Войти
Большой воздухозаборник бельгийского инженера в Транс-ан-Прованс.An воздушный колодец или воздушный колодец представляет собой конструкцию или устройство, которое собирает воду, способствуя конденсации влаги из воздуха. Конструкции вентиляционных колодцев многочисленны и разнообразны, но самые простые конструкции полностью пассивны, не требуют внешнего источника энергии и имеют небольшое количество движущихся частей, если таковые имеются.
Для воздухозаборников используются три основных типа конструкции, обозначаемые как высокомассовые, радиационные и активные:
Глобальный атмосферный водяной пар на 30 января 2005 г. Зима в северном полушарии и лето в южном полушарии. Все конструкции воздуховодов включают субстрат с достаточно низкой температурой, чтобы образовывалась роса. Роса - это форма осадков, которые возникают естественным образом, когда атмосферный водяной пар конденсируется на подложке. Он отличается от тумана тем, что туман состоит из капель воды, которые конденсируются вокруг частиц в воздухе. Конденсация выделяет скрытое тепло, которое необходимо отвести для продолжения сбора воды.
Воздуховод требует влаги из воздуха. Повсюду на Земле, даже в пустынях, окружающая атмосфера содержит хоть немного воды. Согласно Бейсенсу и Милимуку: «Атмосфера содержит 12 900 кубических километров (3100 кубических миль) пресной воды, состоящей из 98 процентов водяного пара и 2 процентов конденсированной воды (облака ): цифра сопоставима с возобновляемыми жидкими водными ресурсами населенных пунктов (12 500 км) ». Количество водяного пара, содержащегося в воздухе, обычно обозначается как относительная влажность, и это зависит от температуры - более теплый воздух может содержать больше водяного пара, чем более холодный воздух. Когда воздух охлаждается до точки росы , он насыщается, и влага конденсируется на подходящей поверхности. Например, температура росы воздуха при 20 ° C (68 ° F) и 80-процентной относительной влажности составляет 16 ° C (61 ° F). Температура росы падает до 9 ° C (48 ° F), если относительная влажность составляет 50 процентов.
Родственный, но весьма отличный способ получения атмосферной влаги - это туманная ограда.
Воздуховод не следует путать с прудом для росы. Пруд для росы - это искусственный пруд , предназначенный для поения скота. Название «пруд с росой» (иногда «пруд с облаками» или «пруд с туманом») происходит от широко распространенного мнения, что пруд был заполнен влагой из воздуха. Фактически, пруды с росой в основном заполнены дождевой водой.
Каменная мульча может значительно повысить урожайность в засушливых областях. Это особенно характерно для Канарских островов : на острове Лансароте ежегодно выпадает около 140 миллиметров (5,5 дюйма) дождя, и здесь нет постоянных рек. Несмотря на это, можно вырастить значительные урожаи, используя мульчу из вулканических камней - уловку, обнаруженную после извержения вулкана в 1730 году. Некоторые считают, что каменная мульча способствует образованию росы; хотя эта идея вдохновила некоторых мыслителей, маловероятно, что эффект будет значительным. Скорее, растения способны впитывать росу непосредственно со своих листьев, и основное преимущество каменной мульчи заключается в сокращении потерь воды из почвы и устранении конкуренции со стороны сорняков.
Начало в начале 20 века ряд изобретателей экспериментировали с массовыми коллекторами. Известными исследователями были русский инженер (иногда называемый Фридрихом Зибольдом), французский биоклиматолог, немецко-австралийский исследователь Вольф Клафак и бельгийский изобретатель.
Часть конденсатора росы Зибольда. (а) представляет собой усеченный конус из пляжной гальки гальки диаметром 20 метров (66 футов) у основания и 8 метров (26 футов) в диаметре вверху. (б) - бетонная чаша; труба (не показана) ведет от дна чаши к сборному пункту. (c) находится на уровне земли и (d) представляет собой естественное известняковое основание. В 1900 году, недалеко от места древнего византийского города Феодосии, тринадцать больших груд камней были обнаружены Зибольдом, лесником и инженером, отвечавшим за эту территорию. Каждая каменная куча покрывала чуть более 900 квадратных метров (9700 квадратных футов) и была около 10 метров (33 футов) в высоту. Находки были связаны с остатками терракотовых труб диаметром 75 мм (3,0 дюйма) , которые, по-видимому, вели к колодцам и фонтанам в городе. Зибольд пришел к выводу, что каменные стопки были конденсаторами, снабжавшими Феодосию водой; и подсчитал, что каждая воздушная скважина производит более 55 400 литров (12 200 имп галлонов; 14 600 галлонов США) каждый день.
Чтобы проверить свою гипотезу, Зибольд построил конденсатор из каменных куч на высоте 288 метров (945 футов). на горе Тепе-Оба недалеко от древнего городища Феодосия. Конденсатор Зибольда был окружен стеной высотой 1 метр (3 фута 3 дюйма) и шириной 20 метров (66 футов) вокруг чашеобразной зоны сбора с дренажем. Он использовал морские камни диаметром 10–40 сантиметров (3,9–15,7 дюйма), сложенные в виде усеченного конуса высотой 6 метров (20 футов), диаметр которого составлял 8 метров (26 футов) на вершине. Форма каменной кучи обеспечивала хороший поток воздуха с минимальным тепловым контактом между камнями.
Конденсатор Зибольда начал работать в 1912 году с максимальной суточной производительностью, которая, по последним оценкам, составляла 360 литров (79 имп. gal; 95 галлонов США) - Зибольд в то время не делал публичных отчетов о своих результатах. На базе возникли утечки, которые вынудили эксперимент закончиться в 1915 году, и сайт был частично демонтирован перед тем, как покинуть его. (Это место было заново открыто в 1993 году и очищено.) Конденсатор Зибольда был примерно того же размера, что и найденные древние каменные сваи, и, хотя урожай был намного меньше, чем рассчитанный Зибольдом для исходных структур, эксперимент послужило источником вдохновения для более поздних разработчиков.
Вдохновленный работами Зибольда, Чапталь построил небольшую воздушную скважину недалеко от Монпелье в 1929 году. Конденсатор Чапталя представлял собой пирамидальную бетонную конструкцию 3 квадратных метров (9,8 футов) и высотой 2,5 метра (8 футов 2 дюйма), он был заполнен 8 кубическими метрами (280 кубических футов) кусков известняка диаметром около 7,5 см (3,0 дюйма). Маленькие вентиляционные отверстия окружали вершину и основание пирамиды. Эти отверстия можно было закрывать или открывать по мере необходимости, чтобы контролировать поток воздуха. Структуре давали остыть в течение ночи, а затем в течение дня впускали теплый влажный воздух. На кусках известняка образовывалась роса, которая собиралась в резервуаре ниже уровня земли. Количество полученной воды варьировалось от 1 литра (0,22 имп гал; 0,26 галлона США) до 2,5 литров (0,55 имп гал; 0,66 галлона США) в день в зависимости от атмосферных условий.
Чапталь не рассматривал свой эксперимент успех. Выйдя на пенсию в 1946 году, он вывел из строя конденсатор, возможно, потому, что не хотел оставлять ненадлежащую установку, чтобы ввести в заблуждение тех, кто позже мог бы продолжить исследования по воздухозаборникам.
Вольф Клафаке был успешным химиком, работавшим в Берлине в 1920-е и 1930-е годы. За это время он испытал несколько типов воздушных скважин в Югославии и на острове Вис в Адриатическом море. Работа Клапхака была вдохновлена Зибольдом и работами Маймонида, известного еврейского ученого, писавшего на арабском языке около 1000 лет назад и упомянувшего использование водяных конденсаторов в Палестине.
Клапхак экспериментировал. с очень простой конструкцией: участок склона горы расчищен и заглажен водонепроницаемым покрытием. Его затенял простой навес, поддерживаемый столбами или гребнями. Стороны конструкции были закрыты, но верхний и нижний края остались открытыми. Ночью склон горы остывал, а днем влага собиралась и стекала по сглаженной поверхности. Хотя система, по-видимому, работала, она была дорогостоящей, и Klaphake, наконец, принял более компактную конструкцию, основанную на каменной кладке. Эта конструкция представляла собой здание в форме сахарной головы, высотой около 15 метров (49 футов), со стенами толщиной не менее 2 метров (6 футов 7 дюймов), с отверстиями наверху и внизу. Наружная стена была сделана из бетона, чтобы обеспечить высокую теплоемкость, а внутренняя поверхность была сделана из пористого материала, такого как песчаник. По словам Клапхака:
Здание производит воду днем и охлаждается ночью; когда восходит солнце, теплый воздух втягивается через верхние отверстия в здание выходящим более холодным воздухом, охлаждается на холодной поверхности, откладывает воду, которая затем просачивается вниз и собирается где-то внизу. Ошибочно думать, что этот процесс работает только в дни с росой, так как внутренняя поверхность становится намного холоднее, чем можно было бы ожидать. В Далмации тот день был редким исключением, когда вода не производилась.
Следы конденсаторов Клапхака были предварительно идентифицированы.
В 1935 году Вольф Клафак и его жена Мария эмигрировали в Австралию. Решение Клапхаков эмигрировать, вероятно, было в первую очередь результатом встреч Марии с нацистскими властями; на их решение поселиться в Австралии (а не, скажем, в Британии) повлияло желание Вольфа разработать конденсатор росы. Как засушливый континент, Австралия, вероятно, нуждалась в альтернативных источниках пресной воды, и премьер Южной Австралии, которого он встретил в Лондоне, проявил интерес. Клафак сделал конкретное предложение по установке конденсатора в небольшом городке Кук, где не было питьевой воды. В Куке железнодорожная компания ранее установила большой активный конденсатор, работающий на угле, но он был непомерно дорогим в эксплуатации, и было дешевле просто транспортировать воду. Однако правительство Австралии отклонило предложение Клафака, и он потерял интерес к проекту.
Внешний вид 
Интерьер. Колодец Ахилла Кнапена. Кнапен, который ранее работал над системами для удаления влаги из зданий, в свою очередь, вдохновившись работой Чапталя, он приступил к строительству амбициозно большого puits aerien (воздушный колодец) на холме высотой 180 метров (590 футов) в Trans-en- Прованс во Франции. Начиная с 1930 года, башню росы Knapen строили за 18 месяцев; он все еще стоит сегодня, хотя и в ветхом состоянии. Во время строительства конденсатор вызывал некоторый общественный интерес.
Башня имеет высоту 14 метров (46 футов) и массивные каменные стены толщиной около 3 метров (9,8 фута) с несколькими отверстиями для в воздухе. Внутри - массивная колонна из бетона. Ночью всей конструкции дают остыть, а днем теплый влажный воздух входит в конструкцию через высокие отверстия, охлаждается, опускается и покидает здание через нижние отверстия. По замыслу Кнапена, вода должна конденсироваться на холодной внутренней колонне. В соответствии с выводом Чапталя о том, что поверхность конденсации должна быть шероховатой, а поверхностное натяжение должно быть достаточно низким, чтобы конденсированная вода могла капать, внешняя поверхность центральной колонны была усеяна выступающими пластинами из сланца. Сланцы были размещены почти вертикально, чтобы способствовать стеканию в сборный резервуар на дне конструкции. К сожалению, воздушная скважина так и не достигла тех показателей, на которые рассчитывали, и производила не более нескольких литров воды каждый день.
Конденсатор росы Big OPUR на Корсике 
Испытательный полигон радиационного конденсатора росы в деревне Котар на северо-западе Индии, недалеко от побережья Аравийского моря. К концу двадцатого столетия механизм конденсации росы был гораздо лучше понят. Основная идея заключалась в том, что коллекторы с малой массой, которые быстро теряют тепло из-за излучения, работают лучше всего. Над этим методом работал ряд исследователей. В начале 1960-х конденсаторы росы, сделанные из листов полиэтилена, поддерживаемые на простой раме, напоминающей коньковый тент, использовались в Израиле для орошения растений. Саженцы, получившие росу и очень незначительные осадки от этих коллекторов, выжили намного лучше, чем контрольная группа, посаженная без таких вспомогательных средств - все они засохли за лето. В 1986 году в Нью-Мексико конденсаторы, сделанные из специальной фольги, производили достаточно воды для снабжения молодых саженцев.
В 1992 году группа французских ученых посетила конференцию по конденсированным веществам в Украина где физик Даниэль Бейсенс познакомил их с историей о том, как древняя Феодосия снабжалась водой из конденсаторов росы. Они были настолько заинтригованы, что в 1993 году поехали посмотреть все своими глазами. Они пришли к выводу, что курганы, которые Зибольд идентифицировал как конденсаторы росы, на самом деле были древними курганами (часть некрополя древней Феодосии) и что трубки были средневекового происхождения и не связаны со строительством курганов. Они нашли остатки конденсатора Зибольда, который они привели в порядок и внимательно изучили. Конденсатор Зибольда, по-видимому, работал достаточно хорошо, но на самом деле его точные результаты не совсем ясны, и возможно, что коллектор улавливал туман, что значительно увеличивало урожайность. Если конденсатор Зибольда и работал, то это, вероятно, было связано с тем, что несколько камней у поверхности насыпи могли терять тепло ночью, будучи термически изолированными от земли; однако, это никогда не могло дать урожай, который предполагал Зибольд.
Восторженная партия вернулась во Францию и основала Международную организацию по утилизации росы (OPUR) с конкретной целью сделать росу доступной в качестве альтернативный источник воды.
OPUR начал исследование конденсации росы в лабораторных условиях; они разработали специальную гидрофобную пленку и провели эксперименты с пробными установками, включая коллектор площадью 30 квадратных метров (320 квадратных футов) на Корсике. Важнейшие идеи включали идею о том, что масса конденсирующей поверхности должна быть как можно меньшей, чтобы она не могла легко удерживать тепло, что она должна быть защищена от нежелательного теплового излучения слоем изоляции, и что он должен быть гидрофобным, чтобы легко выделять конденсированную влагу.
К тому времени, когда они были готовы к своей первой практической установке, они услышали, что один из их членов, Гирджа Шаран, получил грант на строительство конденсатора росы в Котаре, Индия. В апреле 2001 года Шаран случайно заметил значительный конденсат на крыше коттеджа в засушливом прибрежном районе Катч, где он ненадолго остановился. В следующем году он более внимательно изучил это явление и опросил местных жителей. При финансовой поддержке Агентства развития энергетики Гуджарата и Всемирного банка Шаран и его команда продолжили разработку пассивных радиационных конденсаторов для использования в засушливом прибрежном районе Катч. Активная коммерциализация началась в 2006 году.
Sharan протестировала широкий спектр материалов и получила хорошие результаты от оцинкованного железа и алюминиевых листов, но обнаружила, что листы из специального пластика Разработанные OPUR толщиной всего 400 микрометров (0,016 дюйма) обычно работали даже лучше, чем металлические листы, и были дешевле. Пластиковая пленка, известная как фольга OPUR, является гидрофильной и изготовлена из полиэтилена, смешанного с диоксидом титана и сульфатом бария.
Существует три основных подхода к проектированию. радиаторов, собирающих влагу в воздухозаборниках: массивные, излучающие и активные. В начале двадцатого века проявлялся интерес к скважинам с большой массой воздуха, но, несмотря на множество экспериментов, включая строительство массивных конструкций, этот подход оказался неудачным.
Начиная с конца двадцатого века, появились было проведено много исследований маломассивных радиационных коллекторов; они оказались гораздо более успешными.
Конструкция воздухозаборника с высокой массой пытается охладить большую массу кладки с помощью холодного ночного воздуха, проникающего в конструкцию из-за ветра или ветра. естественная конвекция. Днем тепло солнца приводит к повышенной влажности воздуха. Когда влажный дневной воздух хорошо попадает в воздух, он конденсируется на предположительно прохладной кладке. Ни один из крупномасштабных коллекторов не показал хороших результатов, особенно ярким примером является воздушная скважина Кнапена.
Проблема с коллекторами большой массы заключалась в том, что они не могли избавиться от достаточного количества тепла в течение ночи - несмотря на конструктивные особенности, предназначенные для обеспечения этого. Хотя некоторые мыслители полагали, что Зибольд, возможно, был прав, в статье в Journal of Arid Environments обсуждается, почему конструкции конденсаторов с большой массой этого типа не могут давать полезное количество воды:
Мы хотели бы подчеркнуть следующий момент. Для образования конденсата температура конденсатора камней должна быть ниже температуры точки росы. Когда нет тумана, температура точки росы всегда ниже температуры воздуха. Метеорологические данные показывают, что температура точки росы (показатель влажности воздуха) существенно не меняется при стабильной погоде. Таким образом, ветер, который в конечном итоге влияет на температуру воздуха в конденсаторе, не может охлаждать конденсатор, чтобы обеспечить его работу. Другое явление охлаждения - радиационное охлаждение - должно действовать. Следовательно, именно в ночное время, когда конденсатор охлаждается за счет излучения, жидкая вода может быть извлечена из воздуха. Очень редко температура точки росы может значительно повыситься и превысить температуру камня внутри каменной кучи. Иногда, когда это происходит, роса может быть обильной в течение короткого периода времени. Вот почему последующие попытки Л. Чапталя и А. Кнапена построить массивные конденсаторы росы лишь в редких случаях приводили к значительным выходам. [Выделение как в оригинале]
Хотя древние колодцы с воздухом упоминаются в некоторых источниках, свидетельств о них скудно, и стойкая вера в их существование имеет характер современного мифа.
Диаграмма радиационного коллектора. (a) излучающая / конденсирующая поверхность, (b) сборный желоб, (c) изоляция подложки, (d) подставка. Излучающий воздушный колодец предназначен для охлаждения подложки посредством излучения тепла в ночь небо. Подложка имеет небольшую массу, поэтому она не может удерживать тепло, и она термически изолирована от любой массы, в том числе от земли. Типичный коллектор излучения представляет собой конденсирующую поверхность под углом 30 ° от горизонтали. Конденсирующая поверхность поддерживается толстым слоем изоляционного материала, такого как пенополистирол, и поддерживается на высоте 2–3 метра (7–10 футов) над уровнем земли. Такие конденсаторы удобно устанавливать на коньковых крышах малоэтажных домов или опираться на простой каркас. Хотя другие высоты обычно не работают так хорошо, может быть дешевле или удобнее установить коллектор рядом с уровнем земли или на двухэтажном здании.
Конденсатор излучения 550 м (660 кв. Ярдов) на северо-западе Индия. Излучательный конденсатор площадью 550 квадратных метров (5900 квадратных футов), показанный слева, построен недалеко от земли. В районе на северо-западе Индии, где она установлена, роса возникает в течение 8 месяцев в году, и установка собирает около 15 миллиметров (0,59 дюйма) росы за сезон с почти 100 ночами росы. В год он обеспечивает в общей сложности около 9000 литров (2000 имп гал; 2400 галлонов США) питьевой воды для школы, которая владеет и управляет этим объектом.
Конструкции с металлической крышей, такие как эта один, можно использовать для сбора росистой воды, просто добавив желоба и, для увеличения производительности, слой изоляции на нижней стороне. Без изоляции выходная мощность почти вдвое меньше, чем у пластиковых конденсаторов. Хотя плоские конструкции имеют преимущество простоты, другие конструкции, такие как перевернутые пирамиды и конусы, могут быть значительно более эффективными. Вероятно, это связано с тем, что конструкция защищает конденсирующие поверхности от нежелательного тепла, излучаемого нижними слоями атмосферы, и, будучи симметричными, они не чувствительны к направлению ветра.
Новые материалы могут сделать коллекторы еще лучше. Один из таких материалов вдохновлен жуком пустыни Намиб, который выживает только за счет влаги, которую извлекает из атмосферы. Было обнаружено, что его спина покрыта микроскопическими выступами: пики гидрофильные, а впадины гидрофобные. Исследователи из Массачусетского технологического института смоделировали эту возможность, создав текстурированную поверхность, сочетающую чередующиеся гидрофобные и гидрофильные материалы.
Коммерческий атмосферный генератор воды, предназначенный для использования в жилых помещениях. 
Пример установки конденсатора на крыше, конденсатор из пластиковой пленки со специальными свойствами, с изоляционным слоем между пленкой и бетонной поверхностью крыши. Эта инсталляция находится на школьных зданиях в Саяре (Катч, Индия). В отличие от металлических крыш, бетонные крыши не притягивают конденсат без какой-либо обработки, поэтому требуется внешний конденсатор. Производительность таких конденсаторов почти в два раза выше, чем от голой металлической крыши, все остальное остается постоянным. Активные коллекторы атмосферной воды используются с момента коммерциализации механического охлаждения. По сути, все, что требуется, - это охладить теплообменник ниже точки росы, и будет получена вода. Такое производство воды может иметь место как побочный продукт, возможно, нежелательный, при осушении. Система кондиционирования воздуха в Бурдж-Халифа в Дубае, например, ежегодно производит около 15 миллионов галлонов США (57 000 м3) воды, которая используется для орошения ландшафтных насаждений башни..
Поскольку механическое охлаждение является энергоемким, активные коллекторы обычно ограничены местами, где нет подачи воды, которую можно опреснять или очистить с меньшими затратами, и которые находятся достаточно далеко от запас пресной воды делает транспорт неэкономичным. Такие обстоятельства редки, и даже тогда крупные установки, подобные той, что была опробована в 1930-х годах в Куке в Южной Австралии, терпели неудачу из-за стоимости эксплуатации установки - было дешевле транспортировать воду на большие расстояния.
в случае небольших установок удобство может перевесить стоимость. Существует множество небольших машин, предназначенных для использования в офисах, которые производят несколько литров питьевой воды из атмосферы. Однако есть обстоятельства, при которых действительно нет источника воды, кроме атмосферы. Например, в 1930-х годах американские конструкторы добавили конденсаторные системы к дирижаблям - в этом случае воздух выбрасывался выхлопными газами двигателей, и поэтому он содержал дополнительную воду в качестве продукта сгорания. Влага собиралась и использовалась в качестве дополнительного балласта для компенсации потери веса при израсходовании топлива. Собирая балласт таким образом, можно было поддерживать относительно постоянную плавучесть дирижабля без необходимости выделять газообразный гелий, который был дорогостоящим и находился в ограниченном количестве.
Совсем недавно на Международной космической станции, модуль Звезда включает в себя систему контроля влажности. Собираемая им вода обычно используется для подачи в систему Elektron, которая электролизует воду на водород и кислород, но ее можно использовать для питья в экстренных случаях.
Существует ряд конструкций, которые минимизируют потребность в энергии активных конденсаторов:
Эта статья была широко воспроизведена, включая выдержки из Sharan, 2006.CS1 maint: ref = harv (ссылка )
 | Wikimedia Commons has media related to Air wells. |
 | Wikiversity has learning resources about Rainwater harvesting/Dew harvesting |
