stringtranslate.com

Теплица с морской водой

Теплица с морской водой — это тепличная конструкция, позволяющая выращивать сельскохозяйственные культуры и производить пресную воду в засушливых регионах. Засушливые регионы составляют около трети площади суши Земли. Тепличная технология с морской водой направлена ​​на смягчение таких проблем, как глобальный дефицит воды , пик воды и засоление почвы. [1] Система использует морскую воду и солнечную энергию и имеет структуру, аналогичную теплице с панельным вентилятором, но с дополнительными испарителями и конденсаторами. [1] Морская вода закачивается в теплицу, чтобы создать прохладную и влажную среду, оптимальные условия для выращивания культур умеренного климата. [1] Пресная вода производится в конденсированном состоянии, созданном по принципу солнечного опреснения, при котором удаляются соли и примеси. [2] Наконец, оставшийся увлажненный воздух выбрасывается из теплицы и используется для улучшения условий выращивания уличных растений.

Проекты

ООО "Морская вода Теплица"

Концепция теплицы с морской водой была впервые исследована и разработана в 1991 году компанией Чарли Пэтона Light Works Ltd, которая сейчас известна как Seawater Greenhouse Ltd. Чарли Пэтон и Филип Дэвис работали над первым пилотным проектом, начатым в 1992 году на Канарском острове Тенерифе . . Прототип теплицы с морской водой был собран в Великобритании и построен на Тенерифе площадью 360 м 2 . [1] Успешно выращиваемые культуры умеренного пояса включали помидоры, шпинат, карликовый горох, перец, артишоки, французскую фасоль и салат.

Вторая пилотная конструкция была установлена ​​в 2000 году на побережье острова Аль-Арьям , Абу-Даби, Объединенные Арабские Эмираты. Конструкция представляет собой легкую стальную конструкцию, похожую на многопролетный многопролетный туннель, работающий исключительно на солнечной энергии. Установлен массив труб для улучшения конструкции теплицы за счет снижения температуры и увеличения производства пресной воды. [3] Теплица имеет площадь 864 м 2 и ежедневную выработку воды 1 м 3 , что почти удовлетворяет потребности сельскохозяйственных культур в орошении. [1]

Третья пилотная теплица с морской водой площадью 864 м 2 находится недалеко от Маската в Омане и производит от 0,3 до 0,6 м 3 пресной воды в день. Этот проект был создан в результате сотрудничества Университета Султана Кабуса. Это дает возможность развивать устойчивый садоводческий сектор на побережье Батины. Эти проекты позволили проверить термодинамическую имитационную модель, которая при наличии соответствующих метеорологических данных точно предсказывает и количественно определяет, как теплица с морской водой будет работать в других частях мира. [4]

Четвертый проект — это коммерческая установка в Порт-Огасте , Австралия, установленная в 2010 году. В настоящее время это теплица с морской водой площадью 20 гектаров, принадлежащая и управляемая компанией Sundrop Farms , которая продолжила ее развитие. [3] [5]

Пятый проект был построен в 2017 году в Бербере , Сомалиленд. [6] Было исследовано, что конструкция будет упрощенной и недорогой с использованием передовых методов моделирования теплиц. Эта конструкция включает в себя систему затемнения, которая удерживает основные элементы испарительного охлаждения. [6]

Лесной проект Сахары

Проект «Лес Сахары» (SFP) сочетает в себе технологию теплиц с морской водой и концентрированную солнечную энергию и реализует пилотные проекты в Иордании и Катаре. Теплица с морской водой испаряет 50 м 3 морской воды и собирает 5 м 3 пресной воды с гектара в день. [7] Мощность производства солнечной энергии с помощью фотоэлектрических панелей производит 39 кВт на площади 3 га с площадью выращивания 1350 м 2 . [8] В теплицах температура на 15 градусов ниже, чем температура наружного воздуха, что позволяет производить до 130 000 кг овощей в год и до 20 000 литров пресной воды в день. [8] Кроме того, проект включает восстановление растительного покрова путем рекультивации почв пустынных азотфиксирующих и солеудаляющих растений за счет перепрофилирования отходов сельского хозяйства и испарения соленой воды. [8]

Процесс

Теплица с морской водой использует окружающую среду для выращивания сельскохозяйственных культур умеренного климата и производства пресной воды. Обычная теплица использует солнечное тепло для создания более теплой среды, обеспечивающей адекватную температуру для роста, тогда как теплица с морской водой делает противоположное, создавая более прохладную среду. Крыша удерживает инфракрасное тепло, пропуская видимый свет, способствуя фотосинтезу .

Конструкция охлаждения микроклимата в первую очередь состоит из процесса увлажнения и осушения (HD) опреснения или многоступенчатого увлажнения . [9] Простая теплица с морской водой состоит из двух испарительных охладителей (испарителей), конденсатора, вентиляторов, труб для морской и дистиллированной воды и растений между двумя испарителями. [10] Это показано на схематических рисунках 1 и 2.

Этот процесс воссоздает естественный гидрологический цикл в контролируемой среде теплицы путем испарения воды из источника соленой воды и восстановления ее в виде пресной воды путем конденсации. [1] В первой части системы используется морская вода, испаритель и конденсатор. Передняя стенка теплицы состоит из испарителя , смоченного морской водой и обращенного к преобладающему ветру. В основном они состоят из гофрированного картона, показанного на рисунке 3. Если ветер недостаточно сильный, вентиляторы нагнетают наружный воздух через испаритель в теплицу. Окружающий теплый воздух обменивается теплом с морской водой, которая охлаждает его и увлажняет. [10] [1] Прохладный и влажный воздух создает подходящую среду для выращивания сельскохозяйственных культур. Оставшаяся морская вода, охлажденная испарением, собирается и перекачивается в конденсатор в качестве охлаждающей жидкости. [1]

Рис. 3. Картон для теплицы с морской водой [11] [12] [5] [13] [14] [15]

Вторая часть системы имеет еще один испаритель. Морская вода течет из первого испарителя, который ее предварительно нагревает, а затем проходит через солнечный тепловой коллектор на крыше, чтобы достаточно нагреть ее, прежде чем она попадет во второй испаритель. [10] Морская вода или охлаждающая жидкость протекает через контур, состоящий из испарителей, трубы солнечного нагрева и конденсатора с забором морской воды и выходом пресной воды. Пресная вода производится горячим воздухом с относительно высокой влажностью, который может производить достаточное количество дистиллированной воды для орошения. [10] Объем пресной воды определяется температурой воздуха, относительной влажностью, солнечной радиацией и скоростью воздушного потока. Эти условия можно смоделировать с помощью соответствующих метеорологических данных, что позволяет оптимизировать конструкцию и процесс для любого подходящего места.

Применимость

Методика применима к участкам в засушливых регионах вблизи моря. Расстояние и высоту над уровнем моря необходимо оценивать с учетом энергии, необходимой для перекачки воды на участок. На побережьях есть множество подходящих мест; другие находятся ниже уровня моря, такие как Мертвое море и впадина Каттара , где были предложены гидросхемы для использования гидравлического давления для выработки электроэнергии, например, канал Красное море – Мертвое море . [16] [17]

Исследования

В 1996 году Патон и Дэвис использовали набор инструментов Simulink в рамках MATLAB для моделирования принудительной вентиляции теплиц на Тенерифе, Кабо-Верде, Намибии и Омане. [18] Теплице способствуют преобладающий ветер, испарительное охлаждение, транспирация, солнечное отопление, передача тепла через стены и крышу, а также конденсация, которая анализируется в исследовании. [18] Они обнаружили, что количество воды, необходимое растениям, снижается на 80%, а на м3 произведенной пресной воды требуется 2,6-6,4 кВтч электроэнергии. [18]

В 2005 году Патон и Дэвис оценили варианты проектирования с помощью теплового моделирования, используя в качестве основы модель Объединенных Арабских Эмиратов. [19] Они изучили три варианта: перфорированный экран, C-образный воздушный путь и систему труб, чтобы найти лучший контур морской воды для охлаждения окружающей среды и производства как можно большего количества пресной воды. Исследование показало, что система труб дала наилучшие результаты: снижение температуры воздуха на 1 °C, снижение средней лучистой температуры на 7,5 °C и увеличение производства пресной воды на 63%. Это может быть реализовано для улучшения теплиц с морской водой в жарких засушливых регионах, таких как второй пилотный проект в Объединенных Арабских Эмиратах. [19]

В 2018 году Пэтон и Дэвис исследовали использование рассола для охлаждения и производства соли в теплицах с морской водой, работающих от ветра, чтобы спроектировать и смоделировать его. Рассол, образующийся в результате опреснения морской воды, может нарушить экосистему, поскольку образуется такое же количество рассола, как и пресной воды. [5] Используя метод рассоловой обработки ветровым потоком воздуха путем охлаждения теплицы испарением морской воды, можно производить соль, как показано на рисунке 4. [5] Этот рассол является побочным продуктом производства пресной воды, но может также быть ингредиентом для производства соли, превращая ее в продукт, который можно продавать.

Дополнительным выводом этого исследования стала важность затеняющей сетки, которая в исследовании, показанном на рисунке 5, моделируется тонкой пленкой. [5] Она не только обеспечивает охлаждение, но и удлиняет охлаждающий шлейф, удерживая шлейф холодного воздуха. от панели испарительного охлаждения. [5]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ abcdefgh Абдулрахим М. Аль-Исмаили и Хеманата Джаясурия (2016). «Теплица с морской водой в Омане: устойчивый метод сохранения и производства пресной воды». Опреснение . 54 . Эльзевир: 653–664. doi :10.1016/j.desal.2004.06.211 . Проверено 17 декабря 2020 г.
  2. ^ МХЭл-Авади; ХХЭль-Гетани и М. Абдель Латиф (2014). «Экспериментальное исследование интегрированной солнечной теплицы для опреснения воды, плантации и очистки сточных вод в отдаленных засушливых египетских общинах». Опреснение . 50 . Эльзевир: 520–527. doi :10.1016/j.desal.2004.06.211 . Проверено 17 декабря 2020 г.
  3. ^ ab П. А. Дэвис и К. Пэтон (2005). «Теплица с морской водой в Объединенных Арабских Эмиратах: тепловое моделирование и оценка вариантов конструкции». Опреснение . 173 (2). Эльзевир: 103–111. doi :10.1016/j.desal.2004.06.211 . Проверено 3 ноября 2015 г.
  4. ^ К. Патон и П. Дэвис (1996). «Теплица с морской водой для засушливых земель». doi :10.1016/j.desal.2004.06.211 . Проверено 17 декабря 2020 г. {{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )
  5. ^ abcdef Т. Акинага; СК Дженералис; К.Патон; ОНИгобо и П.А.Дэвис (2018). «Использование рассола для охлаждения и производства соли в ветряных теплицах с морской водой: проектирование и моделирование». Опреснение . 426 . Эльзевир: 135–154. doi :10.1016/j.desal.2004.06.211 . Проверено 17 декабря 2020 г.
  6. ^ ab «Недорогой, прочный и модульный». ООО «Морская вода Теплица», 2017 год . Проверено 16 декабря 2020 г.
  7. ^ Йеанг, Кен и Павлин, Майкл (2009). «Теплица с морской водой для засушливых земель». Архитектурный дизайн . 79 : 122–123. doi :10.1016/j.desal.2004.06.211 . Проверено 17 декабря 2020 г.
  8. ^ abc «Обеспечение восстановительного роста» (PDF) . Проект «Лес Сахары» . Проверено 16 декабря 2020 г.
  9. ^ Аль-Исмаили и Абдулрахим М. (2014). «Эмпирическая модель конденсатора теплицы с морской водой». Химико-технологические коммуникации . 205 . Тейлор и Фрэнсис: 1252–1260 гг. doi :10.1016/j.desal.2004.06.211 . Проверено 17 декабря 2020 г.
  10. ^ abcd Талеб Зарей; Реза Бехьяд и Эхсан Абедини (2018). «Исследование параметров, влияющих на производительность теплицы с увлажнением и осушением морской воды, с использованием регрессии опорных векторов». Опреснение . 435 . Эльзевир: 235–245. doi :10.1016/j.desal.2004.06.211 . Проверено 17 декабря 2020 г.
  11. ^ Махмуди, Х.; Абдул-Вахаб, Ю.А.; Гусен, МИД; Уагед, А.; Саблани, СС; Спахис, Н. (2007). «Ветроэнергетические системы, адаптированные к опреснению морской воды в теплицах». Revue des Energies Renouvelables . 10 (1): 19–30. CiteSeerX 10.1.1.533.6677 . 
  12. ^ Форд, Джейсон (1 марта 2012 г.). «Теплица использует морскую воду для выращивания сельскохозяйственных культур в засушливых местах». Инженер . Проверено 7 декабря 2021 г.
  13. ↑ Кляйн, Алиса (14 октября 2016 г.). «Первая ферма, выращивающая овощи в пустыне, используя только солнце и морскую воду». Новый учёный . Проверено 7 декабря 2021 г.
  14. ^ Уоттс, Джефф (сентябрь 2019 г.). «Земледелие в пустыне». Ингения . ingenia.org.uk . Проверено 7 декабря 2021 г. Чарли Пэтон — основатель и директор Seawater Greenhouse. Он учился в Центральной школе искусств и дизайна в Лондоне и начал свою карьеру в качестве художника по свету и создателя спецэффектов. Его увлечение светом и ростом растений привело к созданию концепции теплицы с морской водой. Чарли был признан Королевским промышленным дизайнером Королевского общества искусств, производства и торговли.
  15. ^ "Лес Сахары". Институт Бакминстера Фуллера . Проверено 7 декабря 2021 г.
  16. ^ «Управление водой ради мира на Ближнем Востоке». archive.unu.edu .
  17. ^ «Калькулятор потери напора и мощности в трубах - подсчитайте, сколько энергии нужно для перекачки морской воды в середину пустыни Сахара или Гоби для опреснения в теплице с морской водой - ответ невелик» . Группа Клавертон .
  18. ^ abc К. Пэтон и П. Дэвис (1996). «Теплица с морской водой для засушливых земель». doi :10.1016/j.desal.2004.06.211 . Проверено 17 декабря 2020 г. {{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )
  19. ^ ab П. А. Дэвис и К. Пэтон (2005). «Теплица с морской водой в Объединенных Арабских Эмиратах: тепловое моделирование и оценка вариантов конструкции». Опреснение . 173 (2). Эльзевир: 103–111. doi :10.1016/j.desal.2004.06.211 . Проверено 3 ноября 2015 г.

Внешние ссылки