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生存智慧之冷凝取水
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2018.06.04

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生存智慧之冷凝取水

      当没有水的情况下,要么寻找水源,要么还可以借鉴蒸馏法冷凝水蒸气的思路,采用其他招数来冷凝取水。

1、蒸发潮湿土壤法

潮湿土壤富含水汽,可以利用阳光或者生火等加热,蒸发产生水蒸汽,水蒸汽逐渐饱和,与温度低的盖子接触遇冷凝结成水珠,就可以制造出天然无污染的蒸馏水。

1)透明盖子密闭地面

使用透明的胶盖,然后放在草地、沙滩等潮湿土壤的地面上,胶盖与地面之间不可以有空隙。边缘封得愈紧密,冷凝水就会愈快制造出来。

胶盖需选择全透明,万一没有其他选择的话,半透明的器皿也可以勉强使用。

 

2)挖坑日光蒸馏法

在地面挖一大约宽90厘米,深45厘米的坑。坑底部中央放一收集皿,如图在坑上悬一条拉成弧形的塑料条。阳光能升高坑内潮湿土壤和空气的温度,蒸发产生水汽。水汽逐渐饱和,与塑料条接触遇冷凝结成水珠,下滑至收集皿中,这种方法适用于沙漠地区或者日夜温差相当大的地区。塑料条比空气温度下降得更快,水汽凝结非常明显。

 

塑料条中央部分吊一石块确保塑料条呈弧形,以便水滴能顺条滑至中央底部并落入收集皿中(如上图)。塑料条的两端也用石块压住。将收集皿固定,以免掉入陷阱的生物打翻它。如果可能,用一虹吸管将收集皿里的水引入更低位置的容器里,这样就可不断地取水了。

2、叶面蒸腾冷凝法

制作原理:叶面蒸腾作用产生的水汽上升与薄膜接触时遇冷,会凝结成水滴。

制作方法:在一段树木的嫩枝叶上套一只塑胶袋,叶面蒸腾作用会在袋内产生凝结水。挑选健壮、枝叶浓密的嫩枝条。袋口朝上,袋的一角靠下,以便收集凝结水。猛烈阳光下曝晒45分钟后,便可以形成蒸馏的水珠。

 

3、捕雾取水

雾是由密度很大的细小水珠所组成,当雾遇冷就会结成大的水珠,凝结成水。为了从雾中大量取水,需要采用散热快的金属如铝、不锈钢(或者塑料也可),竖立于多雾的空气中,其表面附着的雾很快便会凝结成水。在沙漠地区和一些陆地,晚上湿度大;而在海洋中的海岛和舰船上,白天、晚上湿度都很大,均可利用这种方法从雾中取水。

只要在露天地方架起30目每平方吋的不锈钢网布,就可以让雾在钢布上凝聚雾水,然后把雾水汇聚到自制的储水槽,就可以收集干净的食水。雾水是很清纯及洁净的,不过想确保食水更安全饮用,就可以把收集回来的雾水,放入一枚白银币在水中消毒。

 

捕雾取水这种天然的水源收集方法,已被许多地区采用,最厉害之处是能为干旱的山区和沙漠地区解决食水短缺的燃眉之急。

智利中北部阿塔卡马沙漠南缘有个叫丘贡戈的海边渔村,几十年前这里的人一年也难洗一次澡,而现在他们不仅可以天天洗澡,还可以养花种菜。这都得益于立在山头的巨大的塑料网,来自太平洋的浓雾在网上凝结成水解决了长期困扰渔村的用水问题。

智利天主教大学地理研究所比拉尔·塞雷塞达从上世纪80年代初就参与了这个项目。她介绍说,智利北部太平洋沿海水域有秘鲁寒流流过,海水温度比周围气温低7摄氏度10摄氏度,使近海岸洋面多云雾,在距离海岸线不远的地方,由于安第斯山脉的阻挡,大量云雾沿山坡爬升。人们将一张张约50平方米的聚丙烯网竖立在厄尔多福山顶上,潮湿、浓密的水雾从太平洋沿海沿着厄尔多福山爬升时,撞击在细密的网眼上凝结成水珠,在重力作用下,水珠沿细塑料管流到山下的容器内。试验表明,平均每平方米网眼每天能捕获415水,目前设置的80张网每天能捕获约2万升水。

这项结网捕水技术并非智利首创,但智利是全世界第一个将其付诸实践并取得成效的国家。塞雷塞达深有感触地说:“有了水之后,丘贡戈村道路两旁种上了树木,村里开始养牛养羊,种上了蔬菜,很多背井离乡的人重返故土。水让这个渔村重新活了过来。”

而西班牙科学家发明了一种在沙漠地区从雾中取水的人造树。这种人造树的枝叶由吸水性很强的酚泡沫塑料制成,树干则由多层密度不同的聚氨基甲酸乙酯塑料制成。将其“种植”于雾区,由于酚泡沫塑料的吸水性能非常强,用它制成的枝叶与雾的接触面积又很大,散热很快,所以吸附的雾和凝结的水分相当可观。这些水分通过树干流入沙漠中,白天水分又通过树干从枝叶蒸发出来,使周围的空气湿润、温度降低,甚至能形成冷空气团和云,出现降雨,有关科学家认为:从现在看,大量“种植”人造树,10年内可使沙漠地区的生态环境大为改善,甚至变沙漠为绿洲。

4抽取空气到地下冷凝取水

日前,年仅27岁的澳大利亚发明家爱德华·林纳克凭借其发明的空中水滴灌溉系统获得2011年度詹姆斯·戴森设计奖。

林纳克的发明名为Air-drop,外形酷似一盏太阳能路灯,实际上由四部分组成:太阳能电池板、涡轮机、水泵和储水箱。一根细管将电池板、涡轮机和埋在地下的水泵相连,水泵外面缠绕着铜管,它的另一端与最底部的储水槽相通。

Airdrop的工作原理相当简单。在对植物进行灌溉时,涡轮机会将大量空气吸入细管,再把空气导入水泵外的铜管中。铜管周围泥土的温度通常为6,进入铜管的温暖空气则有27,在温差的作用下,空气中的部分水气开始不断凝结沉降。

林纳克表示,利用冷凝原理从大气层中收集水分并不是新概念,但是他的发明更具优势。因为其他水分收集装置通常需要大量的能源来驱动制冷设备,而Airdrop仅利用空气和地表以下之间的温差。而且涡轮机由太阳能供电,不需使用任何额外电力。停机的时候,太阳能所转化成的电能会储存在Airdrop的内置蓄电池中。

Airdrop的设计细节上,林纳克也有特别的创新之处。他提到,如果只是用铜管冷却空气,管壁就是唯一的传热区域,空气在铜管中直线流动,水汽的沉降效果较差。在经过反复建造模型和物理测试后,林纳克决定在铜管中加入铜丝绒,这使得设备传热的面积扩大到了铜管和铜丝绒中。空气在铜管中不规则地流动,沉降的效果变得更好。

获奖之后,林纳克透露说,Airdrop的灵感竟然是来自小小的纳米布甲虫。

纳米布甲虫生活在以多雾著称的非洲纳米布沙漠。为了在极度缺水的恶劣条件下生存,纳米布甲虫依靠翅膀上的防水凹槽收集雾气,水汽凝聚成水珠后,会沿着甲虫的弓形背脊滚落到它的嘴里。科学界早就注意到纳米布甲虫这一特点,有科学家还制造出仿生设施来收集水气。

林纳克首先在母亲后院安装了一台Airdrop空中灌溉系统,每天可以沉降1公升的水。Airdrop在小范围内应用是成功的,根据林纳克的计算,Air-drop每天可以从每立方米的沙漠空气中沉降11.5毫升的水。林纳克认为,Airdrop是偏远干旱地区灌溉的完美解决方案,它易安装、价格低廉,不需要大量投资或者雇人维护。

 

5、制冷片冷凝取水

要使空气中气态水液化必须要使空气温度达到其露点,而露点仅与温度和压强有关,故用制冷片降温使空气温度达到露点,从而获得液态水。

半导体致冷也叫温差电致冷是利用半导体材料的温差电效应即珀尔帖效应来实现致冷的一门新兴技术。如果把不同极性的两种半导体材料(P型、N型),联接成电偶对,通过直流电流时就发生能量的转移;电流由N型元件流向P型元件时便吸收热量,这个端面为冷面,电流由P型元件流向N型元件时便放出热量,这个端面为热面。

如图所示:

 

借助电池或者太阳能板作为电源,通电后即可制造出冷端,冷端的温度都可以结霜制冰,冷凝取水更是没问题了。

同样,和生火一样,在不同的环境下要灵活应对,需要记住的关键点是冷凝取水法需要制造低于水蒸气温度的低温。

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