РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ КОМПЛЕКСОВ СОПРЯЖЁННОЙ ДОБЫЧИ ВОДЫ И ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Аннотация

К. Ю. Пименов, Е. С. Матлак РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ КОМПЛЕКСОВ СОПРЯЖЁННОЙ ДОБЫЧИ ВОДЫ И ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ Конструктивные схемы сопряжённого использования силовой установки и конденсатора..

Общая постановка проблемы

Представлен обзор основных схем работы компрессионных машин, турбоагрегатов и теплоиспользующих солнечных систем, а также внесены предложения по внедрению новых методик, с целью получения воды из атмосферного воздуха.

Ключевые слова: теплоиспользующие солнечные системы, турбоагрегаты, конденсация, атмосферный воздух.

The review main scheme of compressive machines, turboset, refrigerator machines working with the help heat of sun are presented, and also principle their work for the purpose of receive water from atmospheric air. Keywords: refrigerator machines working with the help heat of sun, turboset, condensation , atmospheric air

Проблема извлечения воды из воздушного бассейна – актуальная научная задача, которая к настоящему времени не имеет устоявшегося и доминирующего решения. В подавляющем большинстве случаев разработки остаются на уровне патентов. Конструктивные решения, подтверждающие заявленные в патенте данные, единичны. По существующим данным, годовое испарение воды с поверхности планеты, составляет более 570 млн. тонн. Этот объём выпадает в виде осадков, совершая цикл несколько десятков раз. Речной годовой сток составляет лишь 7% от общего количества осадков. Таким образом, основной источник пресной воды – атмосферная вода – оказывается неиспользуемым. По данным существующих работ [1] средняя абсолютная влажность близ земной поверхности составляет 11 г/см3 , а иногда и выше. Большое количество стран тропического и умеренного пояса страдает от недостатка воды, хотя её содержание в атмосфере весьма значительно. Издавна пресную воду получали путём сбора сконденсированных капель из воздуха в результате естественного суточного радиационного охлаждения земной поверхности, а также охлаждения в ночное время в пустынных областях пористых камней с образованием на них росы. Полученные объёмы были крайне незначительны. Главный и определяющий вопрос этой проблемы – себестоимость литра воды, мобильность установки и соответствующая производительность. Естественно, имеет важное значение стоимость самой установки. Исходя из данных предъявленных требований, предложим пути решения задачи в условиях юга Украины, Причерноморья, Средиземноморья, умеренных широт и тропиков. Поскольку современная концепция развития экологии в целом, а значит, и инженерной экологии, предусматривает минимизацию затрат ресурсов и энергии, будем следовать правилу наименьших затрат и нагрузки на окружающую среду. Для решения поставленной задачи, предлагается применять альтернативные по своему подходу методы, а именно: биологический и технический. В существующей литературе описано множеств технических решений данного вопроса, однако, важным упущением является отсутствие финансового обоснования и подбора материалов для исполнения. Биологическим же путём воду человечество не добывает, из-за отсутствия приемлемых методик. Предложенный метод должен стать основополагающим в развитии этого направления экологии и биологии. ров.

Суть метода состоит в том, что нагретый атмосферный воздух 1, попадает в тело конденсатора 2, где охлаждается, а пар оседает и попадает в водосборник 3. Данный процесс становится возможен в случае значительных перепадов температур в теле конденсатора и окружающей среде. Чтобы добиться этого предлагается тело конденсатора выполнить из алюминия, имеющего высокую теплоёмкость и теплопроводность, а также антикоррозионные качества. Представленную емкость погрузить в пирамиду из щебня или гравия 4, чтобы циркуляция воздуха между отдельными элементами насыпи приводила к наибольшему охлаждению погружённого объекта, а сконденсированная на самих частицах влага, попадала в водосборник под пирамидой. Основной же объём воды планируется получать путём конденсации пара на стенках резервуара. Как следует из рисунка 1, нагретая солнечными лучами вода в сообщающемся резервуаре 5, создаёт область высокой температуры в выводящей трубе 6, что в свою очередь продуцирует тягу менее горячего воздуха через воздухозаборы. В действие их приводит либо пассивная тяга от градиента температур, либо ветровая турбина 7, вращающаяся под действием ветра, тем самым, направляя поток воздуха внутрь. Для ещё большего охлаждения внутри резервуара возможно применение термосифонов 8, которые, будучи наполненными хладагентом, например изо-пентаном, позволили бы снизить температуру поступающего воздуха. Для эффективного их действия, тело сифона выполняется из асбестоцемента, имеющего очень малую теплопроводность, а торцы – из алюминия, выполненные с множеством граней, для повышения площади теплоотдачи. Чтобы добиться охлаждения верхней части цилиндра, её необходимо выводить под тент, скрывающий от прямых солнечных лучей. Подобная установка является автономной и может работать до истощения ресурса материалов. Если возможна выработка подстилающих грунтов, то необходимо погрузить тело конденсатора в грунт, для ещё большего снижения температуры Для повышения производительности работы машины, предлагается оснастить её автономным аппаратом получения электрической энергии, работающем либо от двигателей, если речь идёт про передвижные станциии добычи воды, либо от солнечных батарей, ветрогенераторов и т. д. , если речь идёт об стационарной станции, а также сорбентом, для поглощения влаги из воздуха . Как следует из рисунка 2, выработанная энергия необходима для работы вентиляторов 1, которые подают и выводят воздух, а также, для работы компрессора 2, который посредством изменения давления в трубках с фреоном, будет эффективно снижать температуру внутри резервуара, как в обычных машинах охлаждения. Это позволяет отказаться от большинства деталей конструкции, сделать её мобильной и компактной, однако, существенно повышает стоимость, за счёт блока выработки энергии 3 и сопутствующего оборудования. Таким образом, мы рассмотрели один из технических методов решения задачи.

Суть биологического метода добычи пресной воды состоит в биологическом процессе транспирации виды с поверхности листовой пластинки. Этот процесс является продуктом, как физического испарения, так и осмотической регуляции самого растения. Суть метода представлена на рисунке 3. Проект предполагает высадку деревьев определённого вида, например тополя, поскольку данное семейство распространено на всех континентах и не требует акклиматизации, а также имеет высокие показатели испарения влаги, помещённых в прозрачный резервуар из каркаса и полиэтиленовой плёнки 1, которая служит поверхностью сбора испаряющейся влаги. Высокая температура внутри плёнки приведёт к созданию парника, а значит – к конденсации влаги на плёнке, поскольку снаружи температура будет ниже. По косому желобу 2, опоясывающему плёнку по спирали, вода будет попадать в водосборник 3. Суточное испарение влаги с одного дерева, с количеством листвы 200 000 штук, в вегетационный период, может превышать 70 литров. Для нормализации процессов развития коры и корней дерева, необходимо проветривать тело конденсатора, что можно решить пассивными механизмами проветривания, за счёт давления тёплого шара воздуха, что будет пассивно открывать клапаны воздуховодов во входящем и выводящем канале 4. Неоспоримыми преимуществами метода являются его 100% экологичность и простота, возможность применения практически в любых условиях, где есть почвы, дешевизна. К минусам следует отнести относительно малое количество полученной воды, необходимость корректировки роста и развития растения, либо высадка определённых сортов, не формирующих большую крону, медленное развитие биологических систем. Таким образом, мы рассмотрели возможные варианты решения проблемы малой водообеспеченности в засушливых регионах. Стоит отметить, что такой подход актуален для территорий, где существует суточный перепад температур, либо близко лежащие водные горизонты. Перспективными для подобных проектов являются территории северного Крыма, Одесской области, государства Средиземноморского бассейна и т. д. Также, стоит акцентировать возможность создания мобильных станций сбора атмосферной воды, что позволит снабжать отдалённые регионы, а также армейские соединения в условиях недостатка водоснабжения.

Список использованной литературы

1.Алексеев В. В. Получение пресной воды из влажного воздуха [текст]/ В. В. Алексеев, К. В. Чекарев // Аридные системы, Т. 2, 1996. №2-3.

2.Andrew Delano, Design Analysis of the Einstein Refregeration Cycle. Georgia Institute of Technology, June 1998. http://model.exponenta.ru/