Seră cu apă de mare - Seawater greenhouse

O seră cu apă de mare este o structură de seră care permite creșterea culturilor și producerea de apă dulce în regiunile aride care constituie aproximativ o treime din suprafața terestră. Aceasta ca răspuns la deficitul global de apă și la vârful apei și la solul care infectează sarea. Sistemul folosește apa de mare și energia solară . Folosește o structură similară cu cea a serii cu ventilatoare, dar cu evaporatoare și condensatoare suplimentare. Apa de mare este pompată în seră pentru a crea un mediu răcoros și umed, condițiile optime pentru cultivarea culturilor temperate. Apa dulce este produsă într-o stare condensată creată prin principiul desalinizării solare, care elimină sarea și impuritățile. În cele din urmă, aerul umidificat rămas este expulzat din seră și utilizat pentru a îmbunătăți condițiile de creștere a plantelor în aer liber.

Proiecte

The Seawater Greenhouse Ltd.

Conceptul de apă de mare efect de seră a fost cercetat mai întâi și dezvoltat în 1991 de către compania Charlie Paton Light Works Ltd, care este acum cunoscut sub numele de efect de seră Seawater Ltd. Charlie Paton și Philip Davies a lucrat la primul proiect - pilot a început în 1992, pe insula Canare din Tenerife . O prototip de seră cu apă de mare a fost asamblată în Marea Britanie și construită pe site-ul din Tenerife, acoperind o suprafață de 360 ​​m2. Culturile temperate cultivate cu succes au inclus roșii, spanac, mazăre pitică, ardei, anghinare, fasole franceză și salată.

Al doilea proiect pilot a fost instalat în 2000 pe coasta insulei Al-Aryam, Abu Dhabi, Emiratele Arabe Unite. Designul este o structură ușoară din oțel, asemănătoare cu un polytunnel cu mai multe sfere, care se bazează pur pe energia solară. Este instalată o rețea de țevi pentru a îmbunătăți designul serii prin scăderea temperaturii și creșterea producției de apă dulce. Sera are o suprafață de 864 m2 și are o producție zilnică de apă de 1 m3, care aproape satisface cererea de irigații a culturii.

Cea de-a treia seră pilot de apă de mare, care are 864 m2, se află lângă Muscat, în Oman, care produce 0,3 până la 0,6 m3 de apă dulce pe zi. Acest proiect a fost creat ca o colaborare între Universitatea Sultan Qaboos. Acesta oferă o oportunitate de a dezvolta un sector horticol durabil pe coasta Batinah. Aceste proiecte au permis validarea unui model de simulare termodinamică care, date date meteorologice adecvate, prezice și cuantifică cu exactitate modul în care va funcționa sera de apă de mare în alte părți ale lumii.

Al patrulea proiect este instalația comercială din Port Augusta, Australia, instalată în 2010. În prezent este o seră cu apă de mare de 20 de hectare deținută și administrată de Sundrop Farms, care a dezvoltat-o ​​în continuare.

Al cincilea design a fost construit în 2017 în Berbera, Somalia. Proiectarea a fost cercetată pentru a fi simplificată și ieftină cu tehnici avansate de modelare a serelor. Acest design include un sistem de umbrire care reține elementele de răcire prin evaporare.

Proiectul Pădurea Sahara

Proiectul Sahara Forest (SFP) combină tehnologia de apă de mare efect de seră și energia solară concentrată și proiecte pilot construite în Iordania și Qatar. Sera cu apă de mare evaporă 50 m3 de apă de mare și recoltează 5 m3 de apă dulce pe hectar pe zi. Capacitatea de producere a energiei solare prin panouri fotovoltaice produce 39 KW pe suprafața de 3 hectare cu o suprafață de creștere de 1350 m2. Serele sunt cu 15 grade mai reci decât temperaturile exterioare, ceea ce permite producția de până la 130.000 kg de legume produse pe an și până la 20.000 litri de apă proaspătă pe zi. În plus, proiectul include revegetarea prin recuperarea solului a plantelor deșertice de fixare a azotului și eliminarea sării prin produse reziduale reutilizate din agricultură și evaporarea apei sărate.

Proces

O seră cu apă de mare folosește mediul înconjurător pentru a cultiva culturi temperate și a produce apă dulce. Proiectarea pentru răcirea microclimatului constă în principal în procesul de desalinizare a umidificării și dezumidificării (HD) sau în umidificarea cu efect multiplu . O seră simplă de apă de mare constă din două răcitoare evaporative (evaporatoare), un condensator, ventilatoare, conducte de apă de mare și apă distilată și culturi între cele două evaporatoare. Acest lucru este prezentat în figurile 1 și 2.

Procesul recreează ciclul hidrologic natural într-un mediu controlat al serii prin evaporarea apei din sursa de apă salină și o recâștigă ca apă dulce prin condensare. Prima parte a sistemului folosește apă de mare, evaporator și condensator. Peretele frontal al serii este format dintr-un evaporator udat cu apă de mare care se confruntă cu vântul predominant. Acestea sunt în mare parte constituite din carton ondulat prezentat în Figura 3. Dacă vântul nu este suficient de răspândit, ventilatoarele suflă aerul exterior prin evaporator în seră. Aerul cald din mediul înconjurător schimbă căldura cu apa de mare care o răcește și o umedește. Aerul rece și umed creează un mediu adecvat de creștere a culturilor. Apa de mare rămasă răcită prin evaporare este colectată și pompată la condensator ca agent de răcire.

Figura 3: Carboard de seră cu apă de mare

În serele convenționale, creează un mediu mai cald oferit de aportul de căldură solară pentru a permite o temperatură de creștere adecvată, în timp ce sera cu apă de mare face contrariul creând un mediu mai rece. Acoperișul captează căldura în infraroșu, permițând în același timp lumina vizibilă pentru a promova fotosinteza . A doua parte a sistemului are un alt evaporator. Apa de mare curge din primul evaporator care îl preîncălzește și apoi curge prin colectorul solar termic de pe acoperiș pentru a-l încălzi suficient înainte de a curge către al doilea evaporator. Apa de mare sau lichidul de răcire curge printr-un circuit format din evaporatoare, țeavă de încălzire solară și condensator cu un aport de apă de mare și o ieșire de apă dulce. Apa proaspătă este produsă de aer cald și cu umiditate relativ ridicată, care poate produce suficientă apă distilată pentru irigare. Volumul de apă proaspătă este determinat de temperatura aerului, umiditatea relativă, radiația solară și debitul de aer. Aceste condiții pot fi modelate cu date meteorologice adecvate, permițând optimizarea proiectării și procesului pentru orice locație adecvată.

Aplicabilitate

Tehnica este aplicabilă siturilor din regiunile aride de lângă mare. Distanța și înălțimea de la mare trebuie evaluate în funcție de energia necesară pentru pomparea apei către amplasament. Există numeroase locații potrivite pe litoral; altele sunt sub nivelul mării, cum ar fi Marea Moartă și Depresiunea Qattara , unde au fost propuse scheme hidro pentru a exploata presiunea hidraulică pentru a genera energie, de exemplu, Canalul Marea Roșie - Marea Moartă .

Studii

În 1996, Paton și Davies au folosit setul de instrumente Simulink sub MATLAB pentru a modela ventilația forțată a serii din Tenerife, Capul Verde, Namibia și Oman. Sera este asistată de vântul predominant, răcirea prin evaporare, transpirația, încălzirea solară, transferul de căldură prin pereți și acoperiș și condensul care este analizat în studiu. Au descoperit că cantitatea de apă necesară centralelor este redusă cu 80% și că este necesară energie electrică de 2,6-6,4 kWh pentru m3 de apă proaspătă produsă.

În 2005, Paton și Davis au evaluat opțiunile de proiectare cu modelare termică folosind modelul din Emiratele Arabe Unite ca bază. Au studiat trei opțiuni: ecran perforat, cale aeriană în formă de C și rețea de țevi, pentru a găsi un circuit mai bun de apă de mare care să răcească mediul și să producă cea mai mare cantitate de apă dulce. Studiul a constatat că o rețea de țevi a dat cele mai bune rezultate: o scădere a temperaturii aerului de 1 ° C, o scădere medie a temperaturii radiante de 7,5 ° C și o creștere a producției de apă dulce de 63%. Acest lucru poate fi implementat pentru a îmbunătăți serele cu apă de mare din regiunile aride fierbinți, cum ar fi cel de-al doilea proiect pilot din Emiratele Arabe Unite.

În 2018, Paton și Davis au cercetat utilizarea saramurii pentru răcirea și producția de sare în sere de apă de mare acționate de vânt pentru a o proiecta și modela. Saramura eliminată de desalinizarea apei de mare poate perturba ecosistemul, deoarece se produce aceeași cantitate de saramură ca și apa dulce. Prin utilizarea metodei de valorizare a saramurii a fluxului de aer condus de vânt prin răcirea serii cu evaporarea apei de mare, se poate produce sare așa cum se arată în Figura 4. Această saramură este produsul secundar al producției de apă dulce, dar poate fi, de asemenea, ingredientul sare, transformându-l într-un produs care poate fi comercializat.

Figura 4: conceptul de bază al serii cu apă de mare pentru utilizarea saramurii.

O descoperire suplimentară a acestei cercetări a fost importanța plasei de umbre, care este modelată de o peliculă subțire în studiul prezentat în Figura 5. Acesta nu numai că asigură răcire, ci și alungă panoul de răcire prin conținerea panoului de aer rece din evaporativ. Placă de răcire.

Figura 5: Modelul geometric al plasei de umbră pentru determinarea căderii de presiune care arată (a) sistemul local de coordonate și (b) planurile de simetrie (linii punctate) utilizate pentru simplificarea modelării.

Vezi si

Referințe

linkuri externe