CN116897733A - 一种自适应调解的球形花房 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自适应调解的球形花房，该花房包括透明的球形外壳，所述球形外壳内部形成植物栽培区域，所述球形外壳是由有机玻璃板材制成，所述球形外壳的上部设有可以开闭的透气窗口，所述球形外壳的底部下沿设有可以开闭的若干透气孔；所述球形花房底部沿其周向设置温度调解储能环。与现有技术相比，本球形花房对环境具有自适应调节能力，保证花房生态稳定性，具有推广和应用价值。

Description

一种自适应调解的球形花房

技术领域

本发明属于园林技术领域，具体涉及一种自适应调解的球形花房。

背景技术

温室花房是用来培育花卉的房子，一般为玻璃阳光房设置，使花卉能充分的照到阳光，目前传统的花房容器多采用矩形或长方形设计。

温室花房作为一个小型的独立植物生态系统，系统本身比较脆弱，易受外界环境干扰，影响温室花房内植物的生长，花房内环境条件与植物生长具有重要关系。

一方面，因花房材质原因，花房内的光强、光质小于外界，光照总量减少。特别在寒冷时节，由于外界环境温度相对内部较低，花房内外环境存在一定温差，花房有机玻璃内侧表面容易凝聚水汽，因此，花房内早上光照条件相对较差；而在夏季，外界光照透过有机玻璃，使室内温度逐渐累积，散热不易，过强的光照会使球形花房内温度迅速上升，影响植物开展正常的光合作用，甚至造成植物灼伤等热害症状；因此，在过度高温或低温胁迫下，均不利于植物的生长。另一方面，花房内通风条件对植物生长也具有显著的影响，通风不良对植物生长造成较大影响：比如，叶片长期处在相对湿润环境下，较易滋生细菌、感染真菌乃至发生病虫害；花房内热量聚集，如果无法及时排出，将使花房内温度大大高于外部环境温度，进而使植物正常的生理活动受到抑制和干扰，引发高温病害；叶片上面聚集的水凝膜对植物的光合作用和蒸腾作用也要造成负面影响。

综上，如何提高花房对自然环境的适应和自我调节能力，即如何适应多变的光照条件为植物提供适宜的光照条件，避免高温和低温损害，以及提供合适的通风条件，是亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种自适应调解的球形花房。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种自适应调解的球形花房，该花房包括透明的球形外壳，所述球形外壳内部形成植物栽培区域，所述球形外壳是由有机玻璃板材制成，

所述球形外壳的上部设有可以开闭的透气窗口，所述球形外壳的底部下沿设有可以开闭的若干透气孔；

所述球形花房底部沿其周向设置温度调解储能环。

本发明通过在球形花房上部设透气窗口，底部下沿设透气孔，可以进行空气对流，实现通风自然降温，通过设置温度调解储能环，通过相变储能材料在低能耗下实现系统温度稳定的作用，有助于保持球形花房处于稳定的生长环境。

优选地，所述有机玻璃表面铺设隔热膜或隔热涂层，使太阳光总阻隔率保持在35%左右，可见光透射率保持在85%左右。当夏季高温季节，通过铺设隔热膜或隔热涂层可有效延缓温度上升时间，相比未张贴隔热膜的花房，张贴隔热膜后，花房内温度可降低25%左右。

优选地，所述有机玻璃采用温敏变色有机玻璃。

优选地，所述透气窗口的直径为25~80cm；所述透气孔对称设置在所述球形外壳的底部下沿两侧，按4~8cm的间距设置，透气孔的孔直径为2~4cm。

优选地，所述每个透气孔的中轴线均和透气窗口中轴线相互垂直，使得透气孔开孔连线与夏季盛行风向保持平行，具体开孔设计可通过CFD（计算流体力学）软件进行模拟确定最佳的开孔位置和大小。

本发明通过在上部设透气窗口，底部下沿设透气孔，可以实现通风自然降温，在打开透气窗口以及透气孔后，容器底部下沿进入温度较低空气，由于开孔孔径小，空气进入速度快而急，并能够在球形花房容器内形成空气对流，应用受热空气密度小上升变化，聚集在花房顶部的原理，球形花房容器内的热空气从顶部透气窗口排出，达到降温效果，有利于保证花房内部空气与外部空气产生充足的交换，既降低花房内外温度差，又减少病菌滋生。

优选地，所述球形花房内的底部沿其周向设置环状结构的温度调解储能环，所述温度调解储能环装填相变储能材料，可以采用的相变储能材料例如可以是相变蜡等。

进一步优选地，所述温度调解储能环设置环状的电加热棒，在必要时，可以通过电加热方式储能。

优选地，所述球形外壳内部设置用于模拟自然光的光带，在连续阴雨天气下，在光照不足以达不到植物生长需要的最小光补偿点，开启光带进行补光，以提高植物的光合作用效率。

进一步优选地，光带的设置方式为，在球形外壳上半部分位置沿周向设置呈一圈，可以根据需要间隔设置多圈，进一步优选地，在光带底部设置一层反光层，可以将光带的光线反射，这种方式设置的光带，可以均匀实现光线在球形外壳内的照射，更接近于自然光，有助于植物的生长。

优选地，所述球形花房在球形外壳的顶部设置喷灌装置所，述喷灌装置为间歇式喷雾机构，夏季高温时采用间歇式喷雾降温。

花房内设置光照传感器、温度传感器、湿度传感器、电磁阀与集群控制器，实现根据花房内温度与温度状况进行自动喷雾控制的整套系统。

传感器信号经处理后变成可使用的数字信号，再通过中央控制单元处理并发出控制信号，驱动执行器执行命令，如启用/关闭间歇式喷雾、气孔开闭、开启关闭空气加热器、补光灯开启关闭等操作。

优选地，所述球形花房内设置微型电缆空气加热器，该微型电缆空气加热器功率为400~600W，例如具体可以采用500W，微型电缆空气加热器与植物叶片最小距离应大于30cm，吹出先端部温度小于70℃，以防对植物造成烫伤。该微型电缆空气加热器在室外气温达到5℃以下时开启，花房内温度上升至20℃时加热器停止工作，以防止植物产生低温冻害。

优选地，所述球形外壳内壁涂覆防雾剂并由此形成一层防雾层。

进一步优选地，所述球形外壳在安装前，利用涂覆技术在内壁上涂覆防雾剂，并在室温下干燥，之后在70~90温度下进行热固化。

本发明通过在球形外壳内壁涂覆防雾剂，在球形外壳制作之前就具有防雾功能，在冬季时，水汽难以附在容器表面形成雾滴或者冰花，有助于透明球形外壳保持通透性，从而保证更多的自然光通过，保证植物在冬季也能生长。

与现有技术相比，本发明具有以下创新点：

1、采用球形结构设计，以有机玻璃为外壳，能保证光线无死角的射入，有助于球形花房内植物的生长。

2、球形外壳的上部设有透气窗口，球形外壳的底部下沿设有透气孔，能形成空气对流，通过空气对流原理，实现自然通风降温、换气。

3、球形外壳表面铺设隔热膜或隔热涂层，能有效阻挡夏季强光对植物的伤害，避免花房内温度剧烈上升。

4、球形花房内的底部设置装填有相变储能材料的环状结构的温度调解储能环，利用相变储能材料在低能耗下实现系统温度稳定的作用，有助于保持球形花房处于稳定的生长环境。

5、球形外壳内沿周向设置呈一圈的光带，能更真实的模拟自然光，补光后有助于提高植物的光合作用效率。

6、设置喷灌装置为间歇式喷雾机构，夏季高温时采用间歇式喷雾降温、灌溉。

7、球形外壳内壁涂覆防雾剂并由此形成一层防雾层，在冬季时，水汽难以附着球形外壳内壁表面，无法形成雾滴或者冰花，有助于透明球形外壳保持通透性，保证充足自然光通过，改善植物冬季生长状况。

附图说明

图1为实施例中一种球形花房的结构示意图；

图2为球形花房的立体结构示意图；

图3为控制系统示意图；

图4为某一具体球形花房的尺寸结构示意图；

图中：1-球形外壳；2-透气窗口；3-透气孔；4-喷灌装置；5-光带；6-温度调解储能环；

100-控制器；200-温度传感器；300-光敏传感器；400-湿度传感器；500-喷雾装置；600-LED灯；700-微型电缆空气加热器。

实施方式

下面对本发明进行详细说明，本发明未做详细说明的均为本领域已公开的技术方案。

实施例1

本发明为解决球形花房对自然环境的适应和自我调节能力差的问题，提供一种自适应调解的球形花房，从透明花房材料选用、冬夏季节养护措施、通风设置等角度，针对透明球形花房设计施工过程中的难点问题，提供了一种创新解决方案。

参照图1、图2，一种自适应调解的球形花房，该花房包括透明的球形外壳1，球形外壳1内部形成植物栽培区域，球形外壳1是由有机玻璃板材制成，球形外壳1的上部设有可以开闭的透气窗口2，球形外壳1的底部下沿设有可以开闭的若干透气孔3，球形花房在球形外壳的顶部设置喷灌装置4。

进一步地，球形外壳1整体结构为半球状结构，球形外壳的体积占其所在正球形体积的2/3-3/4，优选3/4更具有观赏性，球形花房容器的直径根据具体需要进行设计，直径可以在0.5m~2.2m，例如在某具体实施案例中，采用以下三种规格：Ф1800、Ф1500、Ф1400。

进一步地，本发明球形花房容器选用透光性好、易加工成型、物候性佳、密度小的有机玻璃材料制得，有机玻璃板材具有高光强、亮度高、不易发生开裂、韧性强、便于清洁的特点，满足不同场景的使用需求。有机玻璃板材质轻，透光能力强，透光率达92% 以上，基于有机玻璃优良的物理特性，将其作为球形花房容器的制作材料。作为本发明优选的技术方案，有机玻璃最薄厚度应大于3mm，以保证具备足够的抗冲击弯折性能。

本实施例通过在有机玻璃表面张贴隔热膜或隔热涂层，以有效阻隔红外线，相比未张贴隔热膜的花房，张贴隔热膜后，花房内温度可降低25%左右。

例如当夏季室外气温为35℃时，与未张贴隔热膜的花房相比，张贴隔热膜的花房内部温度可降低7℃左右，以便于达到花房理想温度值15-35℃。

作为具体的实施方式，所铺设的隔热膜或隔热涂层，太阳光总阻隔率保持在35%左右，可见光透射率保持在85%左右。

本发明中隔热膜具体为层状结构，从上至下依次敷设为：耐磨外层、防冲击基层、隔热层、防紫外线涂层、感压式粘胶层、和PET膜基层（敷设在有机玻璃的外表面上），其中耐磨外层具体可以采用丙烯酸树脂材质；防冲击基层为聚氨酯材质；隔热层为通过喷溅铝、银金属离子形成的光反射层。

作为本发明优选的技术方案，所述透气窗口的直径为25~80cm，优选地为30~70cm，例如25 cm、30 cm、35cm、40 cm、50 cm、60 cm、70 cm等。透气窗口相对于水平面倾斜设置，透气窗口所在平面与水平面之间的夹角在30~60°，例如，可以是30°、45°、60°等。

所述透气孔对称设置在所述球形外壳的底部下沿，按4~8cm的间距设置，透气孔的孔直径为2~4cm。可以根据需要设置多组。在花房内相对湿度达到80%或温度大于35℃时开启透气孔，相对湿度低于50%或温度低于15℃时关闭透气孔。

作为本发明优选的技术方案，所述透气孔开孔连线与夏季盛行风向保持平行，具体开孔设计可通过CFD（计算流体力学）软件进行模拟确定最佳的开孔位置和大小，使其实现空气对流。

本发明利用球形结构，通过在上部设透气窗口，底部下沿设透气孔，可以实现通风自然降温，在打开透气窗口以及透气孔后，容器底部下沿进入温度较低空气，由于开孔孔径小，空气进入速度快而急，并能够在球形花房容器内形成空气对流，应用受热空气密度小上升变化，聚集在花房顶部的原理，球形花房容器内的热空气从顶部透气窗口排出，达到降温效果，有利于保证花房内部空气与外部空气产生充足的交换，既降低花房内外温度差，又减少病菌滋生。

作为本发明优选的技术方案，所述喷灌装置为间歇式喷雾机构，夏季高温时采用间歇式喷雾降温。球形花房容器内热空气经雾化后可降低温度，减弱容器内的热量积累，达到容器内降温的作用。同时，水雾附着在植物叶面上形成一层水膜形成保护，也能降低高温对叶片的损伤。间歇式喷雾机构包括设置在花房内设置温度传感器、湿度传感器、电磁阀与集群控制器，实现根据花房内温度与湿度状况进行自动喷雾控制。

冬季低温环境，球形花房面临低温、光照强度不足等问题，本发明通过设置加热装置、补充光源等方案解决。

作为本发明一种具体的实施方式，在球形花房内设置微型电缆空气加热器，该微型电缆空气加热器功率为400~600 W，例如具体可以采用500W，微型电缆空气加热器与植物叶片最小距离应大于30cm，吹出先端部温度小于70℃，以防对植物造成烫伤。该微型电缆空气加热器在室外气温达到5℃以下时开启，花房内温度上升至20℃时加热器停止工作，以防止植物产生低温冻害。

如图3，花房内通过设置与集群控制器100连接的光敏传感器300、温度传感器200、湿度传感器400，分别对应控制LED灯600、微型电缆空气加热器700、喷雾装置500等，可以实现根据光照强度、温度与湿度状况进行自动控制。传感器信号经处理后变成可使用的数字信号，再通过中央控制单元处理并发出控制信号，驱动执行器执行命令，如启用/关闭间歇式喷雾、气孔开闭、开启关闭空气加热器、补光灯开启关闭等操作。该部分采用本领域的技术手段实现，不再赘述。另外，发明人经过深入研究发现，球形花房内雾气经常在球形容器内壁凝结为水滴，或在更低温下还会结冰形成冰花，这往往造成透明球形外壳的通透性降低，降低了自然光的通过，是阻碍植物生长的关键因素，严重影响植物的生长。基于此发现，冬季环境下如何避免球形容器内壁雾气形成水滴或冰花问题是改善植物生长条件的关键。

作为本发明优选的技术方案，有机玻璃的球形外壳内壁涂覆防雾剂，可以避免或减少雾气形成水滴。

作为优选的实施方式，所述球形外壳在组装前清洗干净并干燥，利用涂覆技术在内壁上涂覆防雾剂，并在室温下干燥，之后在70~90温度下进行热固化，在内壁形成一层防雾层。

本发明通过在球形外壳内壁涂覆防雾剂，在球形外壳制作之前就具有防雾功能，使水汽难以附在容器表面形成雾滴或者冰花，有助于透明球形外壳保持通透性，从而保证更多的自然光通过，保证植物在冬季也能生长。

作为本发明优选的技术方案，所述防雾剂具体可以采用以下方法制得：防雾剂由硅基溶胶溶液和长链多糖/氨基分子交联溶液组成，硅基溶胶溶液的体积为混合液整体体积的2％。其中，硅基溶胶溶液的制作方法为：将2wt％正硅酸四乙酯加入到体积比为1：1的乙醇与异丙醇的混合溶液中，利用0.1mol/L的柠檬酸水溶液调节混合后液体的pH至1-3的范围内，然后加5wt％环五聚三甲基硅氧烷和1wt％聚二甲基硅氧烷交联聚合物，余量水补足100％，并保持磁力对混合液搅拌60分钟，最后在暗处静置1天即得到有机硅溶胶溶液。长链多糖/氨基分子交联溶液的制作方法为：将10wt％葡萄醛酸-N-乙硫氨基葡糖、1wt％聚乙烯醇加入去离子水中配置质量分数为20％的A溶液，向A溶液中加入4wt％的三(4-氨基苯基)胺与两性基乙酸钠两性离子表面活性剂、1wt％光催化附着剂氧化铈，并加入柠檬酸调节pH值至4-5，并搅拌24小时得到稳定的溶液，即交联溶液。

作为本发明优选的技术方案，所述球形外壳内部设置用于模拟自然光的光带5，例如5W功率的LED光带，在连续阴雨天气下，在光照不足以达不到植物生长需要的最小光补偿点，例如，当花房外白天时段自然光照度小于500lux时，开启光带5进行补光，以提高植物的光合作用效率。

作为本发明优选的技术方案，光带的设置方式优选为，在球形外壳上半部分位置沿周向设置呈一圈，可以根据需要间隔设置多圈，进一步优选地，在光带底部设置一层反光层，可以将光带的光线反射，这种方式设置的光带，可以均匀实现光线在球形外壳内的照射，更接近于自然光，有助于植物的生长。

传统解决冬季低温问题所采用的方法是单纯设置电加热器或空调系统，这种方式虽然有效，但耗能也大，通过利用相变储能材料能实现较好的效果。

作为本发明优选的技术方案，所述球形花房的底部沿其周向设置环状结构的温度调解储能环6，所述温度调解储能环装填相变储能材料，可以采用的相变储能材料，例如可以是相变蜡等。通过在球形花房底部设置相变储能材料实现保持系统温度稳定在一定范围的功能，其原理是利用相变储能材料吸收或释放潜热来控制系统温度，从而保持系统温度的稳定。当白天温度高时，相变储能材料吸收热量并融化；当温度过低时，相变储能材料释放热量并凝固，从而减缓温度下降速度，可以防止植物产生低温冻害。

进一步优选地，所述温度调解储能环内设置环状的电加热棒，在相变储能材料不足以调解时，可以通过电加热方式储能。

实施例

本实施例中所述有机玻璃采用温敏变色有机玻璃，所述温敏变色有机玻璃在35°以上温度以及强光作用下变成褐色或淡灰色，有效阻挡强光对植物的伤害作用，而在低光照强度和低温条件时，有机玻璃仍保持无色透明状，不影响光线的正常进入。

在夏季强光高温环境下，植物将不再进行光合作用，为了避免高强度光以及高温下对植物生长的伤害，本发明创造性的运用温敏变色有机玻璃，在35°以上温度以及强光作用下球形外壳变成褐色或淡灰色，降低了强光的大量摄入，避免温度的进一步升高，有助于球形花房内植物的生长。

作为本发明优选的技术方案，所述温敏变色有机玻璃通过以下方法制备得到：称取甲基丙烯酸甲酯和过氧化苯甲酰，控制重量比为90：1，于80℃下搅拌反应10~20min，然后加入温致变色剂组合物，温致变色剂组合物的加入量为甲基丙烯酸甲酯重量的10%，继续搅拌10min，然后冷却至45℃，静置30min，再升温至65℃，恒温1h，即制得变色有机玻璃。

其中，温致变色剂组合物由隐色剂、显色剂和溶剂组成，隐色剂决定颜色的变化，显色剂决定颜色变化的深浅，溶剂决定变色的温度，通过调整三种成分之间的配比实现对温致变色的颜色、颜色变化程度、以及变色温度的控制。

作为一种具体的实施方式，所述隐色剂、显色剂和溶剂质量比为1：10-11：22-23，其中，隐色剂采用结晶紫内酯，显色剂采用硬脂酸，溶剂采用正十二醇。该方法制备的温敏变色有机玻璃温度在35度以下以及弱光照下保持透明状，不出现颜色变化，当超过35度后，在强光照射下可逆地变为淡灰色至褐色，温度越高，颜色越深。

其余同实施例1。

扬州世博园内球形花房，通过栽培亚热带热带地域特色观赏植物，利用植物和透明花房布置营造，形成特色异域景观的微型生态种植空间。植物设计囊括多肉、蕨类、热带植物，以生态技术手段为核心，展示城市园艺物种多样性。

所在地为仪征市，位于江苏省扬州市中西部沿江冲积平原区，毗邻南京，地理位置为东经119°，北纬32°。属于北亚热带季风性气候区，气候主要特征是冬冷夏热，季相分明，光照时间充足，降水较充沛；冬季时长约4个月，夏季长约3个月，春秋季各长约2个多月。春季风和日丽，夏季酷热多雨，秋季干燥凉爽，冬季严寒干燥。年降水量1058.9毫米，年平均气温15.7℃。

如图4，该球形花房采用10mm厚亚克力材质制作，球体最大直径1900mm，下口直径1520mm，净高1520mm，底端用10mm厚不锈钢底座固定成型。花房下部对称设置四组透气孔，每组包含27个直径20-40mm的透气孔，间距60mm。透气窗口相对于水平面倾斜设置，透气窗口所在平面与水平面之间的夹角为45，透气窗口直径730mm，利于花房内蒸腾水汽顺利排出。

该球形花房球形外壳1内部形成植物栽培区域，球形外壳1采用温敏变色有机玻璃制得，并在内壁涂覆防雾剂，形成一层防雾层，透气孔开孔连线与仪征市夏季盛行风向保持平行，实现空气对流。球形花房在球形外壳的顶部设置喷灌装置4，为间歇式喷雾机构，夏季高温时采用间歇式喷雾降温。球形外壳内部设置用于模拟自然光的光带，具体采用5W功率的LED光带，在球形外壳上半部分位置沿周向设置呈一圈，间隔10cm设置3圈，在光带底部设置一层反光贴片。球形花房的底部沿其周向设置环状结构的温度调解储能环，温度调解储能环装填相变储能材料相变蜡等，温度调解储能环内设置环状的电加热棒。在球形外壳1内部形成植物栽培区域内种植栽培亚热带热带地域特色观赏植物，包括多肉、蕨类、热带植物等。

该球形花房在夏季高温环境下，通过打开透气窗口、透气孔，实现球形花房内自然空气对流，排除大量热气，实现降温；在光线强烈时，温敏变色有机玻璃自动变成深色模式，阻挡光线的过多摄入；此外设置的间歇式喷雾机构也可以歇式喷雾降温。

该球形花房在冬季低温环境下，首先，球形花房内壁形成的防雾层，有效避免水汽附着容器表面形成雾滴或冰花，有助于透明球形外壳保持通透性，使更多的自然光通过，保证植物在冬季也能生长；其次，周向设置的光带，在需要光线补充时，可以均匀实现光线在球形外壳内的照射，接近自然光，有助于植物的生长；最后，在球形花房的底部沿其周向设置温度调解储能环，在低能耗下实现系统温度稳定的作用，有助于保持球形花房处于稳定的生长环境。

该球形花房具有对自然环境更好的自适应和调节能力，在简单结构的设置下保证了球形花房的生态系统稳定性，具有推广和应用价值。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自适应调解的球形花房，该花房包括透明的球形外壳（1），所述球形外壳（1）内部形成植物栽培区域，其特征在于，

所述球形外壳是由有机玻璃板材制成；

所述球形外壳的上部设有可以开闭的透气窗口（2），所述球形外壳的底部下沿设有可以开闭的若干透气孔（3）；

所述球形花房底部沿其周向设置温度调解储能环（6）。

2.根据权利要求1所述的一种自适应调解的球形花房，其特征在于，所述有机玻璃表面铺设隔热膜或喷涂隔热涂层。

3.根据权利要求1所述的一种自适应调解的球形花房，其特征在于，所述透气窗口的直径为25~80cm。

4.根据权利要求1所述的一种自适应调解的球形花房，其特征在于，所述透气孔对称设置在所述球形外壳的底部下沿两侧，按4~8cm的间距设置，透气孔的孔直径为2~4cm。

5.根据权利要求1所述的一种自适应调解的球形花房，其特征在于，所述球形花房内的底部设置环状结构的温度调解储能环（6），所述温度调解储能环（6）设置环状的电加热棒。

6.根据权利要求1所述的一种自适应调解的球形花房，其特征在于，所述温度调解储能环（6）内装填相变储能材料。

7.根据权利要求1所述的一种自适应调解的球形花房，其特征在于，所述球形外壳内部设置至少1条用于模拟自然光的光带（5），光带（5）的设置方式为，在球形外壳上半部分沿周向设置呈一圈。

8.根据权利要求7所述的一种自适应调解的球形花房，其特征在于，在光带（5）底部设置一层反光层。

9.根据权利要求1所述的一种自适应调解的球形花房，其特征在于，所述球形花房在球形外壳的顶部设置喷灌装置（4）。

10.根据权利要求1所述的一种自适应调解的球形花房，其特征在于，所述球形花房内设置微型电缆空气加热器（700）。