这项工作为 AWVP 主题提供了入门知识，并描述了如何构建露水收集装置。不幸的是，目前大多数标准气象档案中都没有记录露水；因此，该项目的下一步是提供一种可靠的区域评估方法，让外行人也能理解。
在发展中国家，获取干净饮用水的问题非常普遍。大气中含有大量以水蒸气形式存在的水；然而，收集这些水蒸气既困难又昂贵。大气水蒸气处理 (AWVP) 是一个新的研究领域，正在开发获取这种水蒸气的方法。其中一种方法被称为辐射冷却。表面散发热量，直到温度降至露点以下，导致水分凝结在表面。这是一个自然发生的过程，会产生露水。建议收集屋顶上自然形成的露水作为饮用水源。在天气条件适宜的地区，由镀锌铁、塑料或玻璃制成的屋顶会自然产生大量露水。只需收集这些露水，一个家庭每个露水之夜就可以收集多达 2 升的露水。这项工作为 AWVP 主题提供了入门知识，并描述了如何建造露水收集装置。不幸的是，目前大多数标准气象档案中都没有记录露水；因此，该项目的下一步是提供一种外行人也能使用的可靠区域评估方法。
介绍
随着世界人口的增长，淡水资源正在枯竭。海水淡化已成为获取水的必要手段；然而，目前的方法通常成本高昂，而且使用化石燃料。这不适合发展中国家，因为发展中国家迫切需要增加淡水供应。大气水蒸气处理 (AWVP) 是一种新兴技术，其中大气水蒸气被冷凝和收集。[1] [2] [3]
工作原理
地球大气中每立方米空气中约有 4 克水蒸气。这种饮用水来源几乎遍布全球。AWVP 通过将水从蒸汽冷凝为液体来收集这种水。[4] [5]
优点
- 该技术尚处于开发早期阶段，但有潜力为标准供水提供环境可接受的替代品。[4] [5]
- 许多 AWVP 设计都倾向于分散供水，避免基础设施建设的巨额资本成本。[5]
- 对于发展中国家来说，AWVP 可以是适当的、由社区管理和维护的。[5]
- AWVP 方法与海水淡化厂相比具有竞争力，而且操作和维护更简单、成本更低。[5]
- 产水量根据装置规模不同而不同，适合为个人甚至数千人提供饮用水。[5]
- AWVP 的生产可以在各种地点进行。因此，可以减少或避免昂贵的供水基础设施。[5]
- 从化学角度来看，大气中的水蒸气与周围的空气一样纯净。自然产生的露水是一种可饮用的软水来源，通常矿物质含量较低。[6]
背景 - 辐射冷却
目前，本文仅考虑使用冷却表面凝结水的 AWVP 方法。其他常见方法是使用受控强制对流来浓缩空气中的水蒸气量，以及使用化学干燥剂使其凝结。[5]
有趣的是，许多沙漠和沿海地区的植物和动物都依赖于这种来源。[7]自然，露水形成的现象是由于夜空辐射冷却而发生的。 在晴朗的夜晚，热能从地球表面辐射到天空。 当表面温度降至露点以下时，水蒸气会凝结成水滴。 露水既来自大气中以露水形式存在的水蒸气，也来自土壤中以露水形式存在的水。[8] [9]
可以通过复杂的湍流流体分析来近似计算降露水的数量，但将其视为能量平衡问题则简单得多。[9]请注意，凝结过程会释放能量。
R+格+碳+λF+米=问∂电视∂吨{\displaystyle R+G+C+\lambda F+M=Q{\frac {\partial T}{\partial t}}}
在哪里
- R = 净入射辐射通量（负数）
- G = 从土壤到地表的总热通量
- C = 从空气到地表的显热通量
- F = 从空气到表面的水蒸气通量
- λ = 汽化潜热
- Q = 每平方厘米空气草层的热容量
- T = 层平均温度
- M=每cm2植物代谢释放的热量
此外，夜间降露和露水上升的最大可能凝结率为：[10] [11] [12] [8]
德f+德r=ss+γ问∗λ{\displaystyle D_{f}+D_{r}={\frac {s}{s+\gamma }}{\frac {Q^{*}}{\lambda }}}
在哪里
- Df = 降露速率钾克米2s{\displaystyle {\frac {kg}{m^{2}s}}}
- Dr = 露水上升率钾克米2s{\displaystyle {\frac {kg}{m^{2}s}}}
- s = 饱和曲线斜率磷一个钾{\displaystyle {\frac {Pa}{K}}}
- Q * =净辐射西米2{\displaystyle {\frac {W}{m^{2}}}}
- γ = 心理测量常数66磷一个钾{\displaystyle 66{\frac {Pa}{K}}}
- λ = 蒸发潜能J钾克{\displaystyle {\frac {J}{kg}}}
研究表明，上述模型能够准确可靠地预测露水率。[8]因此，根据气象档案数据快速确定某个地区的季节性降露量非常有用。
某个夜晚可能出现的最大降露量受可能的辐射冷却量限制，估计约为 1 毫米。[11] [13]事实上，这个数字通常要低得多，每晚在 0.17 到 0.45 毫米之间。[12]
最近的研究发现了一些能产生更多露水的材料。表现出大量辐射冷却的材料会凝结更多露水，而亲水性材料会使露水收集更容易。具体来说，与有机玻璃相比，嵌入聚乙烯的 TiO2 和 BaSO4 微球可使露水产量增加 20%。[14]
表面的角度也很重要。通过数值模型和实验测试确定的最佳角度为与水平面成 30 度。较平坦的表面会辐射更多能量，但较陡峭的表面会改善露水收集特性。[14]
不幸的是，露水中的细菌浓度多次超过世界卫生组织的限制。因此，需要使用消毒剂才能将其视为可饮用的水。
区域考虑
在无法使用更传统的水收集方法的地区（例如干旱地区），收集露水可能很有用。但是，露水的形成并不是到处都一样，在某些地区，几乎不会形成露水。需要做更多的工作来帮助确定一种可靠且简单的方法，让外行人能够评估特定地区的季节性露水。[1]目前，气象学家还没有记录露水，因此很难评估露水装置的可行性。一般来说，要在特定的夜晚形成露水，必须满足以下条件：[1]
- 低风速，约为2-6米/秒。
- 相对湿度至少为 30%，相对湿度越高，露水量越大。
- 夜晚基本无云，地表阳光可以照射到夜空。
设计
一些设计特点，例如屋顶隔热或使用高辐射材料建造，可以增加露水产量。然而，这些做法成本太高，不经济。相反，人们认为对屋顶进行适当的改造以安装露水收集系统。它应该能够从普通家庭大小的屋顶每晚提供 2 升露水。
其设计与雨水收集系统类似。排水沟将水输送到软管中，然后软管流向收集桶。
材料
该项目所需的材料简单且容易获得。可自由选择替代品，只要它们不会造成水污染风险即可。以下是所需材料的编号列表，其中列出了替代品。
- 屋顶排水沟，包括将其固定在屋顶上的装置
- 标准乙烯基雨水槽即可使用，而且价格便宜，容易获得
- 排水沟材料必须是亲水性的。木材之类的材料吸水性太强
- 排水沟应为半圆形
- 软管
- 花园软管
- 1/4” PVC 管道
- 收集罐
- 10L 塑料食品安全容器
工具
该项目不需要任何特殊工具。建造太阳能蒸馏器所需的大多数工具都是通用的。工具取决于所使用的材料和水收集系统的复杂程度。
- 钢锯
- 卷尺
- 硅胶枪
- 等级
- 钳
- 螺丝刀或锤子（用于安装螺丝或钉子）
技能和知识
安装时不需要特殊技能或知识。然而，目前对于外行人来说，没有简单的方法可以确定露水收集在特定地区的实用性。要完成这项任务，需要具有工程或气象学背景并了解露水形成的知识。
预计费用
所有价格以加元计算，并根据北美价格计算。
总体而言，这个项目的成本非常低。对于一栋屋顶面积为 60 平方米的家庭住宅，预计成本约为 60 美元。
路线
- 屋顶材料必须是不会吸水的材料。理想的材料是波纹镀锌铁 (GI)、塑料或玻璃。如果您的屋顶没有这些材料之一，它将无法正常工作。
- 屋顶的陡度是一个重要标准。与水平面成30度角是最佳的。 [14] [15]屋顶的陡度必须至少为 20度。
- 遵循标准的排水沟安装做法。Traditionalroofing.com有很好的指导。排水沟的标准安装角度对于此应用来说太浅。它们需要以每 6 英尺宽至少 2 英寸的坡度安装，以确保水流动，不会停滞。
- 收集桶的进水口上方应有一个筛网或网，以防止碎片和昆虫进入。
建造
- 将雨水槽安装在屋顶上，与盛行风方向成15度角。
- 将排水沟的低端通过软管引流
- 将软管连接到容器
请参阅屋顶雨水收集装置了解更多详情。
案例研究
在[1]中，他们调查了经过上述改造的现有屋顶可以收集露水的程度。这是印度首次进行此类研究。研究地点是印度科塔拉（北纬 23°14，东经 λ 68°45，海拔 21 米），这是印度西北部农村的典型地区。
旱季最常见的水源是井水。然而，地下水正在枯竭、退化，并受到盐的污染。一年中有 8-9 个月露水充足。其他月份是季风季节，此时云层覆盖，无法形成露水。
当地很多建筑的屋顶都是用波纹镀锌铁皮（GI）做成的，所以他们在面积为18m 2 的屋顶上做了测试，期间有74天结露，总共收集了113.5L的结露水。
参考
- ↑跳至：1.0 1.1 1.2 1.3 Sharan, G.，2006 年，“露水收集：补充卡奇干旱沿海地带的饮用水源，” Foundation Books，。
- ↑ Rajvanshi，AK，1981，《大规模露水收集作为淡水供应源》，《海水淡化》，36（3）页 299-306。
- ↑ Habeebullah，BA，2009，“蒸发器盘管在炎热潮湿地区水提取中的潜在用途”，《海水淡化》，237（1-3）页 330-345。
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