其裝置或等效面聚焦(面聚焦型導波體的等效導波體的等效面聚焦)的新技術及其裝置，規模化匯聚和聚集大量的自然光(太陽的直接照射光或散射光)，並利用聚集的自然光，形成自然生態建築，保護、恢復、提升城鎮和工業等區域的建築的自然生態環境，保護與恢復、復原已被各地現有建築大規模佔用的自然地理優勢地域的土地或可耕地，並儘量擴展和增大可耕地國土面積。

本發明提出如下的技術方案，以解決上述各種建築的佔用大量優勢土地的問題和實現上述自然生態建築的目的。光聚集型自然生態建築主要由光聚集區和生態區組成(構成)。所述生態區為應用、利用聚集自然光和形成人居環境或農業或綠化或其他方面的生態化功能與效果的自然生態區，為建築中以生態化方式利用和應用聚集自然光、並形成各種生態化功能與效果的對應的各種自然生態型建築區域。光聚集區為建築的規模化自然光匯聚與收集區域。自然生態區為地表層自然生態區、或地上設施自然生態區、或地下設施自然生態區，或為上述3種自然生態區中的2種或3種自然生態區組合構成的組合自然生態區。

聚集自然光通過傳輸通道輸送(傳輸)至建築的同層與各層的各個自然生態區進行分級分層方式的生態化的應用和利用。

光聚集區設置在建築外圍的部分區域或全部的區域(建築區域或建築構件或建築空間)，建築的外圍區域一般主要為建築頂部和建築周圍(四周)的建築區域、位置、空間或構件。

光聚集區由設置在建築的頂部的部分或全部區域的至少1個子聚集區或建築周圍的部分或全部區域的至少1個子聚集區構成，或由設置建築的頂部和建築周圍的部分或全部區域的至少2個子聚集區構成。

建築頂部一般光照較好，無遮擋的較低層的建築較有利於自然光聚集；由於高層建築的聚集光的傳輸距離較大，會有一定的傳輸損失。建築周圍向陽的部分區域，如高層建築的向陽部分區域，也較有利於自然光的規模化聚集。

子聚集區設置至少1個匯聚器型自然光聚集裝置(光匯聚裝置)，一般由若干個子聚集區的若干個聚集裝置構成光聚集區，以實現較大面積即較大規模的自然光聚集。匯聚器型光聚集裝置為面聚焦型(面聚焦導波體的全方位匯聚型)或等效面聚焦型(面聚焦導波體的等效導波體的等效全方位匯聚型)自然光匯聚器裝置。光聚集裝置(光匯聚器裝置)由至少1個匯聚器(面聚焦型匯聚器或等效面聚焦型匯聚器)構成，一般由若干個匯聚器(面聚焦型或等效面聚焦型匯聚器)組合構成。以一個匯聚器構成光聚集裝置情形，匯聚獲得的自然光通過光傳輸通道輸送到自然生態區進行應用。以若干個匯聚器進行並聯與串聯組合構成光聚集裝置的情形，匯聚器之間或為直接連通、或用由若干個光傳輸通道段組成的傳輸通道連通，逐級並聯與串聯組合，逐步提高自然光的匯聚強度，最終將較大面積的自然光匯聚進入較小直徑的光傳輸通道內，獲得較高密度的匯聚自然光；然後將匯聚的自然光傳輸到各個自然生態區進行生態化應用。根據建築及其遮蔽、覆蓋或遮擋的地表層面積大小，設置適宜的光聚集區規模和光聚集裝置的數量與規模，以聚集和獲得足夠的聚集自然光(太陽光或漫散射光)。

光聚集區及其子聚集區為開放式或部分封閉式或封閉式設置，開放式設置為光聚集裝置直接設置在建築的頂部或周圍的適宜區域，封閉式或部分封閉式設置包括建築頂部的透光式 陽光房、建築周圍區域的整體連通式透光陽臺等類型光聚集區。

對於較高層建築，在其向陽側，如北半球的建築的南側、東側和西側，將光聚集區及其子聚集區與建築的各層陽臺進行組合設置更為有利；在保持原陽臺功能的同時，增加光聚集的功能。

因此，光聚集區由設置在建築頂部或建築周圍的部分或全部區域的至少1個子聚集區構成，或由設置在建築頂部的部分或全部區域的至少1個子聚集區和設置在建築周圍的部分或全部區域的至少1個子聚集區構成。子聚集區設置至少1個光聚集裝置(光匯聚裝置)。光聚集裝置由至少1個匯聚器(面聚焦型匯聚器或等效面聚焦型匯聚器)構成。

光聚集區也可以設置為建築鄰近的獨立光聚集建築，在該光聚集建築中設置若干個子聚集區，專門用於實施較大規模的自然光的匯聚、聚集、收集、傳輸等功能。一般在光聚集建築的外圍(頂部和周圍)實施自然光的規模化聚集。光聚集建築一般設置有至少1層的光聚集區域或光聚集建築層，如頂層為光聚集建築層。對於大型建築，可設置若干層的光聚集建築層。雖然這樣整體上使建築布局更複雜，但不同的建築以不同的功能區分，各個建築設置差異化的功能，有利於不同功能建築的分別設計與施工建設。

光聚集區由設置在建築外圍的部分或全部區域的至少1個子聚集區構成，或設置為獨立光聚集建築，或設置為建築外圍的至少1個子聚集區與獨立光聚集建築組合的組合光聚集區；子聚集區或光聚集建築設置至少1個光聚集裝置(光匯聚裝置)，光聚集裝置由至少1個匯聚器(面聚焦型匯聚器或等效面聚焦型匯聚器)構成。一般情形下，光聚集區與建築組合和一體化設置，應更為緊湊和有利。光聚集區使建築增加了自然光的規模化聚集與獲取的重要功能，將建築轉變為光聚集型建築。可規模化、低成本地收集和獲得聚集自然光，為聚集自然光(匯聚自然光)傳輸到建築遮蔽、覆蓋或遮擋的地表層(建築地表層)區域或建築的其他區域進行應用創造了條件。

設置聚集自然光的傳輸通道連通建築的光聚集區與自然生態區，即光聚集區以傳輸通道連通自然生態區。自然生態建築用聚集光傳輸通道將聚集的自然光傳輸到建築的相關層間或區域或位置，或傳輸到建築周邊的部分地表層區域，特別是傳輸到被建築遮蔽、覆蓋或遮擋的建築地表層區域，實施照射或照明等作用。

傳輸通道由至少1段反射內壁表面的導光管通道段或至少1段全內反射式光纖型傳輸通道段組成；一般由若干個不同或相同的傳輸通道段組成。為實現將自然光聚集裝置的匯聚光傳輸到不同位置或區域，一般需要在傳輸通道上設置分支傳輸通道，分支通道也可以認為是一種通道段即分支通道段。

為了實現導光管傳輸通道及其分支通道的匯聚光的傳輸方向的改變或轉向，需要在導光 管通道及其分支通道的轉向位置或轉折位置設置匯聚型轉向器；即或還在導光管通道段設置匯聚型轉向器。

光纖型傳輸通道及其分支通道的設置，可以採用光纖專用的器件，如光纖分路器、耦合器、連接器、光路開關等，連接或連通各個光纖型傳輸通道段，將聚集自然光傳輸到同層或不同建築層的各個自然生態區。

因此，傳輸通道段為反射內壁表面的導光管通道段、或全內反射式光纖型傳輸通道段；反射內壁表面的導光管通道段中或還設置有匯聚型轉向器。在豎向傳輸通道中，聚集自然光基本上為向下傳輸和輸送。在斜向或橫向傳輸通道中，為避免聚集自然光出現較大的反轉傳播損失，應在光傳輸導光管通道的轉向位置設置面聚焦型(全方位匯聚型)轉向器或等效面聚焦型轉向器(參見上述的專利提出的匯聚型轉向器)。

因此，傳輸通道由至少1段反射內壁表面的導光管通道段或至少1段全內反射式光纖型傳輸通道段組成，反射內壁表面的導光管通道段中或還設置有轉向器。一般，傳輸通道由若干段反射內壁表面導光管通道段與若干個有轉向器的導光管通道段組合構成。如果採用若干段全內反射式光纖型傳輸通道段組成傳輸通道，由於兩種傳輸通道段的結構與尺寸往往不同，一般不與反射內壁表面的導光管通道段進行組合設置；反之亦然。

匯聚器或匯聚裝置完成自然光匯聚(聚集)後，一般需要幾段或若干段的相同或不同的傳輸通道段，包括垂直傳輸通道段、橫向傳輸通道段或斜向傳輸通道段，也包括有轉向器的傳輸通道段或不需要設置轉向器的傳輸通道段，將匯聚自然光傳輸到各個相同或不同自然生態區。由若干段的傳輸通道段將聚集的較高密度的自然光傳輸到建築各層的若干個自然生態區或同層的若干個自然生態區進行分層分級的生態化應用。

聚集自然光的傳輸通道可以為在建築內進行獨立設置，更為有利的是一般可與建築的柱形構件、或牆型構件、或板塊型構件進行組合設置，以便有利於分別設置垂直通道段、斜向通道段或橫向通道段，從而形成有利的傳輸、照射、照明等方面較好的結構與布局。傳輸通道各個通道段與建築構件的組合設置包括傳輸通道在上述建築構件中的嵌入式組合、或依託各種建築構件等方式進行組合設置。傳輸通道段與各種建築構件進行鄰近並連式設置、或進行隔離式並列設置，則相當於傳輸通道為獨立設置。

利用若干段的傳輸通道段及其分支傳輸通道段，如設置分支轉向器的斜向分支傳輸通道段或橫向分支傳輸通道段，可將聚集的高密度自然光傳輸到建築任何區域或空間位置，實施一次性照射或照明等應用；或將聚集自然光傳輸到不同建築層的若干個自然生態區域或建築空間進行分層分級的照射或照明等應用，或將聚集自然光傳輸到同一個建築層的若干個區域或位置進行分層分級的照射或照明等生態化應用。

在相關建築區域或建築層間，如建築地表層區域或其他建築區域，特別是在為建築設置的自然生態區域的上部或上方，在這些建築區域中的傳輸通道的末端或傳輸通道段的末端、或分支傳輸通道段的末端，設置聚集自然光的照射或照明裝置或設備，包括漫射器、照射器、散射器等，一次性或分級分層地實施聚集自然光的照射或照明等生態化應用。

高密度的聚集自然光通過傳輸通道傳輸到自然生態區或建築的其他區域，特別是分級分層地傳輸到建築的地表層或其他建築層的自然生態區的上部或上方，實施聚集自然光的照射或照明等生態化應用，分級分層地產生植物的光合作用、自然光照明、土壤保護、動植物養護等多方面的生態化效果，這為解決建築地表層區域由於缺乏自然光而導致的多方面非自然生態化問題創造了條件。

自然生態建築設置的自然生態區位於建築地表層區域即建築遮蔽、覆蓋、封閉或遮擋的地表層區域，稱之為地表層自然生態區；或位於建築的至少1個其他建築層(即非地表建築層)區域，稱之為非地表層自然生態區(地表層上方各層的建築區域即地上建築層區域、或地表層下方各層的建築區域即地下建築層區域)；或設置為建築地表層區域與非地表建築層區域的組合區域，即組合自然生態區。

因此，自然生態區設置為地表層自然生態區、或地上自然生態區(一般為地上設施自然生態區)、或地下自然生態區(一般為地下設施自然生態區)，或為此3種自然生態區中的2種或3種自然生態區組合構成的組合自然生態區。

在聚集自然光的照射或照明等作用下，地表層自然生態區設置為開放式或部分開放式原自然生態區、或封閉式或部分開放式(即部分封閉式)設施自然生態區；或在建築的地表層同時設置原自然生態區與設施自然生態區，由此兩種地表層自然生態區組合構成組合地表層自然生態區。即建築的地表層自然生態區為地表層原自然生態區或地表層設施自然生態區，或為此兩種地表層自然生態區組合構成的組合地表層自然生態區。

地表層原自然生態區保持或恢復原地表層的自然生態環境形態，包括土壤、水、肥、光、風、動植物、微生物等自然環境條件要素或因素；或利用地表層的原自然生態環境條件形成原生態的種植、養殖、繁殖或休閒、旅遊觀光等類型的原自然生態區。

在聚集自然光的應用和作用下，地表層原自然生態區可保持或恢復建築地表層的原自然生態環境，設置和形成原自然生態的原農業型或原綠化型或集成功能型等類型的原自然生態區，或形成此3種原自然生態區的2種或3種組合的組合原自然生態區。原農業型自然生態區實施常規農業功能，起到保護常規農業可耕地的作用。原綠化型自然生態區實施城鎮或村寨的常規綠化功能，起到保護城鎮與村寨的自然生態環境作用。集成功能型原自然生態區，在原農業型或原綠化型區域功能基礎上，增加了與人居、生活、工作、休閒、旅遊觀光等方 面相應的設施，形成了同時具有上述多個方面功能的原自然生態區，發揮保護可耕地與自然生態環境等多方面的作用。可見，在聚集自然光的應用和作用下，原自然生態區具有保護或恢復建築地表層的可耕地或地表的原自然生態環境的重要作用。

因此，地表層原自然生態區設置為原農業型區域或原綠化型區域或集成功能型原自然生態區域、或為此3種原自然生態區中的2種或3種自然生態區組合構成的組合地表層原自然生態區。

如上述，除原自然生態區外，建築地表層區域還可以設置為設施自然生態區。設施自然生態區為封閉型建築區域或封閉與開放的可調控型建築區域，以對設施自然生態區的多方面生態環境條件進行控制或智能調控，包括溫度、土壤、水、肥、光、氣氛、動植物、微生物等多方面的環境條件的合理調控。

利用聚集自然光的分層分級式照射與照明等作用，不僅可以將聚集自然光傳輸到建築地表層區域，也可以傳輸到建築的任何層間區域或建築層區域，包括建築的地下建築層與地上建築層區域。因此，設施自然生態區不僅可以設置在建築地表層區域，也可以設置在建築的任何其他建築層區域，包括地下與地上建築層區域。在聚集自然光的規模與密度足夠時，可以在建築地表層和其他若干個建築層設置若干個設施自然生態區，包括在地下或地上或頂部的建築層設置設施自然生態區。

因此，設施自然生態區為建築地表層的設施自然生態區或非地表層的設施自然生態區，或為此兩種設施自然生態區組合的組合設施自然生態區。非地表層的設施自然生態區位於地表層的上方即地上建築層或地下建築層的區域。

設施自然生態區設置為設施農業型區域或設施綠化型區域或集成功能型等類型的設施自然生態區域，或為由此3種設施自然生態區中的2種或3種設施自然生態區組合構成的組合設施自然生態區。

設施農業型自然生態區為現代農業型區域，包括都市農業(城市農業)型、旅遊休閒農業型、精準農業型、智能農業(工廠化農業)型、生態農業型、立體農業型等類型的現代農業型設施農業區域。通過高效或智能化的調控，並顯著提升耕地的品質。

設施綠化型自然生態區為類似於設施農業的現代化的綠化區域，包括溫室型、景觀型、園藝型等類型的設施綠化型自然生態區，提供先進、高品質的生態化的綠化區域或人文景觀建築環境。

集成功能型設施自然生態區，在設施農業型或設施綠化型區域功能基礎上，增加了與人居、生活、工作、休閒、旅遊觀光等方面相應的設施，形成了同時具有上述多個方面功能的設施自然生態區。

地表層設施自然生態區，在原地表層區域的自然環境條件基礎上，對原地表層區域的土壤、溫度、水、肥、光、氣氛、動植物、微生物等方面環境因素的進行精準調控或智能調控，形成設施農業型或設施綠化型自然生態區；或在設施農業型或設施綠化型自然生態區基礎上，同時對溫度、光、氣氛、綠化、動植物與微生物構成、音樂、色彩、造型、視覺等環境條件進行精準或智能調控，並增加與人居、生活、工作、休閒、旅遊觀光等方面相應的設施，形成良好環境的具有居住、生活、工作、休閒、農業、綠化、健康、療養、旅遊觀光等多方面功能的集成功能型設施自然生態區，提高人居生活和工作等環境品質。因此，地表層設施自然生態區可以保護或恢復地表層的自然生態環境，提升人居生活質量和工作的環境品質。

因此，建築的地表層設施自然生態區，設置為設施農業型區域或設施綠化型區域或集成功能型設施自然生態區域，或為此3種設施自然生態區中的2種或3種設施自然生態區組合構成的組合設施自然生態區。如前述，建築的地表層自然生態區為地表層原自然生態區或地表層設施自然生態區，或為此兩種地表層自然生態區組合構成的組合地表層自然生態區。

地表層自然生態區具有原地表層的土壤、水、風、氣氛、動植物、微生物等方面的天然條件優勢，尤其是具有可耕地所擁有的天然土壤與自然環境等方面的優勢，有利於實施各種種植、養殖、繁殖等方面的功能，也有利於形成高品質的人文環境。上述表明，地表層自然生態區具有保護、恢復、提升地表層的可耕地功能，還具有保護、恢復、提升地表層的自然與人文環境等方面的功能。

另外，利用地表層區域的天然土壤與自然環境等方面的優勢條件，將地表層設施自然生態區與人工光源進行組合設置，在該自然生態區中增設人工光源，將人工光源作為補充光源。即在地表層設施自然生態區中，增設常規人工植物工廠中使用的人工光源，包括人工植物工廠使用的led燈類型人工光源或螢光燈等類型的人工光源，在日常的早晚時間段或陰天等天氣的太陽光較弱的期間，一般自然光不足，此時增加對人工光源的應用，作為補充光源。組合應用聚集自然光與人工光源，更加提高設施農業型地表層設施自然生態區的現代農業生產的效率與收益，或可以更加提高設施綠化型或集成功能型地表層設施自然生態區的人居、生活、工作、教育、休閒、娛樂等方面的人文與環境品質。這樣，在地表層設施自然生態區中組合應用聚集自然光與人工光源，構成混合型地表層設施自然生態區。

因此，混合式地表層設施自然生態區由地表層設施自然生態區與增設的人工光源構成。如前述，利用地表層設施自然生態區與人工光源組合，可以構成混合式設施農業型、混合式設施綠化型或集成功能型的混合式地表層設施自然生態區，或為此3種混合式地表層設施自然生態區中的2種或3種混合式地表層設施自然生態區組合構成的組合混合式地表層設施自然生態區。在地表層設施自然生態區的基礎上，增加人工光源的利用，將人工光源作為補充光源，進一步擴展地表層自然生態區的功能與作用。

地表層上方(地上)建築層或地下建築層的設施自然生態區，即非地表層的建築區域，由於不具備地表層的天然土壤條件或天然水土條件等方面的自然條件，需要採用人造土壤或人工基質或水培或氣霧栽培等方式，提供人工種植或人工綠化等方面的條件。因此，通常情形下，需要設置為非地表層的設施自然生態區，一般難以形成類似於地表層的原自然生態區。如前述，也可以設置形成設施農業型或設施綠化型或集成功能型的非地表層設施自然生態區，或設置為此3種設施自然生態區中的2種或3種設施自然生態區組合構成的非地層組合設施自然生態區。在聚集自然光的照射或照明等生態化作用下，或聚集自然光的分級分層式的照射或照明等生態化作用下，形成建築的非地表層的自然生態區域。

因此，設施自然生態區為地表層設施自然生態區或地上設施自然生態區或地下設施自然生態區，或為上述3種設施自然生態區中的2種或3種設施自然生態區組合構成的組合設施自然生態區。地上設施自然生態區或地下設施自然生態區為非地表層設施自然生態區。

地上設施自然生態區或地下設施自然生態區，以前述相似的設置方式，設置為設施農業型或設施綠化型或集成功能型設施自然生態區，或為上述3種設施自然生態區中的2種或3種設施自然生態區組合構成的組合設施自然生態區。

因此，地上設施自然生態區設置為地上設施農業型或地上設施綠化型或地上集成功能型的設施自然生態區，或為上述3種地上設施自然生態區中的2種或3種地上設施自然生態區組合構成的組合地上設施自然生態區。

地上設施自然生態區具有與地表層設施自然生態區類似的通風與氣氛的有利條件，但沒有天然土壤和水土等方麵條件。但比地表層自然生態區具有的自身的重要性為，地表層自然生態區可以保護或恢復被建築覆蓋或遮蔽的地表層可耕地，但不能擴展或增大可耕地面積，而地上設施自然生態區可以增大或擴展可耕地或其他類型的國土面積。因此，地上設施自然生態區同樣具有重要意義與作用。

同樣，地下設施自然生態區設置為地下設施農業型或地下設施綠化型或地下集成功能型的設施自然生態區，或為上述3種地下設施自然生態區中的2種或3種地下設施自然生態區組合構成的組合地下設施自然生態區。

地下設施自然生態區的有利因素包括不受自然氣象災害影響，並且利用地下土層或巖土層可以形成類似於地表層土壤的土壤條件；尤其是在地下水位合理、地下的土層或巖土層的滲透性較合理的地區，在地下設施自然生態區可以獲得較好的土壤層，用於發揮農業的種植或繁殖等方面功能。同樣，與地上設施自然生態區相似，地下設施自然生態區也具有增加或擴展可耕地或其他類型的國土面積的功能與作用，也具有重要意義與作用。

另外，地上設施自然生態區採取與混合式地表層設施自然生態區的類似設置方式，地上 設施自然生態區與人工光源組合，在該建築區域增設人工光源，將人工光源作為聚集自然光的補充，組合利用兩種光源，構成混合式地上設施自然生態區。混合式地上設施自然生態區也設置為混合式設施農業型或混合式設施綠化型或集成功能型的混合式地上設施自然生態區，或為此3種混合式地上設施自然生態區中的2種或3種混合式地上設施自然生態區組合構成的組合混合式地上設施自然生態區。

同樣，地下設施自然生態區與人工光源組合，在該建築區域增設人工光源，將人工光源作為聚集自然光的補充，組合利用兩種光源，構成混合式地下設施自然生態區。混合式地下設施自然生態區也設置為混合式設施農業型或混合式設施綠化型或集成功能型的混合式地下設施自然生態區，或為此3種混合式地下設施自然生態區中的2種或3種混合式地下設施自然生態區組合構成的組合混合式地下設施自然生態區。

另外，在自然生態建築中，除了設置各種自然生態區和常規建築區域外，或還增加設置人工光源生態區類型的常規人工植物工廠區域。即在自然生態建築中或還增設人工設施生態區，如地上人工設施生態區或地下人工設施生態區。人工設施生態區(常規人工植物工廠區域)中採用人工光源照射或照明，提供植物光合作用所需要的光。增設人工設施生態區的情形，可以在自然生態區的功能基礎上，使自然生態建築的功能更加全面與完善，發揮聚集自然光利用、人工光源利用、天然土壤與水土條件、水培或氣霧栽培等無土栽培、人工土壤或基質種植等多方面的綜合功能與優勢。

另外，在自然生態建築中，或還增加設置常規建築區，包括人居、工作、工業、服務業、休閒、娛樂等類型的常規建築區。常規建築區為建築的1層或若干層區域，或為建築中某層的部分區域。

上述表明，各種類型的設施自然生態區或混合型設施自然生態區，不僅可以保持或恢復或改善建築地表層的可耕地與自然生態環境，而且通過設置地上或地下建築層(非地表建築層)的各種設施自然生態區，可以提供更多的聚集自然光型自然生態的種植、養殖、繁殖、人居、工作、休閒或集成功能的利用聚集自然光的自然生態型國土面積與區域，相當於可以明顯拓展與增大可耕地或其他類型的自然生態型國土面積。

光聚集型自然生態建築的地表層原自然生態區、或地表層設施自然生態區、或混合型地表層設施自然生態區、或地下設施自然生態區、或混合型地下設施自然生態區、或地上設施自然生態區、或混合型地上設施自然生態區的農業、綠化、環境調控等方面的作業與管理，可以由業主或居民自主實施，也可以委託由專業人員或專業機構代為實施。

因此，自然生態區設置為地表層自然生態區、或地上自然生態區、或地下自然生態區，或為上述3種自然生態區中的2種或3種自然生態區組合構成的組合自然生態區；或還設置 有人工設施生態區。

地表層自然生態區設置為地表層原自然生態區、或地表層設施自然生態區、或混合式地表層設施自然生態區，或為此3種自然生態區中2種或3種地表層自然生態區組合構成的組合地表層自然生態區。

地上自然生態區設置為地上設施自然生態區、或混合式地上設施自然生態區，或為此2種地上自然生態區組合構成的組合地上自然生態區；或還設置有地上人工設施生態區。

地下自然生態區設置為地下設施自然生態區、或混合式地下設施自然生態區，或為此2種地下自然生態區組合構成的組合地下自然生態區；或還設置有地下人工設施生態區。

如前述，上述各種自然生態區，一般設置為設施農業型、或設施綠化型、或集成功能型等類型的自然生態區，或為上述3種自然生態區中的2種或3種自然生態區組合構成的組合自然生態區；或還設置有人工設施生態區。

在自然生態建築中，設置1個或若干個某種自然生態區。在地表層或其他建築層的同一層中，設置1個或若干個某種自然生態區。在地表層與其他建築層的不同層，進行不同類型的自然生態區的組合設置，或在同一建築層進行不同種類的自然生態區的組合設置，有利於形成較有利的功能布局。

上述的光聚集型自然生態建築，設置光聚集區和各種自然生態區。採用本人此前發明的面聚焦型或等效面聚焦型自然光匯聚技術及其匯聚裝置，實施規模化、低成本的自然光聚焦。聚集自然光傳輸到各個自然生態區進行生態化應用與利用，發揮聚集自然光的照射或照明等自然生態化作用，形成光聚集型自然生態建築。為建築的地表層、地上建築層、地下建築層設置了設施農業(現代農業)型、或設施綠化型、或集成功能型自然生態型建築區域。通過聚集自然光的生態化應用與利用，光聚集型自然生態建築保護、恢復、改善、擴展增大耕地國土面積，化解耕地危機，並顯著提升耕地的品質，對耕地保護與保障、農業安全具有重要意義。光聚集型自然生態建築，可以保護、恢復、提升城鎮區域、尤其是入口密集的城鎮中心區域的自然生態環境，顯著提升人居、工作、休閒等方面環境品質；可就近獲得生鮮、甘香、味美的食物或食材，顯著提升飲食與生活品質；城鄉一體與鄉城一體，在建築領域應用廣泛，適用於許多種建築，建築經濟價值與耕地安全保障等經濟社會意義重大。

附圖說明

圖1為設置地表層自然生態區、2層地上設施自然生態區、地下設施自然生態區、頂部光聚集區的光聚集型自然生態建築的示意圖

圖2為設置混合型地表層設施自然生態區、混合型地下設施自然生態區、地上自然生態 區、地上人工設施生態區、頂部光聚集區的光聚集型自然生態建築的示意圖

圖3為設置混合型地表層設施自然生態區、3層混合型地下設施自然生態區、頂部光聚集區的光聚集型自然生態建築的示意圖

圖4為設置混合型地表層設施自然生態區、混合型地下設施自然生態區、地上設施自然生態區、混合型地上設施自然生態區、2層地上常規建築區域、頂部子聚集區、側邊子聚集區的光聚集型自然生態建築的示意圖

圖5為設置混合型地表層設施自然生態區、3層混合型地下設施自然生態區、2層地上常規建築區域、頂部子聚集區、側邊子聚集區的光聚集型自然生態建築的示意圖

上述各圖中：1為自然光聚集裝置或匯聚器，2為地上設施自然生態區或其建築層，3為地表層設施自然生態區或地表層原自然生態區，4為地下設施自然生態區或其建築層，5為匯聚器或匯聚裝置的透光保護罩，6為反射內壁型導光管傳輸通道段或全內反射的光纖型傳輸通道段，7為漫射器或照射器，8為地面或建築地表層，9為人工設施生態區(人工光源植物工廠區域)或其建築層，10為混合型地表層設施自然生態區或其建築層，11為混合型地下設施自然生態區或其建築層，12為人工光源，13為混合型地上設施自然生態區或其建築層，14為常規照明燈，15為匯聚型轉向器，16為常規建築區或常規建築區的建築層。

具體實施方式

如前述和附圖1-5所示，一種光聚集型自然生態建築，主要由光聚集區和生態區組成。所述光聚集區由設置在建築頂部或建築周圍的部分或全部區域的至少1個子聚集區構成，或由設置在建築頂部的部分或全部區域的至少1個子聚集區和設置在建築周圍的部分或全部區域的至少1個子聚集區構成。

所述生態區設置為應用、利用聚集自然光和形成人居環境或農業或綠化或其他方面的生態化功能與效果的自然生態區，即以生態化方式利用和應用聚集自然光，使生態區成為具有各種自然生態化功能與作用的對應的各種自然生態型建築區域。

所述自然生態區設置為地表層自然生態區、或地下設施自然生態區、或地上設施自然生態區，或為上述3種自然生態區中的2種或3種自然生態區組合構成的組合自然生態區。

以傳輸通道連通光聚集區與自然生態區，所述傳輸通道由至少1段反射內壁表面的導光管通道段或至少1段全內反射式光纖型傳輸通道段組成。

所述傳輸通道段為反射內壁表面的導光管通道段、或全內反射式光纖型傳輸通道段；反射內壁表面的導光管通道段中或還設置有轉向器。

在自然生態區的上部或上方的傳輸通道的末端或傳輸通道段的末端、或分支傳輸通道段 的末端，設置聚集自然光的照射或照明設備，所述聚集自然光照射或照明設備包括漫射器、照射器、散射器。

所述光聚集區的子聚集區設置至少1個光聚集裝置，所述光聚集裝置由至少1個匯聚器構成，所述匯聚器為面聚焦型匯聚器或等效面聚焦型匯聚器。

所述地表層自然生態區為地表層原自然生態區、或地表層設施自然生態區、或混合式地表層設施自然生態區，或為上述3種地表層自然生態區中的2種或3種地表層自然生態區組合構成的組合地表層自然生態區。

所述地表層原自然生態區為原農業型區域、或原綠化型區域、或集成功能型原自然生態區域、或為上述3種地表層原自然生態區中的2種或3種地表層原自然生態區組合構成的組合地表層原自然生態區。

所述地表層設施自然生態區為設施農業型區域、或設施綠化型區域、或集成功能型設施自然生態區域，或為上述3種地表層設施自然生態區中的2種或3種地表層設施自然生態區組合構成的組合地表層設施自然生態區。

所述混合式地表層設施自然生態區由地表層設施自然生態區與增設的人工光源構成。

所述混合式地表層設施自然生態區為混合式設施農業型區域、或混合式設施綠化型區域、或集成功能型混合式設施自然生態區域，或為上述3種混合式地表層設施自然生態區中的2種或3種混合式地表層設施自然生態區組合構成的組合混合式地表層設施自然生態區。

所述地上自然生態區為地上設施自然生態區、或混合式地上設施自然生態區，或為上述2種地上設施自然生態區組合構成的組合地上設施自然生態區。

所述地上設施自然生態區為地上設施農業型區域、或地上設施綠化型區域、或集成功能型地上設施自然生態區域，或為上述3種地上設施自然生態區中的2種或3種地上設施自然生態區組合構成的組合地上設施自然生態區。

所述混合式地上設施自然生態區由地上設施自然生態區與增設的人工光源構成。

所述混合式地上設施自然生態區為混合式地上設施農業型區域、或混合式地上設施綠化型區域、或集成功能型混合式地上設施自然生態區域，或為上述3種混合式地上設施自然生態區中的2種或3種混合式地上設施自然生態區組合構成的組合混合式地上設施自然生態區。

所述地下自然生態區為地下設施自然生態區、或混合式地下設施自然生態區，或為上述2種地下設施自然生態區組合構成的組合地下設施自然生態區。

所述地下設施自然生態區為地下設施農業型區域、或地下設施綠化型區域、或集成功能型地下設施自然生態區域，或為上述3種地下設施自然生態區中的2種或3種地下設施自然生態區組合構成的組合地下設施自然生態區。

所述混合式地下設施自然生態區由地下設施自然生態區與增設的人工光源構成。

所述混合式地下設施自然生態區為混合式地下設施農業型區域、或混合式地下設施綠化型區域、或集成功能型混合式地下設施自然生態區域，或為上述3種混合式地下設施自然生態區中的2種或3種混合式地下設施自然生態區組合構成的組合混合式地下設施自然生態區。

所述光聚集型自然生態建築或還設置人工設施生態區，所述人工設施生態區利用、應用人工光源照明或照射，發揮人工植物工廠的功能與作用。

所述光聚集型自然生態建築或還設置常規建築區，包括人居生活、工作、工業、服務業、休閒、娛樂等類型的常規建築區。常規建築區為建築中的1層或若干層的全部區域，或為建築中的某層的部分區域。

所述光聚集型自然生態建築或還設置常規建築區域和人工設施生態區。

因此，自然生態建築一般主要由光聚集區和自然生態區組成，必要時也可增設常規建築區或人工設施生態區(常規植物工廠)，使自然生態建築具有更多、更全面和完善的功能。

圖1所示的光聚集型自然生態建築，設置了地表層自然生態區、2層地上設施自然生態區、地下設施自然生態區、頂部光聚集區。該建築的所有各層的自然生態區進行組合，也構成整個建築的組合自然生態區。該自然生態建築實施聚集自然光的分級分層的數個自然生態區的生態化利用，形成各層的自然生態型區域。相比地表層的原自然生態區域，明顯增大了自然生態型區域的面積，相當於擴大了自然生態型國土面積。並且，與完全開放式天然的地表層區域不同，可以對建築的各個自然生態區進行精準或智能化的環境調控，包括溫度、溼度、氣氛、光、色彩等方面的合理化調控，獲得更高的建築環境品質。

圖2所示的光聚集型自然生態建築，設置了混合型地表層設施自然生態區、混合型地下設施自然生態區、地上自然生態區、地上人工設施生態區、頂部光聚集區。除了具有上述的圖1所示的自然生態建築的主要功能與生態化作用、效果外，由於在自然生態區增設了人工光源，並且增設了完全使用人工光源的人工設施生態區，使該建築在每天自然光較弱的時間段或因氣候原因導致自然光較弱，通過人工光源照射或照明的補充，使建築的生態化效果與功能更加完善，不受氣候或天氣影響，使混合型自然生態區成為全天候的自然生態區。

圖3所示的光聚集型自然生態建築，設置了混合型地表層設施自然生態區、3層混合型地下設施自然生態區、頂部光聚集區。除了具有上述的圖1和圖2所示的自然生態建築的主要功能與生態化作用、效果外，該建築更多地利用了地下土層或巖土層的有利條件，有利於在地下形成若干層的類似於地表層良好土壤條件的地下土壤層，獲得更多更好的耕地或綠化地。

圖4所示的光聚集型自然生態建築，設置了混合型地表層設施自然生態區、混合型地下 設施自然生態區、地上設施自然生態區、混合型地上設施自然生態區、2層地上常規建築區域、頂部子聚集區、側邊子聚集區。除了具有上述的圖1和圖2所示的自然生態建築的主要功能與生態化作用、效果外，增設了常規建築區，完善或補充了建築的部分功能，使建築的功能更多。除了頂部設置了子聚集區，側邊也設置子聚集區，有利於獲得更多的聚集自然光，也有利於較高層建築獲得聚集自然光。並且，混合型自然生態區為全天候的自然生態區。

圖5所示的光聚集型自然生態建築，設置了混合型地表層設施自然生態區、3層混合型地下設施自然生態區、2層地上常規建築區域、頂部子聚集區、側邊子聚集區。除了具有上述的圖4所示的自然生態建築的主要功能與生態化作用、效果外，包括具有全天候的自然生態區等優勢，並且與圖3所示的自然生態建築類似，更多地利用了地下土層或巖土層的有利條件，有利於獲得更多更好的耕地或綠化地。

光聚集型自然生態建築，適用於許多種建築領域中實施，包括居民住宅、別墅、寫字樓、商業場所、賓館、飯店、工業建築或設施、公共建築、基礎設施等等。

光聚集型自然生態建築，設置光聚集區和自然生態區。光聚集區設置為建築外圍的部分或全部區域，或設置獨立的光聚集建築。光聚集區採用本人此前發明的面聚焦型或等效面聚焦型技術及其光匯聚器裝置，進行自然光聚集與獲取。光聚集區至少設置一個光匯聚器裝置即光聚集裝置，一般設置若干個光聚集裝置，實施規模化、低成本的自然光聚焦。聚集自然光傳輸到自然生態區，為形成自然生態建築區域創造條件。聚集自然光以一次性或分級分層式地在自然生態區實施照射或照明等生態化作用，形成光聚集型自然生態建築。

地表層原自然生態區，在聚集自然光的作用下，保持或恢復原地表自然生態環境形態，包括土壤、水、肥、光、風、動植物、微生物等自然環境條件。地表層原自然生態區設置為原農業型區域、或原綠化型區域、或集成功能型原自然生態區域，或為上述3種地表層原自然生態區中的2種或3種地表層原自然生態區組合構成的組合地表層原自然生態區。

設施自然生態區，包括地表層和地上、地下建築層的設施自然生態區，設置為設施農業型區域、或設施綠化型區域、或集成功能型設施自然生態區域，或為上述3種設施自然生態區中的2種或3種設施自然生態區組合構成的組合設施自然生態區。

設施農業型自然生態區為現代農業區域，包括都市農業(城市農業)型、生態農業型、精準農業型、智能農業(工廠化農業)型、立體農業型、旅遊休閒農業型等類型的現代農業型設施農業區域。通過智能化調控，並顯著提升耕地的品質。

設施綠化型自然生態區為類似於設施農業的現代化的綠化區域，包括溫室型、景觀型、園藝型等類型的設施綠化區域，提供先進、高品質的綠化區域或建築環境。

集成功能型設施自然生態區，在設施農業型或設施綠化型區域功能基礎上，對溫度、光、 氣氛、綠化、動植物與微生物構成、音樂、色彩、造型、視覺等環境條件進行精準或智能調控，並增加與人居、生活、工作、休閒、旅遊觀光等方面相應的設施，形成了具有上述多個方面功能的設施自然生態區。

設施自然生態區，不僅可以保持或恢復或改善建築地表層的可耕地與自然生態環境，而且通過實施非地表建築層的設施自然生態區，可以提供更多的人工型自然生態的種植、養殖、繁殖、人居、工作、休閒或集成功能的人工國土面積與區域，相當於明顯拓展與增大了可耕地或其他類型的自然生態國土面積。通過智能化調控，並顯著提升耕地的品質。

上述為自然光的光聚集型自然生態建築，應用於自然光(太陽光、漫散射光等)場合；本發明提出的光聚集型自然生態建築同樣可以應用於人造太陽等人造光的場合，採用面聚焦型或等效面聚焦型技術及其裝置，規模化地聚集人造光等，形成聚集光，傳輸到自然生態區，形成光聚集型自然生態建築。

另外，上述為採用面聚焦型(面聚焦導波體的全方位匯聚型)或等效面聚焦型(面聚焦導波體的等效導波體的全方位匯聚型)技術及其匯聚裝置，進行自然光的規模化聚集與收集；但也可以採用自動跟蹤式面聚焦型或自動跟蹤式等效面聚焦型技術及其裝置，進行自然光的規模化聚集與獲取。還可以考慮採用自動跟蹤式螺紋透鏡(菲涅爾透鏡)，進行自然光的規模化聚集與收集。但很可能的情形為，自動跟蹤式光聚集裝置的結構複雜，造價高，並且運行成本高，導致聚集光的成本高。

上述光聚集型自然生態建築，設置光聚集區和自然生態區。光聚集區採用本人此前發明的面聚焦型或等效面聚焦型技術及其匯聚裝置，實施規模化、低成本的自然光聚焦。聚集自然光傳輸到自然生態區，以照射或照明等方式，進行生態化的利用與應用，產生自然生態化的作用與效果，形成光聚集型自然生態建築。設置的自然生態區，為設施農業(現代農業)型、或設施綠化型(現代綠化型)、或集成功能型自然生態建築區，為地表層自然生態區或地上建築層、地下建築層的設施自然生態區。光聚集型自然生態建築，保護、恢復、改善、擴展增大耕地國土面積，化解耕地危機，並顯著提升耕地的品質，對耕地保護與保障、農業安全具有重要意義。光聚集型自然生態建築，可以保護、恢復、提升城鎮區域、尤其是入口密集的城鎮中心區域的自然生態環境，顯著提升人居、工作、休閒等方面環境品質；可就近獲得生鮮、甘香、味美的食物或食材，顯著提升城鎮與村寨的飲食與生活品質。城鄉一體與鄉城一體，在建築領域應用廣泛，適用於許多種建築，建築經濟價值與耕地安全保障等經濟社會意義重大。