作者：2017級本科生 張雙銘 雷瑞清 程鈺翔 張亦菲 郭鵬 仇錚 能源與動力工程系
指導老師：曹海山 能源與動力工程系
關鍵詞：干旱地區(qū) 水蒸氣 吸附 解吸 收集
摘要
目前，干旱地區(qū)的用水問題亟待解決。而即使在干旱地區(qū)，空氣中也是蘊含水蒸氣的?？諝庵腥∷难芯亢蜕虡I(yè)化開發(fā)已較為成熟，但就空氣相對濕度低于20%的干旱地區(qū)，現(xiàn)有技術還不能完全滿足要求。為解決這一問題，本項目設計出套管式設備，通過吸附材料對水蒸氣進行富集，而后提高裝置溫度解吸水分，最終實現(xiàn)水的收集。經(jīng)過初期設計和理論計算，可行性與經(jīng)濟性價值均符合預期。
項目背景
目前，全世界1/9的人面臨水資源短缺的問題。向干旱地區(qū)運送水資源，成本太高，為此科學家們想到‘向天借水’?？諝庵惺翘N含水分的，即使是在干旱地區(qū)，問題就是如何才能夠將這些水分取出來。而對于空氣中取水這一研究領域，各國的相關研究早已有之，但問題是這些技術多要求空氣相對濕度在40%以上。就空氣相對濕度低于20%的干旱地區(qū)，現(xiàn)有空氣取水技術還不能完全滿足需求。為解決這一問題，本項目擬開展‘干旱地區(qū)空中取水’的研究，探索解決干旱地區(qū)缺水問題的途徑。
圖1 干裂的土地
應用前景
該項目有著廣闊的應用前景，可以填補在干旱地區(qū)空氣取水的研究空白?？梢宰鳛榧彝ナ街扑O備，解決干旱地區(qū)生活用水短缺問題。也可以應用到沙漠綠化與精細農業(yè)方向，通過該設備解決干旱地區(qū)灌溉用水問題，提高植被成活率。還可以結合新能源的風光發(fā)電，解決部分棄風棄光問題，用多余的電能來制取水，解決電站附近的用水問題?？傊?，該項目的應用前景十分廣闊。
裝置簡介
本裝置核心工作部分采用套管式設計。其中內管入口處安裝一抽氣機，入口和內管開口處安裝開關裝置。內管中填充吸附材料。內管中安裝加熱裝置。外管內壁設置冷凝表面。外管底部設置冷凝水收集裝置?？諝馔ㄟ^抽氣機進入內管，空氣中的水蒸氣被吸附材料吸收。一段時間后封閉內管，加熱裝置啟動，吸附材料解吸，水蒸氣進入外管冷凝并順管壁流入收集裝置。而后內管通風口再次打開，開始下一次循環(huán)。
圖2 裝置三維模型
圖3 裝置工作流程圖
項目進展與未來規(guī)劃
該項目已經(jīng)完成了實施方案的詳細計劃，以及三維模型的建立，和以硅膠為主的吸附材料的深度調研。目前受疫情影響，原型機的拼裝與調試工作被迫推遲。
圖4 吸附材料特性曲線圖1
目前正在進行理論上的驗證計算和效率分析，來優(yōu)化整體的設計尺寸和材料布置。
未來將在返校之后開展原型機的拼裝工作，并在理論計算和實際結果的數(shù)據(jù)參考下不斷優(yōu)化改進設備，來獲得更高的效率和產水量。
外部鏈接：
聯(lián)系方式：項目負責人：張雙銘 17610908605 zhangsm17@mails.tsinghua.edu.cn
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1 引自“劉葉鳳，范宏武，王如竹. 新型復合吸附劑SiO2·xH2O·yCaCl2 與常用吸附劑空氣取水性能的對比實驗研究[J].太陽能學報，2003,24（2），141-144.”
