Морская вода парниковый является парниковой структурой , которая обеспечивает рост культур и производство пресной воды в засушливых регионах , которые составляют около одной трети площади суши Земли. Это в ответ на глобальный дефицит воды и пиковой воду и соль заражения почвы. [1] Система использует морскую воду и солнечную энергию . В нем используется конструкция, аналогичная теплице с вентилятором, но с дополнительными испарителями и конденсаторами. [2] Морская вода закачивается в теплицу для создания прохладной и влажной среды, оптимальных условий для выращивания культур умеренного климата. [3]Пресная вода производится в конденсированном состоянии, созданном по принципу солнечного опреснения, которое удаляет соли и примеси. [4] Наконец, оставшийся увлажненный воздух удаляется из теплицы и используется для улучшения условий выращивания уличных растений.
Проекты
ООО "Морская теплица"
Морская вода парниковый концепция была впервые исследована и разработана в 1991 году компанией Чарли Патона Light Works Ltd, который сейчас известен как парниковый Seawater Ltd. Чарли Патон и Филип Дэвис работал на первого пилотного проекта началась в 1992 году, на Канарские острова из Тенерифе . Прототип теплицы с морской водой был собран в Великобритании и построен на территории Тенерифе на площади 360 м2. [5] Успешно возделываемые культуры умеренного климата включали помидоры, шпинат, горох, перец, артишоки, французские бобы и салат.
Второй пилотный проект был установлен в 2000 году на побережье острова Аль-Арьям, Абу-Даби, Объединенные Арабские Эмираты. Конструкция представляет собой легкую стальную конструкцию, похожую на многопролетный политоннель, который использует исключительно солнечную энергию. Устанавливается массив труб для улучшения конструкции теплицы за счет снижения температуры и увеличения производства пресной воды. [6] Теплица имеет площадь 864 м2 и ежедневное производство воды 1 м3, что почти удовлетворяет потребности сельскохозяйственных культур в орошении. [7]
Третья пилотная теплица с морской водой площадью 864 м2 находится недалеко от Маската в Омане и производит от 0,3 до 0,6 м3 пресной воды в день. Этот проект был создан в сотрудничестве с Университетом 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. [8]
Четвертый проект - это коммерческая установка в Порт-Огаста, Австралия, установленная в 2010 году. В настоящее время это теплица с морской водой площадью 20 гектаров, принадлежащая и управляемая Sundrop Farms, которая доработала ее. [9] [10]
Пятый проект был построен в 2017 году в Бербере, Сомали. [11] Было исследовано, что конструкция станет более простой и недорогой с использованием передовых методов моделирования теплиц. Эта конструкция включает в себя систему затемнения, которая удерживает внутренние элементы испарительного охлаждения. [12]
Лесной проект Сахары
Проект Sahara Forest Project (SFP) сочетает в себе тепличные технологии с морской водой и концентрированную солнечную энергию, а также построил пилотные проекты в Иордании и Катаре. Теплица с морской водой испаряет 50 м3 морской воды и собирает 5 м3 пресной воды с гектара в день. [13] Мощность производства солнечной энергии с помощью фотоэлектрических панелей составляет 39 кВт на площади 3 га с площадью выращивания 1350 м2. [14] Теплицы на 15 градусов ниже температуры наружного воздуха, что позволяет производить до 130 000 кг овощей в год и до 20 000 литров пресной воды в день. [15] Кроме того, проект включает восстановление растительного покрова путем рекультивации почв азотфиксирующих и солеуловительных растений пустыни с помощью переработанных отходов сельского хозяйства и испарения соленой воды. [16]
Процесс
Теплица с морской водой использует окружающую среду для выращивания культур умеренного климата и производства пресной воды. Дизайн для охлаждения микроклимата в первую очередь состоит из процесса опреснения увлажнения и осушения (HD) или многоступенчатого увлажнения . [17] Простая теплица с морской водой состоит из двух испарительных охладителей (испарителей), конденсатора, вентиляторов, труб для забортной и дистиллированной воды и сельскохозяйственных культур между двумя испарителями. [18] Это показано на схематических рисунках 1 и 2.
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. [19] Первая часть системы использует морскую воду, испаритель и конденсатор. Передняя стена 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 продувают наружный воздух через испаритель в теплицу. Окружающий теплый воздух обменивается теплом с морской водой, которая охлаждает и увлажняет. [20] [21] Прохладный и влажный воздух создает подходящую среду для выращивания сельскохозяйственных культур. Оставшаяся морская вода, охлаждаемая испарением, собирается и перекачивается в конденсатор в качестве хладагента. [22]
В обычных теплицах это создает более теплую среду, обеспечиваемую поступлением солнечного тепла, чтобы обеспечить адекватную температуру роста, тогда как теплицы с морской водой делают наоборот, создавая более прохладную среду. Крыша улавливает инфракрасное тепло и пропускает видимый свет, способствуя фотосинтезу . 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 нагреть ее в достаточной степени, прежде чем она попадет во второй испаритель. [23] Морская вода или хладагент протекает через контур, состоящий из испарителей, трубы солнечного отопления и конденсатора с забором морской воды и выпуском пресной воды. Пресная вода производится горячим воздухом с относительно высокой влажностью, который может производить достаточное количество дистиллированной воды для орошения. [24] Объем пресной воды определяется температурой воздуха, относительной влажностью, солнечной радиацией и скоростью воздушного потока. Эти условия могут быть смоделированы с использованием соответствующих метеорологических данных, что позволяет оптимизировать дизайн и процесс для любого подходящего места.
Применимость
Метод применим к участкам в засушливых регионах у моря. Расстояние и высоту от моря необходимо оценивать с учетом энергии, необходимой для перекачки воды на площадку. На побережье есть множество подходящих мест; другие расположены ниже уровня моря, такие как Мертвое море и впадина Каттара , где были предложены гидроузлы для использования гидравлического давления для выработки электроэнергии, например, канал Красное море – Мертвое море . [25] [26]
Исследования
В 1996 году Патон и Дэвис использовали инструментарий Simulink в рамках MATLAB для моделирования принудительной вентиляции теплицы на Тенерифе, Кабо-Верде, Намибии и Омане. [27] Теплица поддерживается преобладающим ветром, испарительным охлаждением, транспирацией, солнечным нагревом, теплопередачей через стены и крышу и конденсацией, которая анализируется в исследовании. [28] Они обнаружили, что количество воды, необходимое для растений, снижается на 80%, и на м3 производимой пресной воды требуется 2,6-6,4 кВт-ч электроэнергии. [29]
В 2005 году Патон и Дэвис оценили варианты проектирования с тепловым моделированием, используя модель Объединенных Арабских Эмиратов в качестве основы. [30] Они изучили три варианта: перфорированный экран, C-образный воздушный тракт и массив труб, чтобы найти лучший контур забортной воды для охлаждения окружающей среды и производства максимального количества пресной воды. Исследование показало, что наилучшие результаты дает массив труб: снижение температуры воздуха на 1 ° C, снижение средней лучистой температуры на 7,5 ° C и увеличение добычи 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. [31]
В 2018 году Патон и Дэвис исследовали использование рассола для охлаждения и производства соли в ветряных теплицах с морской водой, чтобы спроектировать и смоделировать его. Рассол, выбрасываемый при опреснении морской воды, может нарушить экосистему, поскольку производится такое же количество рассола, как и пресная вода. [32] Используя метод оценки рассола ветрового воздушного потока путем охлаждения теплицы испарением морской воды, можно производить соль, как показано на Рисунке 4. [33] Этот рассол является побочным продуктом производства пресной воды, но может также быть ингредиентом для приготовления соли, превращая ее в продукт, который можно продавать.
Дополнительным выводом этого исследования стала важность теневой сетки, которая моделируется тонкой пленкой в исследовании, показанном на рисунке 5. [34] Она не только обеспечивает охлаждение, но и удлиняет охлаждающий шлейф, сдерживая шлейф холодного воздуха. от подушки испарительного охлаждения. [35]
Смотрите также
- Адаптация к глобальному потеплению
- Агролесоводство
- Концентрация солнечной энергии
- Desertec
- Методы экологической инженерии
- Пруд-испаритель
- Эвапорит
- Зеленая Сахара
- IBTS Теплица
- Приготовление соли в открытой кастрюле
- Пиковая вода
- Saltern
- Солнечное опреснение
- Солнечное увлажнение
- Водный кризис
Рекомендации
- ^ Абдурахим M.Al-исмаилиты и Hemanatha Jayasuriya (2016). «Теплица с морской водой в Омане: устойчивый метод сохранения и производства пресной воды» . Опреснение . Эльзевир. 54 : 653–664. DOI : 10.1016 / j.desal.2004.06.211 . Проверено 17 декабря 2020 .
- ^ Абдулрахим М. Аль-Исмаили и Хеманатха Джаясурия (2016). «Теплица с морской водой в Омане: устойчивый метод сохранения и производства пресной воды» . Опреснение . Эльзевир. 54 : 653–664. DOI : 10.1016 / j.desal.2004.06.211 . Проверено 17 декабря 2020 .
- ^ Абдулрахим М. Аль-Исмаили и Хеманатха Джаясурия (2016). «Теплица с морской водой в Омане: устойчивый метод сохранения и производства пресной воды» . Опреснение . Эльзевир. 54 : 653–664. DOI : 10.1016 / j.desal.2004.06.211 . Проверено 17 декабря 2020 .
- ^ MHEl-Awady; HHEl-Ghetany & M. AbdelLatif (2014). «Экспериментальное исследование интегрированного солнечного парника для опреснения воды, плантации и очистки сточных вод в отдаленных засушливых египетских общинах» . Опреснение . Эльзевир. 50 : 520–527. DOI : 10.1016 / j.desal.2004.06.211 . Проверено 17 декабря 2020 .
- ^ Абдулрахим М. Аль-Исмаили и Хеманатха Джаясурия (2016). «Теплица с морской водой в Омане: устойчивый метод сохранения и производства пресной воды» . Опреснение . Эльзевир. 54 : 653–664. DOI : 10.1016 / j.desal.2004.06.211 . Проверено 17 декабря 2020 .
- ^ П.А. Дэвис и К. Патон (2005). «Теплица с морской водой в Объединенных Арабских Эмиратах: тепловое моделирование и оценка вариантов проектирования» . Опреснение . Эльзевир. 173 (2): 103–111. DOI : 10.1016 / j.desal.2004.06.211 . Проверено 3 ноября 2015 .
- ^ Абдулрахим М. Аль-Исмаили и Хеманатха Джаясурия (2016). «Теплица с морской водой в Омане: устойчивый метод сохранения и производства пресной воды» . Опреснение . Эльзевир. 54 : 653–664. DOI : 10.1016 / j.desal.2004.06.211 . Проверено 17 декабря 2020 .
- ^ К. Патон и П. Дэвис (1996). «Теплица с морской водой для засушливых земель» . ResearchGate. DOI : 10.1016 / j.desal.2004.06.211 . Проверено 17 декабря 2020 . Цитировать журнал требует
|journal=
( помощь ) - ^ П.А. Дэвис и К. Патон (2005). «Теплица с морской водой в Объединенных Арабских Эмиратах: тепловое моделирование и оценка вариантов проектирования» . Опреснение . Эльзевир. 173 (2): 103–111. DOI : 10.1016 / j.desal.2004.06.211 . Проверено 3 ноября 2015 .
- ^ Т. Акинага; SCGeneralis; К. Патон; ONIgobo & PADavies (2018). «Использование рассола для охлаждения и производства соли в ветряных теплицах с морской водой: проектирование и моделирование» . Опреснение . Эльзевир. 426 : 135–154. DOI : 10.1016 / j.desal.2004.06.211 . Проверено 17 декабря 2020 .
- ^ «Недорогой, прочный и модульный» . Seawater Greenhouse Ltd. 2017 . Проверено 16 декабря 2020 .
- ^ «Недорогой, прочный и модульный» . Seawater Greenhouse Ltd. 2017 . Проверено 16 декабря 2020 .
- ^ Янг, Кен и Полин, 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 .
- ^ «Обеспечение восстановительного роста» (PDF) . Лесной проект Сахары . Проверено 16 декабря 2020 .
- ^ «Обеспечение восстановительного роста» (PDF) . Лесной проект Сахары . Проверено 16 декабря 2020 .
- ^ «Обеспечение восстановительного роста» (PDF) . Лесной проект Сахары . Проверено 16 декабря 2020 .
- ^ Аль-Исмаили и Абдулрахим М. (2014). «Эмпирическая модель конденсатора теплицы с морской водой» . Химико-инженерные коммуникации . Тейлор и Фрэнсис. 205 : 1252–1260. DOI : 10.1016 / j.desal.2004.06.211 . Проверено 17 декабря 2020 .
- ^ Талеб Зарей; Реза Бехяд и Эхсан Абедини (2018). «Исследование параметров, эффективных для работы теплицы с увлажнением-осушением морской воды с использованием регрессии опорных векторов» . Опреснение . Эльзевир. 435 : 235–245. DOI : 10.1016 / j.desal.2004.06.211 . Проверено 17 декабря 2020 .
- ^ Абдулрахим М. Аль-Исмаили и Хеманатха Джаясурия (2016). «Теплица с морской водой в Омане: устойчивый метод сохранения и производства пресной воды» . Опреснение . Эльзевир. 54 : 653–664. DOI : 10.1016 / j.desal.2004.06.211 . Проверено 17 декабря 2020 .
- ^ Талеб Зарей; Реза Бехяд и Эхсан Абедини (2018). «Исследование параметров, эффективных для работы теплицы с увлажнением-осушением морской воды с использованием регрессии опорных векторов» . Опреснение . Эльзевир. 435 : 235–245. DOI : 10.1016 / j.desal.2004.06.211 . Проверено 17 декабря 2020 .
- ^ Абдулрахим М. Аль-Исмаили и Хеманатха Джаясурия (2016). «Теплица с морской водой в Омане: устойчивый метод сохранения и производства пресной воды» . Опреснение . Эльзевир. 54 : 653–664. DOI : 10.1016 / j.desal.2004.06.211 . Проверено 17 декабря 2020 .
- ^ Абдулрахим М. Аль-Исмаили и Хеманатха Джаясурия (2016). «Теплица с морской водой в Омане: устойчивый метод сохранения и производства пресной воды» . Опреснение . Эльзевир. 54 : 653–664. DOI : 10.1016 / j.desal.2004.06.211 . Проверено 17 декабря 2020 .
- ^ Талеб Зарей; Реза Бехяд и Эхсан Абедини (2018). «Исследование параметров, эффективных для работы теплицы с увлажнением-осушением морской воды с использованием регрессии опорных векторов» . Опреснение . Эльзевир. 435 : 235–245. DOI : 10.1016 / j.desal.2004.06.211 . Проверено 17 декабря 2020 .
- ^ Талеб Зарей; Реза Бехяд и Эхсан Абедини (2018). «Исследование параметров, эффективных для работы теплицы с увлажнением-осушением морской воды с использованием регрессии опорных векторов» . Опреснение . Эльзевир. 435 : 235–245. DOI : 10.1016 / j.desal.2004.06.211 . Проверено 17 декабря 2020 .
- ^ «Управление водой для мира на Ближнем Востоке» . archive.unu.edu .
- ^ «Калькулятор потерь напора трубы и мощности - рассчитайте, сколько энергии нужно перекачивать морскую воду в центр Сахары или пустыни Гоби для опреснения в теплице SeaWater Greenhouse - ответ немного. - Claverton Group» . claverton-energy.com .
- ^ К. Патон и П. Дэвис (1996). «Теплица с морской водой для засушливых земель» . ResearchGate. DOI : 10.1016 / j.desal.2004.06.211 . Проверено 17 декабря 2020 . Цитировать журнал требует
|journal=
( помощь ) - ^ К. Патон и П. Дэвис (1996). «Теплица с морской водой для засушливых земель» . ResearchGate. DOI : 10.1016 / j.desal.2004.06.211 . Проверено 17 декабря 2020 . Цитировать журнал требует
|journal=
( помощь ) - ^ К. Патон и П. Дэвис (1996). «Теплица с морской водой для засушливых земель» . ResearchGate. DOI : 10.1016 / j.desal.2004.06.211 . Проверено 17 декабря 2020 . Цитировать журнал требует
|journal=
( помощь ) - ^ П.А. Дэвис и К. Патон (2005). «Теплица с морской водой в Объединенных Арабских Эмиратах: тепловое моделирование и оценка вариантов проектирования» . Опреснение . Эльзевир. 173 (2): 103–111. DOI : 10.1016 / j.desal.2004.06.211 . Проверено 3 ноября 2015 .
- ^ П.А. Дэвис и К. Патон (2005). «Теплица с морской водой в Объединенных Арабских Эмиратах: тепловое моделирование и оценка вариантов проектирования» . Опреснение . Эльзевир. 173 (2): 103–111. DOI : 10.1016 / j.desal.2004.06.211 . Проверено 3 ноября 2015 .
- ^ Т. Акинага; SCGeneralis; К. Патон; ONIgobo & PADavies (2018). «Использование рассола для охлаждения и производства соли в ветряных теплицах с морской водой: проектирование и моделирование» . Опреснение . Эльзевир. 426 : 135–154. DOI : 10.1016 / j.desal.2004.06.211 . Проверено 17 декабря 2020 .
- ^ Т. Акинага; SCGeneralis; К. Патон; ONIgobo & PADavies (2018). «Использование рассола для охлаждения и производства соли в ветряных теплицах с морской водой: проектирование и моделирование» . Опреснение . Эльзевир. 426 : 135–154. DOI : 10.1016 / j.desal.2004.06.211 . Проверено 17 декабря 2020 .
- ^ Т. Акинага; SCGeneralis; К. Патон; ONIgobo & PADavies (2018). «Использование рассола для охлаждения и производства соли в ветряных теплицах с морской водой: проектирование и моделирование» . Опреснение . Эльзевир. 426 : 135–154. DOI : 10.1016 / j.desal.2004.06.211 . Проверено 17 декабря 2020 .
- ^ Т. Акинага; SCGeneralis; К. Патон; ONIgobo & PADavies (2018). «Использование рассола для охлаждения и производства соли в ветряных теплицах с морской водой: проектирование и моделирование» . Опреснение . Эльзевир. 426 : 135–154. DOI : 10.1016 / j.desal.2004.06.211 . Проверено 17 декабря 2020 .
Внешние ссылки
- «Инженеры гонятся, чтобы украсть секреты природы. Гигантские ветряные турбины, основанные на семени, и опреснительная установка, имитирующая жука» , The Guardian (2006)
- «Теплица с морской водой: новый подход к восстановительному сельскому хозяйству»
- «Технологии для базовых нужд»
- «Лесной проект Сахары - новый источник пресной воды, продуктов питания и энергии»