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通风井

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比利时工程师阿基欧·克纳彭（Achile Knapen）在普罗旺斯的高质量通风井

通风井（英语：Air well）是将空气中水蒸气冷凝并收集冷凝水的结构或装置[1]。尽管其设计多变，但最简单的设计是完全被动的。不需要外部能源，几乎没有动态部位。通风井有三种类型：

  • 高质量：20世纪初使用，但方法失败[2]。
  • 低质量的辐射收集器：20世纪后期的发展被证明是更成功的[2]。
  • 主动式收集器：与除湿机相同的方式收集水；虽然这个设计能很好地工作，但它需要外部能源输入，在特殊情况外的使用很不经济。新的创新设计旨在最大限度地减少主动冷凝器的能源需求或利用可再生能源[3]。

背景

The condenser at Satapar in India consists of eleven ridges. The ridges are trapezoidal in section (top 50 cm, base 200 cm, two sides sloping 30-degree from horizontal, height 100 cm) and each is 20 m long. The ridges are built over gently sloping ground. All the ridges drain into a common pipe at the lower and leading to storage below ground. Water for use is withdrawn by a hand pump. The system was commissioned in early April 2007. Total cost of the installation was Rs 117,000.
在印度西北部550至660平方公尺处的辐射冷凝器[4]。

通风井的设计都包含足够低的地基以形成露水。大气中的水蒸气通常以露水这种降水的方式自然地凝结在地基上[5]。与雾不同，雾是由空气中颗粒周围凝结的水滴形成的。若要持续收集露水，则必须耗散凝结过程中释放的潜热[6]。通风井需吸收空气中的水分。即使在沙漠，周围的空气至少含有一些水。据贝桑和米利莫克的说法，大气中含有约12,900立方千米的淡水，其中98％是水蒸气，剩下的2％是冷凝水（云），这几乎相当于人类居住地上所有的可再生水资源量（约12,500立方千米）[5]。空气中含有的水蒸气的量叫做相对湿度，其大小与温度有关，温暖的气流能携带更多的水蒸气。当空气冷却到露点时，水蒸气达到饱和，然后在合适的表面上凝结成水[7]。例如，对于温度为20 °C（68 °F）、相对湿度为80％的空气而言，其露点为16 °C（61 °F）。如果相对湿度降为50％，露点则相应地降至9 °C（48 °F）[5]。一个类似但又相当不同的获得大气水分的技术是捕雾网（英语：fog fence）。通风井不宜与集水池（英语：Dew pond）混淆。集水池是人工挖掘为家畜供水的池塘。集水池又称集雨池或露池，“露池”一词源于多数人认为集水池中水的主要来源是由空气中的雾水，但事实上是雨水[8]。覆盖范围可以大幅增加干旱地区的作物产量。在加那利群岛最为突出：在兰萨罗特岛，每年有大约140毫米（5.5英寸）的雨水，没有永久性的河流。尽管如此，大量的作物可以通过使用一块火山石块生长，这是1730年火山喷发后发现的一个技巧。一些可靠的石头地毯与促进露水；虽然这想法激发了一些思想家，但似乎不太可能影响到这一点；相对的，植物能够直接从叶子吸收露水，并且石材覆盖物的主要优点是减少土壤的水分流失并消除杂草的竞争[9]。

历史

从20世纪初开始，许多发明家尝试了大量露水收集器。著名的调查员是俄罗斯工程师弗里德里希·齐波尔德（Friedrich Zibold）[注 1]、法国生物化学家莱昂·沙普塔（Leon Chaptal）、德国─澳大利亚研究员狼克·拉克（英语：Wolf Klaphake）和比利时发明家阿基欧·克纳彭。

齐波尔德收集器

透过弗里德里希·齐波尔德（Zibold）的露水收集器。其中a是底部直径20米（66英尺）的海滩鹅卵石截顶锥体，顶部直径为8米（26英尺）；b是一个混凝土碗，从碗的管道底部离开收集点；c是地面水平；d是天然石灰岩基地[11]。

1900年，林务工程师弗里德里希·齐波尔德在古代拜占庭城市提奥多西亚遗址附近发现了13块大石头[12]。每块石头的面积超过900平方米（9,700平方英尺）、高约10米（33英尺）。这些显然导致了城市的水井和喷泉，发现与直径75毫米（3.0英寸）的红陶遗体有关。弗里德里希·齐波尔德认为石堆是用供水给提奥多西亚的通风井，并计算出每个通风井每天生产超过55,400公升（12,200英制加仑；14,600美制加仑）[10]。

为了验证他的假设，弗里德里希·齐波尔德在提奥多西亚遗址附近的奥巴山丘建造了一个高达288米（945英尺）的凝固器并收集区域排水，其面积围绕成1米（3英尺3英寸）高、20米（66英尺）宽的墙壁。他用海石堆放在10—40厘米（3.9—15.7英寸）的直径6米（20英尺）、高8米（26英尺）的截顶锥体上。石头的形状之间，只允许最小的良好气流接触[3]。

弗里德里希·齐波尔德的收集器在1912年开始运作，最大的日产量估计为360公升（79英制加仑；95美制加仑），他当时没有公布自己的成绩。1915年基地泄漏，在成为遗址之前被部份拆除[注 2]。弗里德里希·齐波尔德的收集器已经发现与古代的石桩大致相同。虽然远低于弗里德里希·齐波尔德的估计产量，但后来还是受开发商的启发[3]。

沙普塔收集器

1929年，莱昂·沙普塔受弗里德里希·齐波尔德的工作启发，在蒙彼利埃附近建了一个小通风井，其收集器结构是3米（9.8英尺）平方、2.5米（8英尺2英寸）高；石灰岩的填充面积为8立方米（280立方英尺）、直径约7.5厘米（3.0英寸），并在塔顶端和底部围绕小通风孔，可根据风的流动控制开关。该装置可以让白天进来的暖湿空气到了晚上在石灰石块上冷凝成露水，然后存储在地下的贮水层中。取决于大气条件，每天收集的水量从1升到2.5升不等[13]。

莱昂·沙普塔自认为没有任何实验是成功的。当他在1946年退休时，他将自己的收集器停止运作，可能是因为他不想留下一个错误的设施来误导那些想继续研究通风井的人[2]。

狼克·拉克收集器

狼克·拉克是一名1920至1930年代在柏林工作的化学家，当时他在南斯拉夫和亚得里亚海的维斯岛测试了几种形式的通风井，该收集器受到弗里德里希·齐波尔德和迈蒙尼德的启发[3]。

暂时确定狼克·拉克的收集器痕迹[14]。

狼克·拉克当时渴望开发收集器，1935年和其妻子玛丽亚（Maria）搬至澳洲居住，其决定主要原因可能是妻子遇到纳粹德国[15][16]。

克纳彭的通风井

Achille Knapen's air well (exterior)
通风井外观
Achille Knapen air well (interior)
通风井内部
阿基欧·克纳彭的通风井

国际露水利用组织

通风井类型

设计通风井用于收集水分的收集器有三种主要方式：高质量、低质量的辐射收集器和主动式收集器。在20世纪初，那边的人对高质量通风井较感兴趣[17]。

高质量

低质量的辐射收集器

主动式收集器

注释

  1. ^ 有时作为弗里德里希·西博尔德（Friedrich Siebold）给出[10]。
  2. ^ 该位置在1993年重组[3]。

参考资料

  1. ^ Popular Science 1933.
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 Beysens et al. 2006.
  3. ^ 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 Nelson 2003.
  4. ^ Sharan 2007.
  5. ^ 5.0 5.1 5.2 Beysens & Milimouk 2000.
  6. ^ Nikolayev et al. 1996，第23–26页.
  7. ^ What Exactly Is The Dew Point?. Weather Savvy. [2010-09-10]. （原始内容存档于2010-12-01）. 
  8. ^ Pugsley 1939.
  9. ^ Pearce, Fred. The Miracle of the Stones. New Scientist. 2006-09-09: 50–51. 
  10. ^ 10.0 10.1 Nikolayev et al. 1996，第4页.
  11. ^ Based on diagram by Nikolayev et all, 1996
  12. ^ Nikolayev et al. 1996，第20–23页.
  13. ^ Hills 1966，第232页.
  14. ^ In Croatia (PDF). OPUR Newsletter. OPUR. April 2003 [2010-09-10]. （原始内容存档 (PDF)于2010-09-11）. 
  15. ^ Neumann 2002，第7页.
  16. ^ Klaus Neumann. Wolf Klaphake – Immigrant or refugee. Uncommon Lives (National Archives of Australia). [2010-09-10]. （原始内容存档于2011-02-18）. 
  17. ^ Alton Stewart & Howell 2003，第1014页.

参考书籍

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