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 вытесняется 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 м2. 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 м2. ² и имеет ежедневную производительность воды 1 м ³, что почти удовлетворяет потребность урожая в орошении. ^[1]

Третья пилотная теплица с морской водой площадью 864 м2. ², находится недалеко от Маската в Омане, где производится от 0,3 до 0,6 м3. 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 теплицы. Эта конструкция включает в себя систему затемнения, которая удерживает основные элементы испарительного охлаждения. ^[6]

Проект «Лес Сахары»

Проект «Лес Сахары » (SFP) сочетает в себе тепличную технологию с морской водой и концентрированную солнечную энергию и реализует пилотные проекты в Иордании и Катаре. Морская вода в теплице испаряется на 50 м. ³ морской воды и урожая 5 м ³ пресной воды на гектар в сутки. ^[7] Мощность производства солнечной энергии с помощью фотоэлектрических панелей производит 39 кВт на площади 3 га с площадью 1350 м2. ² растущая территория. ^[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 переработки 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.

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.

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]

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 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, например, Мертвое море и впадина Каттара , где были предложены гидросистемы 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 производимой 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 Патон 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 валоризации рассола с помощью ветрового потока 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 в исследовании, показанном на рисунке 5, моделируется тонкой пленкой. ^[5] Он не только обеспечивает охлаждение, но и удлиняет охлаждающий шлейф, удерживая шлейф холодного воздуха от испарительной охлаждающей панели. ^[5]

Рисунок 5: Геометрическая модель затеняющей сетки для определения перепада давления, показывающая (a) местную систему координат и (b) плоскости симметрии (пунктирные линии), используемые для упрощения моделирования.

См. также

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час 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. дои : 10.1016/j.desal.2004.06.211 . Проверено 17 декабря 2020 г.
^ МХЭл-Авади; ХХЭль-Гетани и М. Абдель Латиф (2014). «Экспериментальное исследование интегрированной солнечной теплицы для опреснения воды, плантаций и очистки сточных вод в отдаленных засушливых египетских общинах» . Опреснение . 50 . Эльзевир: 520–527. дои : 10.1016/j.desal.2004.06.211 . Проверено 17 декабря 2020 г.
^ Jump up to: ^а ^б 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. дои : 10.1016/j.desal.2004.06.211 . Проверено 3 ноября 2015 г.
^ К. Патон и П. Дэвис (1996). «Теплица с морской водой для засушливых земель» . дои : 10.1016/j.desal.2004.06.211 . Проверено 17 декабря 2020 г. {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж 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. дои : 10.1016/j.desal.2004.06.211 . Проверено 17 декабря 2020 г.
^ Jump up to: ^а ^б «Недорогой, прочный и модульный» . ООО «Морская вода Теплица», 2017 год . Проверено 16 декабря 2020 г.
^ Йеанг, Кен и Павлин, Майкл (2009). «Теплица с морской водой для засушливых земель» . Архитектурный дизайн . 79 : 122–123. дои : 10.1016/j.desal.2004.06.211 . Проверено 17 декабря 2020 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с «Обеспечение восстановительного роста» (PDF) . Проект «Лес Сахары» . Проверено 16 декабря 2020 г.
^ Аль-Исмаили и Абдулрахим М. (2014). «Эмпирическая модель конденсатора теплицы с морской водой» . Химико-технологические коммуникации . 205 . Тейлор и Фрэнсис: 1252–1260 гг. дои : 10.1016/j.desal.2004.06.211 . Проверено 17 декабря 2020 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Талеб Зарей; Реза Бехьяд и Эхсан Абедини (2018). «Исследование параметров, влияющих на производительность теплицы с увлажнением-осушением морской воды, с использованием регрессии опорных векторов» . Опреснение . 435 . Эльзевир: 235–245. дои : 10.1016/j.desal.2004.06.211 . Проверено 17 декабря 2020 г.
^ 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 .
^ Форд, Джейсон (1 марта 2012 г.). «Теплица использует морскую воду для выращивания сельскохозяйственных культур в засушливых местах» . Инженер . Проверено 7 декабря 2021 г.
^ 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.
^ 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.
^ «Лес Сахары» . Институт Бакминстера Фуллера . Проверено 7 декабря 2021 г.
^ «Управление водой ради мира на Ближнем Востоке» . archive.unu.edu .
^ «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 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с К. Патон и П. Дэвис (1996). «Теплица с морской водой для засушливых земель» . дои : 10.1016/j.desal.2004.06.211 . Проверено 17 декабря 2020 г. {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )
^ Jump up to: ^а ^б 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. дои : 10.1016/j.desal.2004.06.211 . Проверено 3 ноября 2015 г.

Внешние ссылки

[:0-1] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час 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. дои : 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, плантаций и очистки сточных вод в отдаленных засушливых египетских общинах» . Опреснение . 50 . Эльзевир: 520–527. дои : 10.1016/j.desal.2004.06.211 . Проверено 17 декабря 2020 г.

[:1-3] Jump up to: ^а ^б 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. дои : 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» . дои : 10.1016/j.desal.2004.06.211 . Проверено 17 декабря 2020 г. {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )

[:8-5] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж 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. дои : 10.1016/j.desal.2004.06.211 . Проверено 17 декабря 2020 г.

[:2-6] Jump up to: ^а ^б «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. дои : 10.1016/j.desal.2004.06.211 . Проверено 17 декабря 2020 г.

[:3-8] Jump up to: ^а ^б ^с «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. дои : 10.1016/j.desal.2004.06.211 . Проверено 17 декабря 2020 г.

[:4-10] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Талеб Зарей; Реза Бехьяд и Эхсан Абедини (2018). «Исследование параметров, влияющих на производительность теплицы с увлажнением-осушением морской воды, с использованием регрессии опорных векторов» . Опреснение . 435 . Эльзевир: 235–245. дои : 10.1016/j.desal.2004.06.211 . Проверено 17 декабря 2020 г.

[doi-10.1.1.533.6677-11] 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.

[newscientist-2108296-13] 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.

[ingenia.org.uk-issue-80-14] 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.

[bfi.org-sahara-forest-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 .

[:6-18] Jump up to: ^а ^б ^с К. Патон и П. Дэвис (1996). «Теплица с морской водой для засушливых земель» . дои : 10.1016/j.desal.2004.06.211 . Проверено 17 декабря 2020 г. {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )

[:7-19] Jump up to: ^а ^б 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. дои : 10.1016/j.desal.2004.06.211 . Проверено 3 ноября 2015 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]