[从空中取水的灌溉器] 灌溉取水方式

  这种“无中生有”的技术是目前的浇灌方法所不具备的。“无中生有”的技术是目前的浇灌方法所不具备的。澳大利亚设计师爱德华・李纳克尔(EDWARDLINACR)设计出一种魔法般的灌溉系统,它能从稀薄的空气中提取水,这种“无中生有”的技术是目前的浇灌方法所不具备的。也许最终它能解决受干旱影响的土地问题,它的设计者也因此荣获今年的詹姆斯・戴森奖。
  干旱是当今世界面临的严峻问题,它不仅影响到农业生产,而且也关系到饮水问题。全世界有超过10亿的人口无法获得清洁的饮用水,每年有310万人因缺水、饮水不洁而丧生。当前的灌溉技术主要分为漫灌、喷灌、滴灌、渗灌四种,在工程量、利用率、建造成本等方面有着各自的局限之处。在今年的詹姆斯・戴森奖(JAMESDYSON AWARD)竞赛中,27岁的澳大利亚设计师爱德华・李纳克尔(EDWARD LINACR)以空气取水式灌溉系统战胜众多设计师和革新者,将1万英镑奖金揽入囊中,这一系统是低成本、自供电装置,可解决干旱地区种植作物难的问题。詹姆斯・戴森奖以鼓励年轻人发挥设计潜力为目标,支持设计、科技和工程教育、医学研究慈善事业和当地的社团项目,李克纳尔表示将用这笔奖金来继续扩大它的研究,以造福人类生活。
  源自甲虫的灵感
  李纳克尔曾在墨尔本斯威本科技大学学习,他受到一个世纪来澳大利亚最糟糕的旱灾震动,把目光转向大自然寻找捕捉空气里的水汽的方法。他的这次成功,利用了仿生学原理,其灵感来源于一种其貌不扬的纳米布甲虫。纳米布甲虫生活在地球上最干旱的一个地方,生活在沙漠边缘的人都知道纳米比沙漠甲虫的聪明之处,它的栖息地每年的降雨量仅有半英寸,它没有骆驼的储水驼峰,也不必像沙狐一样挖深深的洞,却能在一夜之间集满一天所需的水分。它的做法很简单:找到一个空气流通性好的高坡,抬起后腿和翅壳,让水分子一点点凝聚。当天光微启的时候,它就能收集相当可观的露水量,这种甲虫依靠早晨收集的露珠得以幸存下来。事实上我们在夏天经常看到的空调室外挂机滴水现象,同样也是水蒸气冷凝的结果。空气取水式灌溉系统采用了相同原理,即使是最干旱的空气,只要它包含水分子,它就能通过把空气温度降低到冷凝点的方法,提取出水分。该装置把空气输送到一个地下管道网,利用地上和地下的温差把热空气降温到冷凝点,等水分凝结成液体,它会直接把水输送到植物根部。由于这种灌溉系统只是利用地表空气和凉爽的地下环境之间的温差收集水分,并且采用了低成本材料及太阳能自供电装置,研究显示,它在最干旱的沙漠地区,能够从每立方米的空气中能够收集到11.5毫升水,一天内的集水量可达到1公升。而到了夜晚,集水器的效率会变得更高。即便是出现了百年一遇的大旱,都不必担心庄稼干渴致死,该装置具有帮助世界各地的农民解决灌溉难的问题的巨大潜力。詹姆斯・戴森对这一设计有着很高评价,他认为仿生学是工程师手中的一个威力超强的武器。这一灌溉系统证明,水冷凝等看似非常简单的自然原理,通过精湛的设计和强大的工程学,可以产生非常惊人的效果。在这个过程中,年轻的设计师们将会解决全球最棘手的一些问题,不断提高人们的生活质量。
  巧妙的工作原理
  整套灌溉装置由地上和地下两部分构成,在安装时,不必埋设供电供水管线,相比昂贵的滴灌系统,这种“各自为政”的灌溉装置具有更高的性价比,只需要在地下挖一个洞,将设备埋在其中就好了。设备的地上部分包括一个立在顶部的太阳能电电池板、两截空心导管、以及一个转动的导气涡轮。地下部分相对复杂一些,包括一个蓄电池,收集太阳能电池板产生的电力。再往下则是装置的关键冷凝部件,由螺旋状的铜管组成,但这种铜管并非普通的空心导管,而是内有玄机。研究团队通过广泛的物理测试和多次原型设计,对气流和凝结的原理进行了深入了解,最终确定采用了内置铜丝的螺纹铜管,取得了最满意的冷凝效果。冷凝管之下是搜集水滴的储水箱,从储水箱中伸出的半透式软管,能够在低压水泵的推动下,将水抽出。
  灌溉装置工作时,首先由导气涡轮将热风吸入导管送往地下,同时滤掉空气中的尘埃和部分热量。在低风速时,由太阳能电池单元供电。在地下两米处土壤温度大幅度下降(在实验地点约5摄氏度),这时土壤周围的铜管内空气温度降低到足以形成凝结。空气穿过铜线圈,由于线圈中内置了铜丝,空气得以充分的接触材料表面,气温迅速下降,水从空气中高效凝出,湿度达到100%,大量的冷凝滴水落入地下储水箱。随后由潜水泵驱动器提供动力将水泵出,由低压半透水软管通过土壤表层下滴灌方法灌溉作物,太阳能供电系统能够为低压电源提供足够能源。
  相较于以前的种种灌溉系统,它的优势十分明显:易操作、低成本、低能耗……再考虑到采用了自供电系统,它的维修维护周期也要长得多。虽然偏大的尺寸还有待修缮,但詹姆斯・戴森奖除了奖励给李纳克尔一万英镑外,还给他所在的斯温伯尔尼科技大学提供了同等的资金,用以这套系统的深入开发。奖项组委会称,这笔资金并非用以奖励这个不俗的设计,而是期冀设计者再接再厉,让这个潜力巨大的系统早日进入每一块旱田。

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