陽光散址，雨水是上天給地球的最好的禮物乖阵。我們生活在地球上，怎樣在緊張预麸、繁忙的工作后瞪浸，充分的利用現(xiàn)代人智慧的科技理念，合理利用太陽能和天然雨水吏祸，花費(fèi)最少的人力对蒲，建立起家用自動(dòng)循環(huán)生態(tài)系統(tǒng)，為家庭自動(dòng)生產(chǎn)健康的蔬菜贡翘、花卉蹈矮、水生魚類（即可觀賞也可食用），一直是我們追求的目標(biāo)鸣驱。
在經(jīng)過一番調(diào)查和研究之后泛鸟，于去年這個(gè)時(shí)候2018年的七月四日，美國獨(dú)立日那天踊东，全家著手動(dòng)工組建了包括暖房在內(nèi)的第一個(gè)后院生態(tài)系統(tǒng)北滥。在ZONE 5這樣的地區(qū)，經(jīng)過了四季實(shí)踐考驗(yàn)后闸翅，不僅可以讓魚過冬再芋，早春也先育好了苗，真正春天的時(shí)候缎脾，蔬菜可以成功移裁出院子祝闻，當(dāng)然還有美麗的吊盆掛滿的房子的周圍，基本實(shí)現(xiàn)了生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)的雛形。現(xiàn)在把所有的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)做個(gè)總結(jié)和分享联喘。希望有共同理想和愛好的朋友們能共同探討华蜒，一起改進(jìn)更好的方法，讓生活中的樂事多起來豁遭，讓人們可以利用有限的都市空間里享受大自然環(huán)境中的生活叭喜。
已有的整個(gè)系統(tǒng)雛形主要有以下幾個(gè)功能模塊組成：
一、暖房設(shè)計(jì)模塊蓖谢。適宜過冬捂蕴，采用雙層保暖透明有機(jī)玻璃，北側(cè)用全保濕墻闪幽，提供了四季植物生長的環(huán)境啥辨。
二、400加侖的魚缸和配套的硝化模塊盯腌。用自然方法降低水體酸性溉知，消除廢料形成營養(yǎng)物質(zhì)，魚缸另一功效是保持暖房溫差變化小腕够，冬季不會(huì)結(jié)冰级乍，夏季不會(huì)太熱。
三帚湘、天然雨雪水收集模塊玫荣。保證系統(tǒng)的水源供給，環(huán)保利用自然水資源大诸。
四捅厂、200KW太陽能板能源供給模塊。做為整個(gè)系統(tǒng)能源自供給资柔，常年支持系統(tǒng)四個(gè)水泵恒傻、一個(gè)加氧泵和換氣用的兩個(gè)電風(fēng)扇的動(dòng)力。
五建邓、自動(dòng)澆灌模塊。天然雨雪經(jīng)過魚缸睁枕、硝化系統(tǒng)過濾等再通過水泵澆灌到暖房植物上官边，實(shí)現(xiàn)無人澆灌。
六外遇、電器設(shè)備WIFI智能模塊注簿。實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程搖控暖房各項(xiàng)操作功能，同時(shí)也可自動(dòng)或手動(dòng)模式轉(zhuǎn)換跳仿。
以下是針對(duì)這六個(gè)模塊的實(shí)現(xiàn)過程加以細(xì)述：
一诡渴、暖房模塊的設(shè)計(jì)
? ? ? 紐約周邊地區(qū)，屬于USDA Zone5區(qū)域菲语，冬季夜間最低溫度可能會(huì)達(dá)到華氏零度左右妄辩，惑灵，一、二月份平均最低氣溫在華氏15－25度眼耀。而夏季中午最高溫度可在95度以上英支，七、八月份平均氣溫85F左右哮伟。
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? ? ? 我在建立系統(tǒng)前干花，曾考慮過市場(chǎng)上可購買的雙層（三層）有機(jī)玻璃暖房，但是由于這類小型商業(yè)化暖房的透光性和保溫效率都不能達(dá)到我們的要求楞黄，所以還是決定自建了一個(gè)12英尺x10英尺的超級(jí)保溫暖房池凄，設(shè)計(jì)主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：
? ? 1）北墻北頂整體、東墻和西墻后1／3均采用6英寸保暖層的實(shí)體墻身鬼廓。東側(cè)墻肿仑、西側(cè)墻和南墻地面往上二尺，即整個(gè)底部也采用6英寸保暖層的實(shí)體墻體桑阶。這樣既保證了冬季陽光的充分照射柏副，也抵御了冬季最常見的東北和西北寒風(fēng)的侵襲，讓整個(gè)暖房冬季夜間熱能散失率最小蚣录。
? ? 2）南頂割择，南墻上部和東西兩側(cè)墻上面部分，均采用UV保護(hù)的雙層1／8英寸有機(jī)玻璃板萎河，100%的透光率荔泳，確保嚴(yán)冬最大陽光利用率。兩層有機(jī)玻璃板間隔3.5英寸虐杯，保留了足夠的空氣也隔層玛歌。頂部采用雙層2英尺X2全采光有機(jī)玻璃板，確保陽光入室擎椰。
? ? 3）考慮到紐約地區(qū)的冬季降雪厚度支子，房頂采用45度高頂設(shè)計(jì)，一方面加快了融雪的下滑減輕屋頂壓力（兩次2英尺降雪快速清頂）达舒，另一方面升高的內(nèi)部空間增加了采光面積和冬季熱空氣存儲(chǔ)空間值朋，也是保溫的必要措施。當(dāng)然還有美觀的效果巩搏。
? ? 4）紐約地區(qū)的夏季月平均最高氣溫高達(dá)華氏89F昨登，很容易在溫室內(nèi)形成115F－125F的高溫，對(duì)魚類和植物生長都是不可接受的贯底，我們采用2臺(tái)40W的車用散熱風(fēng)扇丰辣，溫控器隨溫度變化自動(dòng)切換運(yùn)轉(zhuǎn)風(fēng)扇。3000CFM對(duì)流能夏季暖房有望解決過熱隱患。另一方面在設(shè)計(jì)時(shí)笙什，東墻吸氣扇位于墻的底部飘哨，在午后天氣最炎熱時(shí)候，可以采集到避光部分的較冷空氣得湘，而西墻的排氣扇則位于頂部杖玲，排出聚集在屋頂部分的室內(nèi)最熱空氣，以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)空氣最有效的散熱對(duì)流淘正。由于最熱時(shí)候也是太陽能最充足的時(shí)候摆马，所以太陽能板完全能夠支持風(fēng)扇連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的電量消耗。
二鸿吆、魚缸和配套的硝化模塊
? ? ? 魚缸和配套的水泵系統(tǒng)是整個(gè)暖房的心臟囤采。北墻內(nèi)室啟建了一個(gè)400加侖的魚缸，缸體采用了4英寸厚的保溫板夾層惩淳，內(nèi)部選用了池塘用PVC防水層蕉毯，400加侖的水體作用有：
1） 冬季保溫，水體在白天吸收大量的光熱思犁，在夜間氣溫降低到華氏32度以下時(shí)緩緩的釋放代虾。水體保證了在外部氣溫很低時(shí)依然能不結(jié)冰。今年冬天多次出現(xiàn)了華氏0度左右的極端寒冷天激蹲，暖房里的水溫始終保持在32F以上棉磨。這樣保證了整個(gè)暖房溫度不會(huì)降低太多，極端寒冷天氣基本能夠形成室內(nèi)学辱、室外20－25F的溫差乘瓤。
2） 夏季有效降溫，加熱水體需要夠吸收很多的熱量策泣，由于水體足夠大衙傀，在華氏100度時(shí)水體依然能夠保持在華氏80－85度左右，適合魚類的生活萨咕。
? 3）以每天20加侖的自動(dòng)澆灌需求來算统抬，400加侖的容量保證一星期左右的無雨空間，魚類基本不受影響危队。
硝化系統(tǒng)則是整個(gè)系統(tǒng)的腎臟了蓄喇，由兩個(gè)有落差相連32加侖的容器，里面裝滿了過濾海綿和生化球組成交掏，多網(wǎng)格多表面的生存環(huán)境是硝化菌理想的繁殖環(huán)境。當(dāng)水泵把魚類的排泄物在過濾掉固體物質(zhì)后刃鳄，送入第一個(gè)32加侖的容器底部后盅弛，慢慢向上溢出的水流給硝化菌帶來了需要的食物，氨和亞硝酸鹽，這兩種物質(zhì)是對(duì)魚類成長有害的挪鹏；在進(jìn)入第二個(gè)32加侖的容器底部后這種過程持續(xù)循環(huán)见秽，越來越多的氨和亞硝酸鹽最終轉(zhuǎn)換成沒有酸性的硝酸鹽，最終降低水體酸性和毒性讨盒，而硝酸鹽是對(duì)魚類無害解取、植物需要的養(yǎng)分。
在魚類養(yǎng)殖方面我們也進(jìn)行一些有趣的嘗試返顺，能安全過冬并適合缸養(yǎng)的觀賞魚類主要還是普通金魚和錦鯉禀苦，但需要一定大的尺寸過冬，6英寸以上對(duì)水溫變化的容忍度較高遂鹊，適合在32F到40F環(huán)境里生存振乏。最關(guān)鍵的一點(diǎn)是適合這兩類魚生存的PH值一定要7.2左右，需要定期檢測(cè)魚缸的酸堿度秉扑。
由于魚缸采用了向陽設(shè)計(jì)慧邮，平時(shí)需要在魚缸上部安裝遮陽卷簾，避免過多的陽光直射造成魚缸內(nèi)綠色藻類過多影響水質(zhì)舟陆，一旦出現(xiàn)水質(zhì)變差误澳，需要立刻實(shí)施多次半缸換水，保證魚類活躍健康秦躯。
三忆谓、雨雪水收集模塊
雨雪收集模塊提供了整個(gè)系統(tǒng)的用水，紐約地區(qū)屬于海洋性氣候宦赠，降雨降雪都相當(dāng)充沛陪毡，全年極少出現(xiàn)兩周沒有雨雪的情況，暖房整個(gè)向南屋頂約96平方英尺的收集面積勾扭，保證了水源供給毡琉，天然環(huán)保，所有的雨水和融化的雪水會(huì)沿著導(dǎo)槽經(jīng)過過濾網(wǎng)匯入一個(gè)40加侖的積水池妙色。積水池本身也有一個(gè)室溫化的過程桅滋，防止水溫過冷或過熱，直接注入魚類和硝化系統(tǒng)身辨，造成魚類生長的不適丐谋。當(dāng)魚類和硝化系統(tǒng)需要增加水量時(shí)，我們用Wifi控制積水池的水位煌珊，同時(shí)打開水泵電子開關(guān)号俐，直接將收集到的水經(jīng)再次過濾泵入硝化系統(tǒng)的第一級(jí)，匯入魚缸內(nèi)定庵，參與魚類養(yǎng)殖吏饿。
4踪危、 能源供給模塊
系統(tǒng)電力由兩塊100千瓦的太陽能板供給，在夏季強(qiáng)光下每天能夠產(chǎn)生3度左右的12伏電能猪落。兩個(gè)100Ah的深度循環(huán)酸堿電池贞远，能夠有效提供1度半到兩度的無日光用電，基本滿足供應(yīng)風(fēng)扇及水泵用電笨忌。
目前系統(tǒng)中使用電能的設(shè)備有以下幾個(gè)蓝仲，以后可以再增加其它功能。
1）兩只40W的換氣電扇官疲，由于平時(shí)設(shè)定為室內(nèi)溫度超過100F開始運(yùn)轉(zhuǎn)袱结，其基本只有在夏季陽光暴曬的情況下才會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)，而這時(shí)的太陽能產(chǎn)量也是最高的袁余，并且所耗用電量在早晚稍微涼快是得到補(bǔ)充擎勘。
2）12V5W的魚缸循環(huán)水泵每小時(shí)30加侖和8W的增氧氣泵設(shè)定為每半小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)半小時(shí)，每天12工作時(shí)間颖榜，這是系統(tǒng)最大的常用耗電棚饵。
3）備有設(shè)備12V到110V的轉(zhuǎn)換器提供了110V的工作環(huán)境，連接了一個(gè)30W每小時(shí)160加侖的水泵掩完，作為緊急排水換水用噪漾，平時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)。
4）12V5W的植物澆灌水泵每小時(shí)30加侖且蓬，設(shè)定為每天15－30分鐘運(yùn)轉(zhuǎn)欣硼，視季節(jié)調(diào)整。
5）12V5W的雨水補(bǔ)充水泵每小時(shí)30加侖恶阴，只有當(dāng)魚缸和硝化系統(tǒng)需要補(bǔ)充水量時(shí)才會(huì)人工啟動(dòng)诈胜，每次一小時(shí)左右。
5冯事、 自動(dòng)澆灌模塊
自動(dòng)澆灌模塊是利用放置在硝化模塊第二級(jí)的一個(gè)12V5W的直流水泵焦匈，把灌溉需要的水量泵到放置在屋頂10英尺處的一個(gè)18加侖容器內(nèi)，利用萬有引力把灌溉水通過1／2英寸的主流管送到各級(jí)分節(jié)點(diǎn)昵仅，經(jīng)3／8和1／2英寸的分流管缓熟，T型頭和滴灌頭，把植物需要的水分輸送到相應(yīng)環(huán)節(jié)摔笤。根據(jù)不同的季節(jié)和植物多寡够滑，調(diào)節(jié)水泵抽水時(shí)間，一般夏暖房植物較少吕世，單盆槽需水量大彰触，而其他三季植物較多，單盆槽需水量小命辖，每次灌溉大致需要用水15加侖左右渴析。
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目前只是嘗試性的種了一些品種的蔬菜晚伙，過冬的主要是韭菜，蔥俭茧，青蒜，青菜和生菜等漓帚，生菜一般三十天可以直接采摘食用母债，口感極好。適合11月到來年3月開種尝抖。3月初可以開始各類花草蔬菜的育苗毡们，春夏之時(shí)，不想留在暖房的可以移種出院昧辽，大大加速了蔬菜生長的周期衙熔。各類觀賞性吊盆則更是美態(tài)動(dòng)人，姍姍出房了搅荞，特別適合大紐約地區(qū)的地理環(huán)境红氯。當(dāng)然觀賞與實(shí)用都有的一些樹種以是可以入住暖房的，我們自己試種了無花果咕痛，效果很不錯(cuò)痢甘。夏季暖房內(nèi)只嘗試加種植了一些耐高溫的蔬菜品種，如莧菜等茉贡。
6塞栅、 智能控制模塊
充分利用現(xiàn)代智能和自動(dòng)化AI理念，減少人力投入腔丧，實(shí)現(xiàn)家庭智能化生養(yǎng)放椰，是我們?cè)O(shè)計(jì)這個(gè)系統(tǒng)的宗旨。我們希望這個(gè)系統(tǒng)能夠最大化的減少人力的介入愉粤，利用家庭WIFI系統(tǒng)遠(yuǎn)程觀測(cè)砾医、管理多項(xiàng)常規(guī)操作，包括魚缸喂食科汗、水體水位測(cè)量藻烤、補(bǔ)養(yǎng)、硝化循環(huán)头滔、自動(dòng)灌溉怖亭、雨水收集等控制等等，減少勞力支出的前提下坤检，讓使用者充分享受系統(tǒng)帶來的養(yǎng)植樂趣兴猩，吃上自己的蔬菜果實(shí)，是我們目標(biāo)早歇，我們會(huì)繼續(xù)沿著這個(gè)方向不斷改進(jìn)倾芝，提高讨勤。
目前常見的Samrt Home的開關(guān)都可以控制本系統(tǒng)的電器設(shè)備，我們選用了性能價(jià)格比較好的Sonoff公司wifi switch晨另，一年下來使用效果很穩(wěn)定安全潭千。
目前發(fā)現(xiàn)的潛在問題以及改進(jìn)設(shè)想。
1）魚缸的觀賞性問題借尿，目前采用的實(shí)體魚缸刨晴，側(cè)面不透明，只能從上部觀賞魚類活動(dòng)路翻；
2）整體設(shè)計(jì)的緊湊性有待提高狈癞，集成各個(gè)部件設(shè)計(jì)能夠減少空間占用，降低材料需求和能源消耗茂契，方便實(shí)用蝶桶。
3） 電池的品種升級(jí)，隨著電池技術(shù)的發(fā)展掉冶，鋰電池具有更快的充電時(shí)間和更高的利用效率真竖，與目前使用的深度循環(huán)酸堿電池相比，持久性穩(wěn)定性方面有很大的優(yōu)勢(shì)郭蕉，隨著18650和更新品種的鋰電池普及疼邀，成本問題將會(huì)迎刃而解。
4） 魚類品種的選擇召锈，特別是可食用的魚類品種旁振，將是我們下一個(gè)實(shí)踐的選項(xiàng)。
5） 蔬菜品種的選擇上還需要多加實(shí)踐涨岁，增加更多的品種拐袜。
6） 觀賞性植物的選擇品種也是值得進(jìn)一步嘗試。
5）更多更新的WIFI控制功能的介入梢薪，優(yōu)化整個(gè)系統(tǒng)的“聰明”度會(huì)越來越高蹬铺，能夠更有效的實(shí)現(xiàn)自家生態(tài)養(yǎng)殖自動(dòng)化，解放枯燥的重復(fù)勞動(dòng)秉撇，豐富家庭餐桌和觀賞動(dòng)植物生長的樂趣甜攀，提高我們生活質(zhì)量的最終目標(biāo)。
