Skleník s mořskou vodou - Seawater greenhouse

Mořské skleník je skleníkový struktura, která umožňuje růst plodin a výrobu pitné vody v suchých oblastech, které tvoří asi jednu třetinu zemského rozlohy. To je reakcí na globální nedostatek vody a špičkovou vodu a půdu infikující sůl. Systém využívá mořskou vodu a sluneční energii . Používá podobnou strukturu jako skleník s ventilátory a ventilátory, ale s dalšími výparníky a kondenzátory. Mořská voda je čerpána do skleníku a vytváří chladné a vlhké prostředí, optimální podmínky pro pěstování plodin mírného pásma. Sladká voda se vyrábí v kondenzovaném stavu vytvořeném na principu solárního odsolování, který odstraňuje sůl a nečistoty. Nakonec je zbývající zvlhčený vzduch vytlačen ze skleníku a použit ke zlepšení podmínek pěstování venkovních rostlin.

Projekty

The Seawater Greenhouse Ltd

Mořská voda skleníkových koncept byl poprvé zkoumal a vyvíjel v roce 1991 Charlie Patonův firmy Light Works Ltd, který je nyní známý jako mořské vody Greenhouse Ltd. Charlie Paton a Philip Davies pracoval na první pilotní projekt byl zahájen v roce 1992, na Kanárských ostrovů z Tenerife . Prototyp skleníku s mořskou vodou byl sestaven ve Velké Británii a postaven na místě na Tenerife o rozloze 360 ​​m2. Mírně pěstované plodiny zahrnovaly rajčata, špenát, zakrslý hrášek, papriky, artyčoky, francouzské fazole a salát.

Druhý pilotní návrh byl instalován v roce 2000 na pobřeží ostrova Al-Aryam, Abú Dhabí, Spojené arabské emiráty. Konstrukce je lehká ocelová konstrukce, podobná vícepólovému polytunelu, který se spoléhá čistě na sluneční energii. Je instalováno potrubí pro zlepšení designu skleníku snížením teploty a zvýšením produkce sladké vody. Skleník má rozlohu 864 m2 a denní produkci vody 1 m3, což téměř odpovídá poptávce po zavlažování plodin.

Třetí pilotní skleník s mořskou vodou, který má 864 m2, se nachází v blízkosti Muscatu v Ománu, který produkuje 0,3 až 0,6 m3 sladké vody denně. Tento projekt byl vytvořen jako spolupráce mezi univerzitou Sultan Qaboos. Poskytuje příležitost k rozvoji udržitelného zahradnického odvětví na pobřeží Batinah. Tyto projekty umožnily ověření termodynamického simulačního modelu, který na základě příslušných meteorologických údajů přesně předpovídá a kvantifikuje, jak bude skleník s mořskou vodou fungovat v jiných částech světa.

Čtvrtým projektem je komerční instalace v australském Port Augusta, instalovaná v roce 2010. V současné době jde o 20hektarový skleník s mořskou vodou, který vlastní a provozuje společnost Sundrop Farms, která jej dále rozvinula.

Pátý design byl postaven v roce 2017 v somálské Berberě. Návrh byl zkoumán, aby byl zjednodušený a levný s pokročilými technikami modelování ve skleníku. Tato konstrukce zahrnuje stínící systém, který zachovává základní odpařovací chladicí prvky.

Projekt Sahara Forest

Sahara Forest Project (SFP) kombinuje s mořskou vodou skleníkový technologie a koncentrované solární energie a konstruováno tak pilotních projektů v Jordánsku a Kataru. Skleník s mořskou vodou odpařuje 50 m3 mořské vody a sklízí 5 m3 sladké vody na hektar za den. Kapacita výroby solární energie prostřednictvím FV panelů produkuje 39 KW na ploše 3 hektarů s 1350 m2 rostoucí plochou. Skleníky jsou o 15 stupňů chladnější než venkovní teploty, což umožňuje produkci až 130 000 kg vyprodukované zeleniny za rok a až 20 000 litrů produkce sladké vody denně. Projekt dále zahrnuje obnovu půdy rekultivací pouštních rostlin, které fixují dusík a odstraňují soli, pomocí repasovaných odpadních produktů ze zemědělství a odpařování slané vody.

Proces

Skleník s mořskou vodou využívá okolní prostředí k pěstování plodin mírného pásma a produkci sladké vody. Konstrukce pro chlazení mikroklimatu sestává především z procesu odsolování zvlhčováním a odvlhčováním (HD) nebo zvlhčováním s více efekty . Jednoduchý skleník s mořskou vodou se skládá ze dvou odpařovacích chladičů (odpařovačů), kondenzátoru, ventilátorů, potrubí pro mořskou vodu a destilovanou vodu a plodin mezi oběma výparníky. To je znázorněno na schematických obrázcích 1 a 2.

Tento proces obnovuje přirozený hydrologický cyklus v kontrolovaném prostředí skleníku odpařováním vody ze zdroje slané vody a kondenzací ji získává zpět jako sladkou vodu. První část systému využívá mořskou vodu, výparník a kondenzátor. Přední stěnu skleníku tvoří výparník zvlhčený mořskou vodou, který čelí převládajícímu větru. Většinou se skládají z vlnité lepenky znázorněné na obrázku 3. Pokud vítr dostatečně nepřevládá, větráky foukají venkovní vzduch přes výparník do skleníku. Okolní teplý vzduch vyměňuje teplo s mořskou vodou, která jej ochlazuje a zvlhčuje. Chladný a vlhký vzduch vytváří adekvátní prostředí pro pěstování plodin. Zbývající odpařováním chlazená mořská voda se shromažďuje a čerpá do chladiče jako chladivo.

Obrázek 3: Skleníková deska z mořské vody

V konvenčních sklenících vytváří teplejší prostředí zajišťované vstupem slunečního tepla, které umožňuje adekvátní růstovou teplotu, zatímco skleník s mořskou vodou to dělá opačně, když vytváří chladnější prostředí. Střecha zachycuje infračervené teplo a zároveň propouští viditelné světlo, což podporuje fotosyntézu . Druhá část systému má další výparník. Mořská voda proudí z prvního výparníku, který jej předehřívá, a poté proudí přes sluneční tepelný kolektor na střeše, aby jej dostatečně zahřál, než bude proudit do druhého výparníku. Mořská voda nebo chladivo protéká obvodem sestávajícím z výparníků, solárního topného potrubí a kondenzátoru s příjmem mořské vody a výstupem čerstvé vody. Čerstvá voda je vyráběna horkým vzduchem s relativně vysokou vlhkostí, který může produkovat dostatečné množství destilované vody pro zavlažování. Objem sladké vody je určen teplotou vzduchu, relativní vlhkostí, slunečním zářením a rychlostí proudění vzduchu. Tyto podmínky lze modelovat pomocí vhodných meteorologických údajů, což umožňuje optimalizaci návrhu a postupu pro jakékoli vhodné místo.

Použitelnost

Tato technika je použitelná v lokalitách ve vyprahlých oblastech poblíž moře. Vzdálenost a nadmořská výška od moře musí být vyhodnocena s ohledem na energii potřebnou k čerpání vody do lokality. Na pobřeží je mnoho vhodných míst; další jsou pod hladinou moře, například Mrtvé moře a Katarská deprese , kde byly navrženy vodní systémy využívající hydraulický tlak k výrobě energie, např . kanál Rudé moře – Mrtvý mořský kanál .

Studie

V roce 1996 použili Paton a Davies sadu nástrojů Simulink pod MATLABem k modelování nucené ventilace skleníku na Tenerife, Kapverdách, Namibii a Ománu. Skleníku pomáhá převládající vítr, odpařovací chlazení, transpirace, solární ohřev, přenos tepla stěnami a střechou a kondenzace, která je ve studii analyzována. Zjistili, že množství vody požadované rostlinami se sníží o 80% a na m3 vyrobené čerstvé vody je zapotřebí 2,6-6,4 kWh elektrické energie.

V roce 2005 Paton a Davis vyhodnotili možnosti návrhu pomocí tepelného modelování s použitím modelu Spojených arabských emirátů jako základny. Studovali tři možnosti: perforovanou obrazovku, vzduchovou cestu ve tvaru písmene C a soustavu potrubí, aby našli lepší okruh mořské vody, který ochlazuje prostředí a produkuje největší množství sladké vody. Studie zjistila, že nejlepší výsledky přinesla soustava trubek: pokles teploty vzduchu o 1 ° C, průměrný pokles teploty záření o 7,5 ° C a zvýšení produkce sladké vody o 63%. To lze implementovat za účelem zlepšení skleníků s mořskou vodou v horkých suchých oblastech, jako je druhý pilotní návrh ve Spojených arabských emirátech.

V roce 2018 Paton a Davis zkoumali využití solanky pro chlazení a výrobu soli ve větrných sklenících s mořskou vodou, aby ji navrhli a vymodelovali. Solanka zneškodněná odsolováním mořské vody může narušit ekosystém, protože se vyrábí stejné množství solanky jako sladká voda. Použitím metody valorizace solanky pomocí proudění vzduchu poháněného větrem ochlazením skleníku odpařováním mořské vody lze vyrobit sůl, jak ukazuje obrázek 4. Tato solanka je vedlejším produktem produkce sladké vody, ale může být také přísadou k výrobě sůl, což z něj činí produkt, který lze prodávat.

Obrázek 4: základní koncept skleníku s mořskou vodou pro využití solanky.

Dalším zjištěním tohoto výzkumu byla důležitost stínící sítě, která je modelována tenkým filmem ve studii znázorněné na obrázku 5. Poskytuje nejen chlazení, ale také prodlužuje chladicí oblak tím, že obsahuje oblak chladného vzduchu z odpařovacího zařízení. chladicí podložka.

Obrázek 5: Geometrický model stínící sítě pro stanovení poklesu tlaku ukazující (a) lokální souřadnicový systém a (b) roviny symetrie (tečkované čáry) použité ke zjednodušení modelování.

Viz také

Reference

externí odkazy