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干旱地区必备技能:露水的收集和存储

露水采集(或露水收集)就是简单地利用冷凝法将大气中的水蒸气转化为干净且可饮用的水。冷凝法是一种让空气中的水分子以纯净的形式重回地面的被动过程。在古代,人们就已经在降水稀少、地下水资源匮乏的地区应用了露水收集技术。当空气中存在湿度且存在一个温度足以冷凝的表面,露水就会在该表面上冷凝,直至湿度消失。

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在其他水资源(地下水、雨水、水雾)短缺时,露水可以带来大量的水源。雨水收集设备也可在夜间用于露水收集。露水在收集平面冷凝成水珠,然后滴入水槽,流入蓄水池。露水量通常会随着地区的不同而变化,但有时也是一般降雨的重要组成部分。作为潜在的补充性水源,露水收集在干旱和半干旱地区至今还未被广泛应用,有待进一步的研究。

△位于维尼奥拉的实验性露水冷凝器(法国科西嘉岛)。图片来源: OPUR

△位于维尼奥拉的实验性露水冷凝器(法国科西嘉岛)。图片来源: OPUR

适宜条件

  • 大面积的闲置土地。
  • 气温日较差较大的地区(昼夜温差至少有12摄氏度)。
  • 低风带(风会导致水汽蒸发)。高度为10米时,建议风速上限为4米/秒。
  • 露水形成地区的平均风速相当快(1-2米/秒),高于大陆地区0.1-0.2米/秒的速度。
  • 云量的减少会导致辐射冷却效应增强,此时露水量就会增加。
  • 在湿度最大和冷却温度最低的情况下形成的露水量最多。
  • 冷凝材料必须适当(隔热、防水、处于斜坡位置)。

不要收集以下情况中的露水:

  • 有毒植物上或者靠近有毒植物的露水
  • 经过化学处理或者喷洒过化学物质的植物或物体上的露水
  • 有明显动物排便迹象的区域的露水
  • 靠近路边的露水

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对环境変化的适应

露水收集不受干旱或者降雨量变化的影响,只会受到湿度变化的影响。湿度越低,收集到的露水越少。

建造、操作和维护

△位于比舍沃岛西北部的沙布那拉湾的露水收集站。屋顶面积15.1平方米,其对称轴是东(左)西(右)向的。海位于西边。图片来源: D•贝森斯。

△位于比舍沃岛西北部的沙布那拉湾的露水收集站。屋顶面积15.1平方米,其对称轴是东(左)西(右)向的。海位于西边。图片来源: D•贝森斯。

在太阳还未照到收集区的清晨时分是收集露水的最佳时机。

要收集所需水量,集水区一定要足够大,同时其位置也要适于收集露水。地点不同,典型收集率也不同——在摩洛哥,收集率为18.9升/平方米/年(年降雨量为215毫米的地区);而西班牙的收集率达41.5至71.1升/平方米/年(年降雨量在246至324毫米之间的地区)。

收集效率:收集平面位于较高处时比位于地面上时能多收集14%的露水。 使用涂有OPUR特制漆的电镀顶板可能也会有助于提高露水收集效率,因为这种漆会与紫外线产生光催化反应,从而加强红外冷却,并保持亲水性。这种系统是由摩洛哥研发的。涂漆板下是2厘米厚的聚苯乙烯隔热层。屋顶坡度为30度。此系统在夜间利用辐射冷却。也可使用箔,但是易于损坏。

露水收集还可用于创建一种小型灌溉模式,用塑料托盘将露水汇集至植物根部。

成本

成本相差很大,但是每个地区所需的材料决定了建造一个系统的总成本。

一个简易系统包括一块大而平的有一定角度的收集平面、输送水滴的管道或水槽以及一个集水箱。

实例

1

衣索比亚的贡德尔大学(the University of Gondar)农学院研究团队协助当地组织“Roots Up”开发了一款配合沙漠气候的“集露水型温室”。帮助农民更有效率的利用水。

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这项温室设计,可以在白天持续留住阳光照射的热量,令内部增温,土壤及植物表面上的水气便会蒸发、充满整个温室空间,确保温室环境的湿度不会散失到外界,利于作物生长;到了晚上,农民可以手动拉绳将温室的上盖开启,令温室降温,同时温室内的水气遇到冷空气便凝结成露水,沿着集露网流进收集容器。这些收集来的水一方面可以重新用来灌溉植物,更能进一步供人饮用。

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沙漠中的甲虫如何在如此干燥的环境中获取水源?其实非常简单,它们每天清晨会爬上沙丘顶部,利用身体与空气的温差,让雾气在其外壳表面形成露水来饮用。

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设计师受此启发,设计了这个碗状露水收集器。光滑的金属顶面和带有波浪纹的侧面能够更加轻易地“捕获”空气的小水滴,增大接触面积,以获得更多的露水。在曲面和储水罐之间还设计有一道“Y”字形的槽,目的是过滤空气中的沙尘,保证水质的清澈。另外这款露水收集器倒放过来还可以当做盆子来使用。

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以色列工学院建筑与房屋规划系研究生约瑟夫•科里和埃亚勒•马勒卡的发明叫“水空气”(WatAir),用一块块板材做成倒金字塔形,可在任何气候条件下从空气中收集露水并转化为淡水。

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这项发明的灵感来自树叶收集露水的特性,一套面积为315平方英尺的设备每天可从空气中提取至少48升淡水。如果采集器的数量够多,即使在偏远和受到污染的地区也能每天无限量供应淡水。

科里表示,WatAir的底座较小,因此无论在农村还是城市都很容易安装。其竖式斜构件设计利用重力扩大了采集面。板材可弯曲,不用时便于折叠,并可提供避雨遮阳和儿童玩耍的场所。

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这个露水收集器来出自墨西哥的一名学生之手,并在ChaacHa Water Collector设计大奖中获奖。这一便携式露水收集装置平均每晚能够 收集大约2.5公升雨水和露水。这名些学生表示,这一露水收集器设计目的是为了让墨西哥用水紧张地区获得更干净、更充足的水资源。

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高分子聚四氟乙烯被巧妙运用在ChaacHa中,使得集水装置内膜具备超强大的吸水功能。不仅如此,这一蜘蛛网状的结构设计,在最大限度扩大集水容量的同时,还能够折叠便携,你能把它带去任何需要的地方。

有趣的是,这一便携式露水收集装置是以玛雅文化中的雨神ChaacHa命名的,十分恰当又富神话色彩。

相关链接

实地经验:

克罗地亚的水雾和露水收集项目 http://arxiv.org/abs/0707.2931

资料、视频和链接:

国际露水利用组织(OPUR) http://www.opur.fr

文章来源:网络综合,主要资料来自Arkvopedia

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