自变色窗户及其室内环境调节系统的制作方法

本发明涉及非电变量的控制系统领域，特别是涉及一种自变色窗户及其室内环境调节系统。

背景技术：

现有的大多数智能教室的窗户均采用电致变色玻璃，通过控制电压的大小，改变电致变色玻璃的颜色，从而改变玻璃的透光率，达到控制教室内光照强度的目的。由于电致变色玻璃需要持续稳定的电压供应，才能保持颜色不变，因此，需要消耗较多的能源。

技术实现要素：

为解决以上技术问题，本发明提供一种自变色窗户及其室内环境调节系统，通过全机械式拉伸机构，拉伸中空玻璃内的拉伸变色薄膜，改变玻璃窗的颜色，从而改变玻璃窗的透光率，达到控制教室内光照强度的目的。

技术方案如下：

第一方面，提供一种自变色窗户，设置有窗框，该窗框上安装有玻璃窗，该玻璃窗的边框的一侧与窗框铰接，所述玻璃窗的玻璃板为中空玻璃板，其中空区域与所述边框围成的区域相对应，且在中空区域内平铺有拉伸变色薄膜，该拉伸变色薄膜的一端穿出玻璃板后，与设置在所述边框内的随动拉伸系统连接，该随动拉伸系统用于随着所述玻璃窗向内转动，拉伸所述拉伸变色薄膜。

结合第一方面，在第一方面的第一种可实现方式中，所述随动拉伸系统设置有主辊筒，该主辊筒竖直设置在边框与窗框铰接的一侧，并与所述拉伸变色薄膜连接；所述窗框上沿玻璃窗的转动方向开有弧形槽，该弧形槽内设置有相配合的弧形齿条，所述主辊筒的辊轴一端穿出边框后，伸入所述弧形槽内，并通过柱齿轮与弧形齿条啮合。

结合第一方面的第一种可实现方式，在第一方面的第二种可实现方式中，所述主辊筒的辊轴设置有主辊轴和从辊轴，该主辊轴的一端与所述主辊筒的筒体连接，另一端经锁紧机构与从辊轴的一端连接，所述从辊轴的另一端连接柱齿轮。

结合第一方面的第二种可实现方式，在第一方面的第三种可实现方式中，所述锁紧机构设置有连接柱，该连接柱的一端与主辊轴固定，另一端设置有与从辊轴相配合的插孔，该插孔的孔口处设置有锁紧抱箍，该锁紧抱箍的锁紧螺栓穿出所述边框后，连接有转动把手。

结合第一方面、或者第一方面的第二、三种中任一可实现方式，在第一方面的第四种可实现方式中，所述拉伸变色薄膜为聚氨酯弹性体材料制成的变色薄膜。

第二方面，提供一种室内环境调节系统，设置有：上述的自变色窗户。

结合第二方面，在第二方面的第一种可实现方式中，室内环境调节系统还设置有：

角度传感器，用于检测玻璃窗的转动角度，生成转动信息；

太阳辐射参数检测仪，用于检测室外的太阳辐射参数；

通风调节单元，用于根据转动信息，调整室内的通风量；

温度调整单元，用于根据转动信息和太阳辐射参数，调整室内的温度。

结合第二方面的第一种可实现方式，在第二方面的第二种可实现方式中，所述通风调节单元设置有：

通风机，用于向室内通风；

处理器，用于根据转动信息计算窗户的通风面积，并根据通风面积生成功率调整信号；

变频器，用于获取功率调整信号，并根据功率调整信号调整通风机的电源频率。

结合第二方面的第一种可实现方式，在第二方面的第三种可实现方式中，所述灯光调整单元设置有：

处理模块，用于根据转动信息和太阳辐射参数，估计室内的太阳辐射量，并根据太阳辐射量，生成温度控制信息；

空调，用于根据温度控制信息调整设定的工作温度。

结合第二方面的第三种可实现方式，在第二方面的第四种可实现方式中，，所述处理模块根据转动信息和光照度信息，估计室内的太阳辐射量，包括：

根据转动信息确定拉伸变色薄膜所受的应力强度；

根据应力强度确定拉伸变色薄膜的颜色深度；

通过颜色深度确定对应的玻璃窗的透光率；

根据透光率和太阳辐射参数，估计室内的太阳辐射量。

有益效果：采用本发明的自变色窗户及其室内环境调节系统，采用机械的方式改变玻璃的颜色，达到控制室内光照度的目的；不需要电力维持玻璃的颜色，减少能源消耗。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中玻璃窗2的结构示意图；

图3为玻璃窗的内部结构示意图；

图4为主辊轴11和从辊轴12的连接结构示意图；

图5为弧形槽8的结构示意图；

图6为环境调节系统的系统框图；

图7为通风调整单元的系统原理框图；

图8为温度调节单元的系统原理框图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。

如图1所示的自变色窗户的结构示意图，该自变色窗户设置有窗框1，该窗框1上安装有玻璃窗2，该玻璃窗2的边框3的一侧与窗框1铰接，如图2、图3所示，所述玻璃窗2的玻璃板4为中空玻璃板，其中空区域5与所述边框3围成的区域相对应，且在中空区域5内平铺有拉伸变色薄膜6，该拉伸变色薄膜6的一端穿出玻璃板4后，与设置在所述边框3内的随动拉伸系统连接，该随动拉伸系统用于随着所述玻璃窗2向内转动，拉伸所述拉伸变色薄膜6。

具体而言，在本实施例中，为了清楚地描述本申请的技术方案，选择以规则矩形的玻璃窗2为例。玻璃窗2的左侧边框3与窗框1铰接。在玻璃窗2的4条边框3所围成的矩形区域内，中空玻璃板开有形状相同的矩形中空区域5，在中空区域5内平铺有如拉伸变色聚氨酯弹性体材料制成的拉伸变色薄膜6，相当于拉伸变色薄膜6覆盖了整个边框3所围成的矩形区域。

设置在左侧边框3内的所述随动拉伸系统属于机械随动系统，拉伸变色玻璃的左端穿过玻璃板4的左侧壁，与随动拉伸系统连接，右端与玻璃板4固定。当玻璃窗2向内转动时，随动拉伸系统可以拉伸设置在玻璃板4内的拉伸变色薄膜6，拉伸变色薄膜6在应力的作用下，颜色变深，从而降低玻璃窗2的透光率。

而当玻璃窗2向外转动时，随动拉伸系统可以放松对拉伸变色薄膜6的拉力，拉伸变色薄膜6的应力减小，颜色逐渐变浅，直至回复到原来的状态。只要玻璃窗2不转动，玻璃窗2的颜色就不会发生变化，达到不需要电力，也能控制室内光照度的目的。

在本实施例中，优选的，如图4、图5所示，所述随动拉伸系统设置有主辊筒7，该主辊筒7竖直设置在边框3与窗框1铰接的一侧，并与所述拉伸变色薄膜6连接；所述窗框1上沿玻璃窗2的转动方向开有弧形槽8，该弧形槽8内设置有相配合的弧形齿条9，所述主辊筒7的辊轴一端穿出边框3后，伸入所述弧形槽8内，并通过柱齿轮10与弧形齿条9啮合。

具体而言，弧形槽8是沿玻璃窗2的转动路径设置的，主辊筒7的辊轴上端通过轴承15与上方的边框3固定，辊轴的下端穿出下方的边框3后，伸入弧形槽8内，并通过柱齿轮10与贴合在弧形槽8槽壁上的弧形齿条9啮合。在玻璃窗2向内转动的过程中，在弧形齿条9的作用下，柱齿轮10会转动正转，从而带动主辊筒7水平正转，主辊筒7收紧拉伸变色薄膜6，对拉伸变色薄膜6施加应力，拉伸变色薄膜6的颜色变深。

在玻璃窗2向外转动的过程中，与辊轴连接的柱齿轮10在弧形齿条9的作用下，会带动主辊筒7水平反转，主辊筒7放松拉伸变色薄膜6，在弹力的作用下拉伸变色薄膜6逐渐恢复到原来的状态，颜色也恢复到原来的状态。

在本实施例中，优选的，如图4所示，所述主辊筒7的辊轴设置有主辊轴11和从辊轴12，该主辊轴11的一端与所述主辊筒7的筒体连接，另一端经锁紧机构13与从辊轴12的一端连接，所述从辊轴12的另一端连接柱齿轮10。

具体而言，当需要调整室内的光照强度时，可以通过锁紧机构13锁紧主辊轴11和从辊轴12，如此，当玻璃窗2转动时，通过柱齿轮10即可带动主辊筒7转动。当需要关闭窗户，却不需要调整光照度时，如冬天天气冷时，可以松开锁紧机构13，此时再转动玻璃窗2时，只有从辊轴12随着柱齿轮10转动，而主辊轴11不会转动，因此主辊筒7不会拉伸变色薄膜6，玻璃窗2的透光率不会发生变化，射入室内的光照强度也不会受到影响。

在本实施例中，优选的，如图4所示，所述锁紧机构13设置有连接柱14，该连接柱14的一端与主辊轴11固定，另一端设置有与从辊轴12相配合的插孔，该插孔的孔口处设置有锁紧抱箍16，该锁紧抱箍16的锁紧螺栓穿出所述边框3后，连接有转动把手17。

具体而言，在需要调整光强时，正向转动转动把手17即可锁紧主辊轴11和从辊轴12，不需要调整光强时，反向转动把手17即可松开主辊轴11和从辊轴12，结构简单，方便操作。

一种室内环境调节系统，该调节系统设置有上述的自变色窗户。通过该自变色窗户，即可手动调整玻璃窗2的颜色，改变玻璃窗2的透光率，从而调整室内的光照强度，而且不需要电力也能维持一定的光照强度，节省能源。

在本实施例中，优选的，如图6所示，调节系统还设置有：

角度传感器，用于检测玻璃窗2的转动角度，生成转动信息；

太阳辐射参数检测仪，用于检测室外的太阳辐射参数；

通风调节单元，用于根据转动信息，调整室内的通风量；

温度调整单元，用于根据转动信息和太阳辐射参数，调整室内的温度。

具体而言，由于玻璃窗2的颜色发生变化后，对于窗户的通风面积会产生影响，从而影响室内的空气质量。因此，通过角度传感器可以检测玻璃窗2的转动角度，而玻璃窗2的宽度已知，以此即可以计算出窗户的通风面积，从而估算窗户大概的空气流量，通风调节单元可以根据大概的空气流量，对室内的通风量进行补偿，以使室内的空气保持在相对较好质量范围内。

并且玻璃窗2的颜色发生变化后，由于玻璃窗2对太阳辐射的吸收，会对室内的温度产生一定影响。因此可以通过太阳辐射参数检测仪检测室外环境的太阳辐射参数，如可见光强度、紫外线强度和红外线强度等。

由于主辊轴11对拉伸变色薄膜6施加的拉力与转动角度成正比，同时拉伸变色薄膜6的颜色深度与拉伸应力成正比，而拉伸变色薄膜6的颜色深度越深，吸收辐射的能力越强，因此，通过转动角度可以确定拉伸变色薄膜6的颜色深度，从而估计玻璃窗2吸收太阳辐射的能力，结合室外环境的太阳辐射参数，即可大致估算调整室内光照强度后，射入室内的辐射变化量。温度调整单元可以根据辐射变化量，调整室内的温度，以减弱因光照度调节对室内温度的影响。在本实施例中，角度传感器、太阳辐射参数检测仪、通风调节单元、温度调整单元均采用现有的设备。

在本实施例中，优选的，如图7所示，所述通风调节单元设置有：

通风机，用于向室内通风；

处理器，用于根据转动信息计算窗户的通风面积，并根据通风面积生成功率调整信号；

变频器，用于获取功率调整信号，并根据功率调整信号调整通风机的电源频率。

具体而言，处理器根据转动信息中的转动角度计算出减少通风面积，就通过变频器增大通风机的电源频率，从而提高通风机的通风量，以减弱由于光照度调节对室内空气质量的影响。反之，则减弱通风机的通风量，在本实施例中，处理器可以采用现有嵌入式处理器，如stm32系列，其外围电路，以及与角度传感器、变频器的连接方式均与现有的变频控制系统的连接方式相同。

在本实施例中，优选的，如图8所示，所述灯光调整单元设置有：

处理模块，用于根据转动信息和太阳辐射参数，估计室内的太阳辐射量，并根据太阳辐射量，生成温度控制信息，处理模块是由现有的嵌入式控制芯片组成的数据处理单元，其外围电路，以及与角度传感器、太阳辐射参数检测仪、空调的连接方式均与现有的控制系统的连接方式相同。

空调，用于根据温度控制信息调整设定的工作温度。

具体而言，当玻璃窗2向内转动后，处理模块可以根据转动信息中的转动角度，从自身的存储器中调取预存的相对应的玻璃窗2吸收太阳辐射的能力参数，该能力参数可以经过多次试验检测得到。

处理模块结合能力参数和外界的太阳辐射参数，估算转动后射入室内的太阳辐射的变化量，从而确定空调的调节温度，生成温度控制信息，并发送给空调。空调可以根据温度控制信息中的调节温度，控制其自身的温度控制系统工作。

在本实施例中，优选的，所述处理模块根据转动信息和光照度信息，估计室内的太阳辐射量，包括：

根据转动信息确定拉伸变色薄膜6所受的应力强度；

根据应力强度确定拉伸变色薄膜6的颜色深度；

通过颜色深度确定对应的玻璃窗2的透光率；

根据透光率和太阳辐射参数，估计室内的太阳辐射量。

具体而言，转动角度和应力强度的对应关系可以通过试验得出，其对应关系可以存在处理器和处理模块自身的存储器中，同样应力强度和拉伸变色薄膜6的颜色深度之间的对应关系、颜色深度与玻璃窗2的透光率之间对应关系均可以通过现有的试验得到。上述对应关系均存储在处理器和处理模块自身的存储器中，以便调取。通过透光率和太阳辐射参数，可以大致估算透过玻璃射入室内的辐射量，从而确定光强调整后的室内辐射量的变化范围。

最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。