Теплица с морской водой
Тепличные технологии для засушливых регионов

Теплица с морской водой — это тепличная конструкция, которая позволяет выращивать сельскохозяйственные культуры и производить пресную воду в засушливых регионах. Засушливые регионы составляют около трети площади суши Земли. Технология теплиц с морской водой направлена ​​на смягчение таких проблем, как глобальный дефицит воды , пиковый уровень воды и засоление почвы. [1] Система использует морскую воду и солнечную энергию и имеет структуру, похожую на теплицу с вентилятором, но с дополнительными испарителями и конденсаторами. [1] Морская вода закачивается в теплицу для создания прохладной и влажной среды, оптимальных условий для выращивания культур умеренного климата. [1] Пресная вода производится в конденсированном состоянии, созданном по принципу солнечного опреснения, который удаляет соль и примеси. [2] Наконец, оставшийся увлажненный воздух выводится из теплицы и используется для улучшения условий роста уличных растений.

Проекты

Seawater Greenhouse Ltd.

Концепция морской теплицы 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 морской теплицы был собран в Великобритании и построен на участке в Тенерифе , занимая площадь 360 м 2 . [1] Успешно выращиваемые культуры умеренного климата включали томаты, 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 политуннель, который работает исключительно на солнечной энергии. Для улучшения конструкции теплицы путем снижения температуры и увеличения производства пресной воды установлена ​​трубная решетка. [3] Площадь теплицы составляет 864 м 2 , а ее ежедневная производительность составляет 1 м 3 , что почти соответствует потребности урожая в орошении. [1]

Третья пилотная морская теплица 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 рамках сотрудничества с Университетом Султана Кабуса. Он предоставляет 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 оценивает, как морская теплица 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 Sundrop Farms , которая ее еще больше развила. [3] [5]

Пятый проект был построен в 2017 году в Бербере , Сомалиленд. [6] Проект был исследован, чтобы быть упрощенным и недорогим с передовыми методами моделирования теплиц. Этот проект включает в себя систему затенения, которая сохраняет основные испарительные охлаждающие элементы. [6]

Проект «Лес Сахары»

Проект «Лес Сахары » (SFP) объединяет технологию теплиц с морской водой и концентрированную солнечную энергию и 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. [7] Мощность производства солнечной энергии через фотоэлектрические панели вырабатывает 39 кВт на площади 3 гектара с площадью выращивания 1350 м2. [ 8] Теплицы на 15 градусов холоднее, 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 рекультивацию путем рекультивации почвы азотфиксирующими и солеудалительными растениями пустыни путем повторного использования отходов сельского хозяйства и испарения соленой воды. [8]

Процесс

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

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

Рисунок 1. Фасад теплицы с морской водой на побережье, Тенерифе , 22 августа 2011 г.
Рисунок 2. Задняя часть теплицы с морской водой на побережье, Тенерифе , 22 августа 2011 г.

Процесс воссоздает естественный гидрологический цикл в контролируемой среде теплицы путем испарения воды из источника соленой воды и получения ее в виде пресной воды путем конденсации. [1] Первая часть системы использует морскую воду, испаритель и конденсатор. Передняя стенка теплицы состоит из испарителя, смоченного морской водой, который обращен к преобладающему ветру. Они в основном 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 ее и увлажняет. [10] [1] Прохладный и влажный воздух создает адекватную среду для роста сельскохозяйственных культур. Оставшаяся испарительно охлажденная морская вода собирается и перекачивается в конденсатор в качестве хладагента. [1]

Рисунок 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 предварительно нагревает ее, а затем течет через солнечный тепловой коллектор на крыше, чтобы достаточно нагреть ее перед тем, как она поступит во второй испаритель. [10] Морская вода или охладитель течет через контур, состоящий из испарителей, солнечной нагревательной трубы и конденсатора с забором морской воды и выпуском пресной воды. Пресная вода производится из горячего и относительно влажного воздуха, который может производить достаточно 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

Метод применим к участкам в засушливых регионах вблизи моря. Расстояние и высота над уровнем моря должны быть оценены с учетом энергии, необходимой для перекачивания воды на участок. Существует множество подходящих мест на побережьях; 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 MATLAB для моделирования принудительной вентиляции теплицы на Тенерифе, в Кабо-Верде, Намибии и Омане. [18] Теплице помогают преобладающий ветер, испарительное охлаждение, транспирация, солнечное отопление, передача тепла через стены и крышу и конденсация, которая анализируется в исследовании. [18] Они обнаружили, что количество воды, необходимое растениям, сокращается на 80%, а для производства м3 пресной воды требуется 2,6–6,4 кВт·ч электроэнергии. [18]

В 2005 году Патон и Дэвис оценили варианты дизайна с помощью теплового моделирования, используя модель Объединенных Арабских Эмиратов в качестве базовой линии. [19] Они изучили три варианта: перфорированный экран, С-образный воздушный путь и массив труб, чтобы найти лучший контур морской воды для охлаждения окружающей среды и производства наибольшего количества пресной воды. Исследование показало, что массив труб дал 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 Патон и Дэвис исследовали использование рассола для охлаждения и производства соли в ветровых теплицах с морской водой, чтобы спроектировать и смоделировать их. Рассол, удаляемый при опреснении морской воды, может нарушить экосистему, поскольку производится такое же количество рассола, что и пресной воды. [5] Используя метод валоризации рассола 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 также может быть ингредиентом для производства соли, превращая ее в продукт, который можно продавать.

Рисунок 4: базовая концепция теплицы с морской водой для использования рассола.

Дополнительным выводом этого исследования стала важность затеняющей сетки, которая смоделирована тонкой пленкой в ​​исследовании, показанном на рисунке 5. [5] Она не только обеспечивает охлаждение, но и удлиняет охлаждающий шлейф, удерживая холодный воздушный поток от испарительной охлаждающей панели. [5]

Рисунок 5: Геометрическая модель затеняющей сети для определения перепада давления, показывающая (а) локальную систему координат и (б) плоскости симметрии (пунктирные линии), используемые для упрощения моделирования.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcdefgh Абдулрахим М. Аль-Исмаили и Хеманата Джаясурия (2016). «Морская теплица в Омане: устойчивая технология сохранения и производства пресной воды». Опреснение . 54. Elsevier: 653–664. doi :10.1016/j.desal.2004.06.211 . Получено 17.12.2020 .
  2. ^ MHEl-Awady; HHEl-Ghetany & M. AbdelLatif (2014). «Экспериментальное исследование интегрированной солнечной теплицы для опреснения воды, выращивания растений и очистки сточных вод в отдаленных засушливых египетских общинах». Опреснение . 50. Elsevier: 520–527. doi :10.1016/j.desal.2004.06.211 . Получено 17.12.2020 .
  3. ^ ab PA Davies & C. Paton (2005). "Морская теплица в Объединенных Арабских Эмиратах: тепловое моделирование и оценка вариантов дизайна". Опреснение . 173 (2). Elsevier: 103–111. Bibcode : 2005Desal.173..103D. doi : 10.1016/j.desal.2004.06.211 . Получено 03.11.2015 .
  4. ^ C. Paton & P. ​​Davies (1996). «Морская теплица для засушливых земель». Bibcode : 2005Desal.173..103D. doi : 10.1016/j.desal.2004.06.211 . Получено 17.12.2020 . {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  5. ^ abcdef T. Akinaga; SCGeneralis; C.Paton; ONIgobo & PADavies (2018). «Использование рассола для охлаждения и производства соли в ветровых теплицах с морской водой: проектирование и моделирование». Опреснение . 426. Elsevier: 135–154. Bibcode : 2005Desal.173..103D. doi : 10.1016/j.desal.2004.06.211 . Получено 17.12.2020 .
  6. ^ ab "Недорогой, прочный и модульный". Seawater Greenhouse Ltd. 2017. Получено 16.12.2020 .
  7. ^ Йенг, Кен и Полин, Майкл (2009). «Морская теплица для засушливых земель». Архитектурный дизайн . 79 : 122–123. Bibcode : 2005Desal.173..103D. doi : 10.1016/j.desal.2004.06.211 . Получено 17 декабря 2020 г.
  8. ^ abc "Enabling Restorative Growth" (PDF) . Проект по лесам Сахары . Получено 16 декабря 2020 г. .
  9. ^ Аль-Исмаили и Абдулрахим М (2014). «Эмпирическая модель конденсатора морской теплицы». Chemical Engineering Communications . 205. Тейлор и Фрэнсис: 1252–1260. Bibcode : 2005Desal.173..103D. doi : 10.1016/j.desal.2004.06.211 . Получено 17 декабря 2020 г.
  10. ^ abcd Талеб Зарей; Реза Бехьяд и Эхсан Абедини (2018). «Исследование параметров, эффективных для производительности теплицы с морской водой с увлажнением-осушением, с использованием регрессии опорных векторов». Опреснение . 435. Elsevier: 235–245. Bibcode : 2005Desal.173..103D. doi : 10.1016/j.desal.2004.06.211 . Получено 17.12.2020 .
  11. ^ Махмуди, Х.; Абдул-Вахаб, С.А.; Гусен, М.Ф.А.; Уагед, А.; Саблани, С.С.; Спахис, Н. (2007). «Системы ветроэнергетики, адаптированные к парниковому опреснению морской воды». 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 урожая в засушливых местах». Инженер . Получено 7 декабря 2021 г.
  13. ^ Кляйн, Элис (14 октября 2016 г.). «Первая ферма по выращиванию овощей в пустыне, использующая только солнце и морскую воду». New Scientist . Получено 7 декабря 2021 г.
  14. ^ Уоттс, Джефф (сентябрь 2019 г.). «Фермерство в пустыне». Ingenia . ingenia.org.uk . Получено 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 светодизайнера и создателя спецэффектов. Его увлечение светом и ростом растений привело к концепции Seawater Greenhouse. Чарли был признан Королевским дизайнером промышленности Королевским обществом искусств, производства и торговли.
  15. ^ "Sahara Forest". Институт Бакминстера Фуллера . Получено 7 декабря 2021 г.
  16. ^ «Управление водными ресурсами ради мира на Ближнем Востоке». archive.unu.edu .
  17. ^ "Калькулятор потери напора в трубе и мощности - рассчитайте, сколько энергии нужно перекачать в центр пустыни Сахара или Гоби для опреснения в теплице SeaWater - ответ не много". Claverton Group .
  18. ^ abc C. Paton & P. ​​Davies (1996). «Морская теплица для засушливых земель». Bibcode : 2005Desal.173..103D. doi : 10.1016/j.desal.2004.06.211 . Получено 17.12.2020 . {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  19. ^ ab PA Davies & C. Paton (2005). "Морская теплица в Объединенных Арабских Эмиратах: тепловое моделирование и оценка вариантов дизайна". Опреснение . 173 (2). Elsevier: 103–111. Bibcode : 2005Desal.173..103D. doi : 10.1016/j.desal.2004.06.211 . Получено 03.11.2015 .
  • «Инженеры спешат украсть секреты природы. Гигантские ветряные турбины на основе семян и опреснительная установка, имитирующая жука», The Guardian (2006)
  • «Морская теплица: новый подход к восстановительному сельскому хозяйству»
  • «Проект «Лес Сахары» — новый источник пресной воды, продовольствия и энергии»
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Seawater_greenhouse&oldid=1256208809"