ИБТС Теплица
| Опреснение воды |
|---|
| Методы |
|
IBTS («Интегрированная биотектурная система») Теплица представляет собой биотектурный проект городского развития, подходящий для жарких засушливых пустынь . [1] [2] Это было частью египетской стратегии по облесению пустынных земель с 2011 года по весну 2015 года, когда геополитические изменения, такие как Исламское государство Ирак и провинция Левант-Синай в Египте, вынудили проект остановиться. [3] Проект начался весной 2007 года как академическое исследование городского развития и озеленения пустынь . В дальнейшем он разрабатывался Н. Берделле и Д. Фолькером как частный проект до 2011 года. После этого группа LivingDesert включала профессора Абдель Гани Эль-Гинди и доктора Мосаада Котба из Центральной лаборатории сельскохозяйственного климата в Египте, ученого-лесовода Хани Эль-Катеба. , агроэкологом Вилом ван Эйсденом и пермакультуристом Зеппом Хольцером была создана, чтобы представить готовый проект в Египте. [4]
IBTS Greenhouse совместно с программой по облесению пустынных земель в Египте, [5] [6] стали частью стратегии переселения. Они играют роль в Египте, поскольку урбанизация дельты Нила является проблемой для сельскохозяйственного сектора, а также из-за инфраструктурных проблем, таких как пробки на дорогах в Каире. [7] [8] [9]
IBTS занимается выращиванием морской воды, но внутри большой теплицы. Таким образом, вся испарившаяся вода может быть собрана. Для получения жидкой воды из атмосферы внутри IBTS требуется большое количество охлаждающей мощности. Это делается с помощью поступающей морской воды. Таким образом, потребность в охлаждении и мощность охлаждения всегда сбалансированы.
IBTS опирается на новое качество интеграции систем , включая архитектурные, технологические и природные элементы. [10] Он сочетает в себе производство продуктов питания и проживание, а также опреснение морской воды или солоноватых грунтовых вод . [11] Демонстрационный проект CAE с использованием реальных погодных, почвенных и экономических условий доказал осуществимость в гипераридных условиях.
Актуальность ИБТС заключается в возможности опреснения воды с эффективностью 0,45 кВтч на кубометр дистиллята. Это связано с тем, что эксплуатационные расходы на опреснительные сооружения с течением времени намного превышают первоначальные затраты на строительство. А еще потому, что потребность в энергии для опреснительных установок достигает диапазона гигаватт. Зависимость от большого количества ископаемой энергии делает водоснабжение промышленных предприятий небезопасным. Благодаря высокой эффективности опреснение стало финансово и экологически жизнеспособным для крупномасштабного сельского хозяйства, лесного хозяйства и аквакультуры .
Еще одним важным моментом является создание биоразнообразного ландшафта и множества рабочих мест вместо дымящих труб и заводов вдоль ценной набережной.Особая актуальность также заключается в возможности применения внутри страны, что исключает высокую мощность опреснения.
Здание имеет свои корни в строительной инженерии и строительной физике, в отличие от производства продуктов питания , как и большинство теплиц. Она принципиально отличается от теплиц с морской водой . [12] Отличается своей производительностью при опреснении. Альтернативные технологии опреснения, системы воздух-вода и опреснительные теплицы, находящиеся на стадии испытаний, требуют в несколько раз больше энергии для производства пресной воды.
Значение термина «Интеграция» заключается в эффективности, которой может достичь системная интеграция путем имитации естественных систем, особенно замкнутых циклов . Создание замкнутых водных циклов является наиболее важным из всех, из-за растущей серьезности глобального водного кризиса, особенно в жарком пустынном климате .
Опреснение в промышленных масштабах связано с жарким климатом, поскольку требует большого количества солнечной тепловой энергии. Он оказался подходящим для смягчения последствий опускания уровня грунтовых вод в сельскохозяйственных районах региона Ближнего Востока и Северной Африки и за его пределами. В будущих версиях IBTS можно будет использовать в холодном климате с использованием дополнительных источников тепловой энергии, таких как компактный термоядерный синтез или небольшие модульные реакторы .
Зарядка гидроцикла
[ редактировать ]IBTS может заряжаться морской водой, которая путем испарения превращается в пресную. Это основной тип, потому что он важен. Морская вода не ограничена, и, таким образом, IBTS может производить излишки воды для продажи.
В начале загрузки морской воды находится обработка морской воды внутри теплицы IBTS. Для этого требуется лишь небольшое количество морской воды. Большая часть воды проходит через систему производства продуктов питания, а затем перерабатывается на установках полного опреснения.
IBTS также может быть заряжен постоянным притоком органических веществ для рабочих, животных, а затем и жителей. Органические вещества, которые в первую очередь являются пищей и питьем, восстанавливаются путем переработки отходов. [13] Очистка сточных вод является частью обычного водного цикла. Органические вещества частично проникают под землю в корневые зоны растений, частично перерабатываются в септиках , а затем вносятся в качестве верхнего слоя почвы в лесном хозяйстве. Эта концепция была реализована внутри жилых домов (распространенный тип — земной корабль ).
В целом, ИБТС можно построить как площадки по переработке твердых и жидких отходов для населенных пунктов, гостиниц или городов. [14]
Круговорот воды также может быть усилен одним дождем, который действительно происходит в пустыне и на него можно рассчитывать. Наконец, можно зарядить водный цикл путем перекачивания соленых или загрязненных грунтовых вод и, в некоторой степени, путем образования атмосферной воды.
Объем воды внутри водного цикла не имеет значения, поскольку это квазизамкнутый цикл, вызывающий испарение из почвы и выдыхаемую влагой людей, оказавшихся под крышей.
Потери происходят из-за вывоза продуктов питания и в случае протечки крыши. Утечки могут возникать часто при нормальных условиях. Skyroof обслуживается с помощью специальной системы ремонта и замены, которая может справиться с суровыми погодными условиями и падением предметов на тонкую фольгу.
Зарядка питательного цикла
[ редактировать ]Круговорот питательных веществ связан с круговоротом воды. Зарядка его в основном означает практику повышения плодородия почвы и органического вещества почвы . Это может повлечь за собой импорт биомассы через органические отходы , но в основном биоотходы производства продуктов питания внутри ИБТС. В системах морской воды биомасса создается из солеустойчивых растений, называемых галофитами . Зарегистрирована урожайность биомассы до 52 тонн с гектара в год. [15] Более того, образование биомассы корнями важно для секвестрации углерода . Это до 35 т/га*год дополнительно. [16] IBTS-Greenhouse — это проект Blue Carbon . [17] Третьим источником биомассы являются внешние фермы с морской водой, которым не требуется дорогое пространство под крышей IBTS. Они могут находиться на суше или в море. Наибольшее внимание заслуживают фермы по выращиванию морских водорослей . [18]
Так же, как цикл питательных веществ должен быть наполнен биомассой, существует возможность наполнить атмосферу внутри IBTS или водоемов с морскими водорослями CO 2 . Это увеличит выход биомассы. Этот процесс имеет определенные пределы. Одним из них является наличие микроэлемента, такого как фосфор, необходимого любому организму. [19] Поскольку лучшим источником дополнительной загрузки CO 2 являются промышленные отходы CO 2, это еще один способ, с помощью которого IBTS может функционировать как площадка по переработке отходов.
Производительность
[ редактировать ]Энергия работы составляет 0,45 кВтч на кубометр дистиллированной воды в полномасштабном исполнении. [3] Эта производительность более чем в 10 раз ниже рекордов, установленных опреснительными установками в Дубае и Перте, согласно официальным данным соответствующих властей. [20] IBTS основан на модульной концепции с размером ядра 1 гектар. Это минимальный размер для строительства и обеспечения самодостаточности , однако круглые архитектурные модули могут быть построены площадью 10 гектаров и более. Каждый модуль основан на подмодулях, позволяющих немедленно начать работу и получать прибыль (например, участок восстановления лесов, приносящий прибыль на ранних стадиях). Наилучшую эффективность и полную мощность можно обеспечить с помощью надстройки размером примерно в 100 модулей. 10 км 2 имеют мощность промышленной опреснительной установки, которая составляет 0,5 миллиона кубометров воды в сутки.Со времени появления первой версии IBTS производство атмосферной воды развивалось с помощью ряда гигротермальных моделей и теперь может работать с расходом 0,45 кВтч/м. 3 по словам разработчика. [21] IBTS работает с естественными процессами в замкнутых циклах, расположенных в здании. Таким образом, он никогда не сталкивается с естественными или физическими ограничениями роста, как это уже имеет технология опреснения в Персидском заливе из-за сброса рассола и повышения температуры. [22] [23]
Первичная энергия
[ редактировать ]IBTS работает на электрической и тепловой энергии, производимой за счет энергии ветра и концентрированной солнечной энергии на месте (по запатентованному процессу). Это означает, что потребность в энергии и использование первичной энергии можно считать одинаковыми, чего нельзя сказать о обычных опреснительных установках. [24]
Обычные опреснительные установки зависят от электростанций, использующих ископаемое топливо. С учетом потерь энергии при преобразовании энергии на электростанции обычные опреснительные установки потребляют в 2-3 раза больше энергии, чем указано в обычных эксплуатационных данных. Это общие факторы потерь при преобразовании энергии в двигателях внутреннего сгорания, используемых в опреснительной промышленности.
Принимая это во внимание, IBTS использует менее 5% текущего мирового рекорда эффективности. Этот промышленный рекорд составляет около 3,5 кВтч/м. 3 плюс ок. 1,0 кВтч/м 3 для перекачки морской воды и другие факторы, не учтенные. Она умножается на эффективность использования первичной энергии. Вместе 9-14 кВтч/м 3 .
термин « первичная энергия» следует сочетать с качеством энергии Для реалистичного понимания . Качество энергии в контексте опреснения демонстрирует новую картину общей эффективности не только физического процесса опреснения, но и общей экономической эффективности IBTS с использованием собственных возобновляемых источников энергии. [25]
Дизайн
[ редактировать ] | Этот раздел нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( декабрь 2021 г. ) |
Максимальный объем производства пресной воды в 500 м³ в день на гектар умножается на 0,5 миллиона м³ на 1000 га, что соответствует производительности крупнейших промышленных опреснительных электростанций в мире. Это достигается за счет рекуперации тепла горячей пресной воды. Эта восстановленная энергия используется для нагрева рассола, выходящего из марикультуры в IBTS, удваивая ежедневное испарение (100 м³) и производя соль для продажи. Восстановленная энергия также используется для предварительного нагрева поступающей соленой воды для марикультуры. Выбранной породе рыб нужна теплая вода, и эта теплая вода также увеличивает естественное испарение внутри теплицы. Точки проектирования возникли в результате вычислительной разработки физической модели, а также финансового плана в итеративном процессе.
Экономические последствия
[ редактировать ]
Благодаря независимости первичных энергетических и материальных ресурсов, эффективности производства воды и масштабируемой модульной конструкции теплица IBTS является устойчивой. Стратегический национальный инфраструктурный проект, такой как IBTS, позволяет осуществить успешный энергетический переход к устойчивой экономике. [26] [27]
Это можно понять, сравнив рост ВВП, формирование реальной стоимости и взвешенного ВВП.
Примером инфраструктурных услуг теплицы IBTS является очистка воды. Сточные воды просачиваются в землю и обеспечивают воду и питательные вещества для роста деревьев. С продовольственными культурами это сделать не так просто по гигиеническим соображениям. Таким образом, IBTS обеспечивает очистку сточных вод в странах или регионах, где отсутствуют очистные сооружения. [28]
Теплица IBTS представляет собой открытую концепцию, совместимую с большинством других технологий и методов производства воды, энергии и продуктов питания. Он готов к использованию плагинов для будущих технологий, таких как ядерная энергетика компактного термоядерного синтеза, реактор бегущей волны или реакторы-размножители . Когда эти источники энергии станут доступными, их можно будет интегрировать в существующую инфраструктуру ИБТС и генерировать еще больше пресной воды без сброса рассола в естественные водоемы и сопутствующих экологических проблем. Для развития инфраструктуры, на развертывание и масштабирование которого требуются десятилетия, крайне важно проектировать с учетом готовности к будущему, что является ключевым инженерным принципом.
Производственный процесс IBTS спроектирован с учетом автоматизации , которая требует больше электроэнергии, чем обычные строительные площадки или производственные процессы. Эта конструкция платформы также готова к использованию большего количества доступной энергии. Примером может служить большая крыша IBTS, за которой необходимо постоянно наблюдать, чистить и несколько раз ремонтировать в течение жизненного цикла IBTS. Это можно сделать только с помощью специальных ботов или дронов в том масштабе, для которого IBTS была разработана как национальная стратегия озеленения пустынь для освоения и озеленения целых регионов.
Примеры другой биотектуры
[ редактировать ] | Этот раздел нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( декабрь 2021 г. ) |
 | В этом разделе может содержаться информация, не важная и не относящаяся к теме статьи. ( январь 2023 г. ) |
Самый известный пример — « Биосфера 2» , исследовательский проект и демонстрационная площадка, объединяющая жилые помещения в теплицу нового типа. Он был спроектирован так, чтобы быть самодостаточным , включая производство продуктов питания в экосистемном контексте. Еще одним примером биотектуры, которая в первую очередь является жилым домом, является земной корабль . Земные корабли включают очистку и повторное использование воды на нескольких уровнях.
С 2010 года на основе IBTS и других новаторских проектов были созданы городские застройки под названием «Лесные города». Выдающимся примером является проект « Сады у залива», в котором использованы все основные элементы дизайна TSPC Forest City 2008 года, такие как искусственные деревья со сферическими зданиями наверху. Лесной город Лючжоу является одним из многих примеров зеленой архитектуры, соответственно зеленой городской застройки новых городов с большим количеством зеленых зон, включая фасады зданий.
Международные усилия по созданию лесных городов представляют собой еще один уровень последствий. Китай продвигается вперед по созданию нескольких сотен лесных городов. [29] Один из последних примеров – Шэньчжэнь. [30]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Х.Эль-Катеб (2012). «Национальная программа» (PDF) .
- ^ Н.Берделле (2011). «Переосмысление пейзажей» .
- ^ Jump up to: а б Ф.Генрих (18 марта 2013 г.). «5-й водный круглый стол» .
- ^ Группа LivingDesert (2011). Группа компаний «Живая пустыня» .
- ^ Х.Эль-Катеб (2014). «Устойчивое лесное хозяйство» .
- ^ Х.Эль-Катеб (2015). «Лесистость в пустыне» .
- ^ Хамза Хендави (2019). «Каирское наводнение» .
- ^ Джон Ирвин (2019). «Каирский переезд» .
- ^ Николь-Андре Берделле (2011). «Внутреннее опреснение» .
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) - ^ Х.Эль-Катеб (2012). «От сточных вод до плантаций» (PDF) .
- ^ Н.Берделле (2012). «Фактор интеграции» .
- ^ Н.Берделле (2012). «Ресурсы мозаики решений» .
- ^ Группа LivingDesert (2011). «Группа LivingDesert» (PDF) . п. 6.
- ^ Х.Эль-Катеб (2012). «Национальная программа» (PDF) . п. 11.
- ^ АМРАМ ЭШЕЛЬ (2010). «Биомасса галофитов» .
- ^ Комияма А (2008). «Биомасса из корней» (PDF) .
- ^ Николь-Андре Берделле (2022). «Улавливание и хранение углерода в интегрированной биотектурной системе» .
- ^ ЦКА (2020). «Решение в море» .
- ^ Тьерри Шопен (2013). «Аквакультура, интегрированная мультитрофическая (IMTA)» .
- ^ неизвестно (2018). «эффективность опреснения» .
- ^ Н.Берделле (17 февраля 2023 г.). «Данные проекта Интегрированной биотектурной системы» .
- ^ «Состояние коралловых рифов Персидского залива и региона Аравийского моря»
- ^ Доктор Кристоф-Туренк, «Сохранение коралловых рифов в Персидском заливе»
- ^ Н.Берделле (2012). «Соединение энергетики и сельского хозяйства» .
- ^ С. Ахмадванд (2019). «За пределами энергоэффективности» .
- ^ Элиот Бенман (2012). «Идти по натянутому канату» (PDF) .
- ^ Арт Генслер и Карл Ходжес (2016). «Коридор океанских вод» (PDF) .
- ^ А. Кассахун (2016). «Лес из сточных вод» .
- ^ Г-н Венфа Сяо, ФАО (2016 г.). «Национальные лесные города» (PDF) . п. 4.
- ^ Чжан Цянь (2018). «Шэньчжэньский лесной город» .