Теплица с морской водой — Seawater greenhouse
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 пик воды, а также почву, заражающую солью. Система использует морскую воду и солнечную энергию . В нем используется конструкция, аналогичная теплице с вентилятором, но с дополнительными испарителями и конденсаторами. Морская вода закачивается в теплицу, чтобы создать прохладную и влажную среду, оптимальные условия для выращивания культур умеренного климата. Пресная вода производится в конденсированном состоянии благодаря принципу солнечного опреснения, которое удаляет соли и примеси. Наконец, оставшийся увлажненный воздух удаляется из теплицы и используется для улучшения условий выращивания уличных растений.
Содержание
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. 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, работающий исключительно на солнечной энергии. Для улучшения конструкции теплицы за счет снижения температуры и увеличения производства пресной воды устанавливается массив труб. Площадь теплицы составляет 864 м2, а ежедневное производство воды составляет 1 м3, что почти удовлетворяет потребности сельскохозяйственных культур в орошении.
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 провести валидацию термодинамической имитационной модели, которая при наличии соответствующих метеорологических данных точно предсказывает и количественно определяет, как теплица с морской водой будет работать в других частях мира.
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.
Пятый проект был построен в 2017 году в Бербере, Сомали. Было разработано, 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.
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. Мощность производства солнечной энергии с помощью фотоэлектрических панелей составляет 39 кВт на площади 3 га с площадью выращивания 1350 м2. В теплицах 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. Кроме того, проект включает восстановление растительности путем рекультивации почв азотфиксирующих и солеулавливающих растений пустыни с помощью переработанных отходов сельского хозяйства и испарения соленой воды.
Процесс
Теплица с морской водой использует окружающую среду для выращивания культур умеренного климата и производства пресной воды. Конструкция охлаждения микроклимата в первую очередь состоит из процесса опреснения увлажнения и осушения (HD) или многоступенчатого увлажнения . 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. 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. В первой части системы используется морская вода, испаритель и конденсатор. Передняя стена теплицы состоит из испарителя, смоченного морской водой, который направлен против преобладающего ветра. 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. Прохладный и влажный воздух создает подходящие условия для выращивания сельскохозяйственных культур. Оставшаяся морская вода, охлаждаемая испарением, собирается и перекачивается в конденсатор в качестве хладагента.
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. Морская вода или хладагент 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 достаточно дистиллированной воды для орошения. 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 .
Исследования
В 1996 году Патон и Дэвис использовали набор инструментов Simulink под MATLAB для моделирования принудительной вентиляции теплицы на Тенерифе, Кабо-Верде, Намибии и Омане. Теплице способствует преобладающий ветер, испарительное охлаждение, транспирация, солнечный нагрев, теплопередача через стены и крышу, а также конденсация, которая анализируется в исследовании. Они обнаружили, что количество воды, необходимое для растений, снижается на 80%, и на кубический метр производимой пресной воды требуется 2,6-6,4 кВт-ч электроэнергии.
В 2005 году Патон и Дэвис оценили варианты дизайна с тепловым моделированием, используя модель Объединенных Арабских Эмиратов в качестве базовой. Они изучили три варианта: перфорированный экран, C-образный воздушный канал и массив труб, чтобы найти лучший контур забортной воды для охлаждения окружающей среды и производства максимального 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 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.
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. Используя метод валоризации рассола ветрового воздушного потока путем охлаждения теплицы испарением морской воды, можно производить соль, как показано на Рисунке 4. Этот рассол является побочным продуктом производства пресной воды, но также может быть ингредиентом для производства соль, превращая ее в продукт, который можно продавать.
Дополнительным выводом этого исследования была важность теневой сетки, которая смоделирована тонкой пленкой в исследовании, показанном на рисунке 5. Она не только обеспечивает охлаждение, но и удлиняет охлаждающий шлейф, сдерживая шлейф холодного воздуха от испарительного шлейфа. охлаждающая подставка.
Источник статьи: http://ru.qaz.wiki/wiki/Seawater_greenhouse
Теплица с морской водой — Seawater greenhouse
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. Система использует морскую воду и солнечную энергию . В нем используется конструкция, аналогичная теплице с вентилятором, но с дополнительными испарителями и конденсаторами. Морская вода закачивается в теплицу, чтобы создать прохладную и влажную среду: оптимальные условия для выращивания культур умеренного климата. Пресная вода производится в конденсированном состоянии, созданном по принципу солнечного опреснения, которое удаляет соли и примеси. Наконец, оставшийся увлажненный воздух удаляется из теплицы и используется для улучшения условий выращивания уличных растений.
Содержание
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. 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, работающий исключительно на солнечной энергии. Для улучшения конструкции теплицы за счет снижения температуры и увеличения производства пресной воды устанавливается массив труб. Площадь теплицы составляет 864 м2, а ежедневное производство воды составляет 1 м3, что почти удовлетворяет потребности сельскохозяйственных культур в орошении.
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.
Четвертый проект — это коммерческая установка в Порт-Огаста, Австралия, установленная в 2010 году. В настоящее время это теплица с морской водой площадью 20 гектаров, которая принадлежит и управляется компанией Sundrop Farms, которая доработала ее.
Пятый проект был построен в 2017 году в Бербере, Сомали. Было разработано, 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.
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. Мощность производства солнечной энергии с помощью фотоэлектрических панелей составляет 39 кВт на площади 3 га с площадью выращивания 1350 м2. В теплицах 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. Кроме того, проект включает восстановление растительного покрова за счет рекультивации почв азотфиксирующих и солеуловительных растений пустыни за счет переработанных отходов сельского хозяйства и испарения соленой воды.
Процесс
Теплица с морской водой использует окружающую среду для выращивания культур умеренного климата и производства пресной воды. Конструкция охлаждения микроклимата в первую очередь состоит из процесса опреснения увлажнения и осушения (HD) или многоступенчатого увлажнения . 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. Это показано на схематических рисунках 1 и 2.
Источник статьи: http://wikes.online/wiki/ru/Seawater_Greenhouse
Озеленение пустынь: просто добавь морской воды
Можно ли превратить пустыни в плодородные оазисы с помощью одних лишь морской воды и солнца? Да, только это очень дорого.
Крупнейший в мире завод по производству мочевины и аммиака, газовые факелы в дымке пустыни — это Месаид, закрытый промышленный город в Катаре. Прогуливаясь в противогазе по этим прекрасным местам, вы внезапно натыкаетесь на. теплицу, полную огурцов.
«Теплица» в тех широтах — понятие условное: внутри прохладно, несмотря на жару снаружи. Окружают её небольшие садовые участки, где растёт флора пустыни. Если подойти к ним с подветренной стороны, температура воздуха падает мгновенно, словно кто-то включил мощный кондиционер. Рядом стоят зеркала, концентрирующие энергию солнца.
У этого островка стекла и зелени нет никакого внешнего источника воды и электричества — только солнечный свет и морская вода (см. интерактивную диаграмму).
В этом эксперименте некоторые видят первый шаг на пути к превращению сотен квадратных километров пустыни на берегу Персидского залива в плодородную землю. Руководитель проекта норвежский биолог Йоаким Хауге, глава компании с помпезным названием Sahara Forest Project, лелеет ещё более смелую мечту. Он хотел бы озеленить все пустыни вообще. И это не такой уж безумный план, как может показаться.
Теплица (парник) — это прежде всего контролируемая среда. У нас там поддерживается тепло, а на югах — прохлада. Секрет — в испарении.
В передней части теплицы стоит картонная стенка, обращённая к преобладающему северо-западному ветру и сложенная на манер пчелиных сот. Она остаётся всё время мокрой, охлаждая и увлажняя воздух, который поступает в теплицу. Самое главное — не тратится ни капли драгоценной пресной воды, только морская. Владелец промышленного комплекса и один из спонсоров проекта Qatar Fertiliser Company (QAFCO) построил сеть трубопроводов для охлаждения предприятий морской водой и заодно подключил к ней парник.
Стивен Кларксон, британский эксперт по тепличным огурцам, обещает 1 200 штук с квадратного метра в год, и пока всё идёт по плану.
Окончательная проверка ещё впереди. В марте температура воздуха снаружи превышала 30 °C, а в теплице едва поднималась выше 20 °C. В августе она может достигать 50 °C снаружи, а в парнике должна оставаться ниже 30 °C, иначе культурам придётся худо. Но г-н Хауге уверен, что всё будет хорошо.
Прохлада и влага снижают потребность растений в пресной воде, но не устраняют её полностью. И здесь вновь приходит на помощь морская вода. Система концентрации солнечной энергии даёт не только тепло, но и электричество, на котором работают опреснители, а также насосы, вентиляторы и прочая машинерия. 300 м² параболических зеркал следят за солнцем и фокусируют его лучи на трубе с маслом.
Но это не просто теплица. Назначение прототипа — максимально широкое и эффективное использование морской воды, подчёркивает астрофизик Вирджиния Корлесс, научный руководитель проекта.
Например, она пригодится для выращивания морских водорослей. Водорослевые фермы находятся ещё в зачаточном состоянии, и биолог Патрик Брэдинг, только что выпустившийся из Эссекского университета (Великобритания), с радостью приехал в Катар, чтобы заняться экспериментом под открытым небом и прояснить многие неизвестные.
Водорослевые пруды могли бы стать источником исходного сырья для фармацевтических препаратов и добавок к пище для скота и рыбы, говорит г-н Брэдинг. Есть также планы по использованию морской воды для выращивания солеустойчивых растений, которые могут применяться для решения аналогичных задач.
Рассол, остающийся от всех этих процессов (с содержанием соли от 10 до 15%), используется для увлажнения картонных сот вокруг небольших садовых участков. «Мы называем их испарительной изгородью», — отмечает г-жа Корлесс. Эффект охлаждения позволяет пустынным растениям, а также нескольким неприхотливым травам и культурам расти там, где раньше ничего не было. В числе прочего посажены ячмень, руккола, алоэ вера. Цель проекта — восстановление экосистемы, а не только сельское хозяйство в пустыне. Когда-нибудь примутся даже за деревья, которые в конечном счёте должны взять на себя задачу по охлаждению вместо картонной изгороди.
Рассол из изгороди, теперь с содержанием соли около 30%, закачивают в пруды-испарители для производства соли. Её можно продать, что избавляет от необходимости сбрасывать отходы обратно в море и вредить морской жизни.
Ни одна из этих технологий не нова, подчёркивает г-жа Корлесс, но воедино их собрали впервые. Парники на морской воде разработаны два десятилетия назад британским изобретателем Чарли Патоном, который оставил успешную карьеру создателя специальных световых эффектов для фильмов и театров, чтобы заняться выращиванием сельхозкультур в пустынях. Он построил несколько теплиц, они получили ряд архитектурных и экологических премий, но так и не смогли пробиться. Две из них (в том числе самая первая), построенные на Тенерифе в 1992 году, ныне заброшены. Только одна — созданная в Омане в 2004 году на землях, покинутых крестьянами из-за отсутствия пресной воды, — до сих пор даёт урожай, а иногда и материал для научных работ.
Совсем недавно компания г-на Патона участвовала в разработке катарского проекта, а также трудилась над теплицей с морской водой в Южной Австралии (см. видео ниже), помидоры из которой уже продаются в Аделаиде. Но изобретатель не согласился с изменениями, внесёнными в его проекты, и разорвал отношения с обоими ещё в прошлом году.
Однажды во время путешествия по марокканской пустыне окна его автобуса запотели из-за ливня, и полотенце, которым он пользовался вместо подушки, намокло. Г-н Патон решил воспользоваться этим эффектом для опреснения: холодную морскую воду прокачивают через лабиринт труб в крыше теплицы, и пресная вода конденсируется из воздуха (увлажнённого испарителями морской воды) на внешней стороне трубы. Система способна производить до 20 л воды в день на квадратный метр парника — больше, чем выпадает в тропическом лесу.
Но партнёров это не впечатлило. Например, австралийцы жалуются на то, что трубы постоянно текут. В результате оба проекта переключились на опреснение с использованием концентрированной солнечной энергии, хотя катарские парники всё же собирают влагу, конденсирующуюся на внутренней стороне крыши по ночам. Солнечное опреснение просто более эффективно, поясняет г-н Хауге.
Увы, этот высокотехнологичный подход чрезвычайно дорог. На строительство катарской теплицы QAFCO и норвежская агрохимическая компания Yara угрохали $6 млн. Через десять лет ежегодный ожидаемый урожай достигнет 720 тыс. огурцов, то есть затраты на один огурец будут равны доллару. На базарах Дохи они идут впятеро дешевле.
Кроме того, парник спешно построили специально к климатологической конференции ООН в декабре прошлого года, и у некоторых возникли подозрения, а не реклама ли это. Но г-н Хауге уверен в своих партнёрах. Огурцы, конечно, золотые, но ведь прототип создавался для исследований, а не заработка. «Такой вид сельского хозяйства может быть экономически эффективным только в больших масштабах», — говорит он.
Нужного масштаба предполагается достичь в Иордании — одной из самых безводных стран мира, которая чем дальше, тем больше зависит от импорта продовольствия. В этом году Sahara Forest Project собирается начать строительство объекта в районе Красного моря, который будет в 20 раз больше катарского. Если всё пойдет хорошо, его расширят до 200 га, а в конечном счёте и до 3 000.
В финальном мегаварианте (он обойдётся в миллиард долларов) примерно половина площади будет посвящена озеленению пустыни всем-всем-всем — от трав до деревьев вроде азотфиксирующей Acacia tortilis. Со временем, когда деревья вырастут, а почва улучшится, эти участки потребуют меньше помощи, что позволит переключиться на другие цели. «Это не просто экологически устойчивое сельское хозяйство, — говорит г-н Хауге. — Речь идёт о восстановительной экологии».
Нет сомнений в возможности озеленения участков пустыни, которые активно охлаждаются и орошаются, и в том, что посадка деревьев предоставит все виды преимуществ, от профилактики эрозии до защиты от солнца и ветра. Однако неясно, что станется с нетронутыми пространствами чуть в отдалении. Простое моделирование, выполненное в 2009 году по заказу Sahara Forest Project, показало, что озеленение почти не будет способствовать формированию дополнительных облаков и осадков. Тем не менее на нижних этажах будет прохладнее и более влажно, и есть надежда, что изменение микроклимата поощрит вегетацию.
Правдоподобное предположение, считает климатолог Пол Вальдес из Бристольского университета (Великобритания), изучавший причины, по которым 8 тыс. лет назад влажная Сахара внезапно превратилась в пустыню. «Но, вероятно, существует некий порог, которого необходимо достичь, чтобы это возымело действие, — подчёркивает учёный, отмечая, что этот порог будет варьироваться от места к месту. — И не во всех пустынях это получится сделать». Иными словами, в одних местах озеленение небольшой площади значительно повысит вегетацию в окрестностях, а в других ничего не дадут даже самые серьёзные меры.
Для выявления такого порога требуется детальное моделирование. Осложняет дело и глобальное потепление, которое, как ожидается, сделает засушливые области ещё суше.
Есть и не столь дорогие способы возрождения пустынных экосистем и обращения вспять пустыни. В Нигере, на краю Сахары, достаточно защищать деревья и рыть канавы для сбора дождевой воды. В более засушливых районах этот фокус не пройдёт.
Г-н Хауге считает, что через 20 лет теплицы на морской воде будут повсюду — от Атакамы и Калифорнии до Северной Африки, где прибрежные водоносные горизонты уже близки к оскудению. В египетской пустыне, например, можно воспользоваться впадиной Каттара площадью 19 тыс. км² — она хотя и расположена в 100 км от берега, но морскую воду можно доставлять туда под действием силы тяжести, ибо она лежит ниже уровня моря.
Такого же мнения и г-н Патон. Он верит, что его технология может спасти 20 тыс. га теплиц в Альмерии на юге Испании, которые поставляют фрукты и овощи в большинство стран Европы, но зависят от исчезающих подземных пресных вод. (Возможно также создание закрытых теплиц, которые повторно используют бóльшую часть своей воды.)
Парники на морской воде могли бы подключиться к солнечным электростанциям Desertec, которые Евросоюз собирается строить для себя в Сахаре. Пусть небольшая часть выработанной энергии останется в Африке. Кстати, озеленение поможет защитить солнечные панели от ветра и пыли.
Последнее слово за инвесторами. Согласятся ли? Ведь требуются огромные суммы, а финансовый кризис никто не отменял. Но цены на продукты питания растут, мировой спрос на тепличные фрукты и овощи увеличивается на 10% в год, а пресной воды всё меньше. Компания Sundrop Farms, которая заведует аналогичным проектом в Австралии, в этом году получила разрешение на строительство парника площадью 16 га, а это уже промышленный масштаб. Если удастся получить прибыль, незамеченным это не останется.
Но Sundrop Farms делает ставку на выращивание товарных культур, а не озеленение пустынь или водорослевые пруды. Наверное, мы никогда не увидим Сахару зелёной, но по крайней мере с грядущей нехваткой воды справиться вполне возможно.
Источник статьи: http://texnomaniya.ru/technology/ozelenenie-pustin-prosto-dobav-morskojj-vodi.html
