Συγκριτική αξιολόγηση και αξιολόγηση απόδοσης τεχνολογιών ηλιακής θερμικής εξάτμισης και συλλογής ατμοσφαιρικού νερού

Ενόψει αυτού, ο καθηγητής Tan Swee Ching του Εθνικού Πανεπιστημίου της Σιγκαπούρης και άλλοι δημοσίευσαν πρόσφατα ένα άρθρο ανασκόπησης με τίτλο "Βέλτιστες πρακτικές για τεχνολογίες ηλιακής παραγωγής νερού" σχετικά με τη βιωσιμότητα της φύσης. Προβλήματα και παρεξηγήσεις στη διαδικασία δοκιμών, χαρακτηρισμού και αναφοράς τεχνολογίας συλλογής ατμοσφαιρικού νερού, οι βέλτιστες πρακτικές για τυποποιημένες δοκιμές και αξιολόγηση απόδοσης για την αντιμετώπιση των παραπάνω προβλημάτων προτείνονται και συζητούνται λεπτομερώς και διατυπώνονται οι βιομηχανικοί κανόνες και πρότυπα για σχετικές δοκιμές. Αυτή η στρατηγική παρέχει νέες ιδέες για την ανάπτυξη της τεχνολογίας παραγωγής ηλιακού νερού.

a) Τεχνολογία εξάτμισης ηλιακής φωτοθερμικής διεπαφής, b) Σχηματικό διάγραμμα της αρχής λειτουργίας της τεχνολογίας προσρόφησης ατμοσφαιρικού νερού.

Για την τεχνολογία εξάτμισης ηλιακής φωτοθερμικής διεπαφής: Το άρθρο τονίζει πρώτα τη σημασία μιας σταθερής και ομοιόμορφης εξόδου AM 1.5 για την προσομοίωση του ηλιακού φωτός. Για να καταστείλει την πρόσθετη εισροή θερμότητας από την πηγή φωτός και το περιβάλλον, οι συγγραφείς συνιστούν τη χρήση ενός πλέγματος για δοκιμή φωτός και περαιτέρω προτείνουν την απαραίτητη προ-δοκιμαστική ενθυλάκωση του φωτοθερμικού εξατμιστή για τη μείωση της θερμότητας μεταξύ των μη εκτεθειμένων περιοχών και της ανταλλαγής ποιότητας αέρα. Ένα περιβάλλον χωρίς αέρα είναι ζωτικής σημασίας για την εγκυρότητα και τη συγκρισιμότητα των δεδομένων δοκιμών. Προκειμένου να αραιωθεί όσο το δυνατόν περισσότερο η παρεμβολή των παραπάνω παραγόντων και να διατηρηθεί η ακρίβεια των δεδομένων δοκιμής, το άρθρο συνιστά τη χρήση δειγμάτων μεγάλου μεγέθους για τη δοκιμή ελαφριάς εξάτμισης. Επιπλέον, οι συγγραφείς υπογραμμίζουν στη συνέχεια τη σημασία των εργαλείων προσομοίωσης για τη διασφάλιση και την επικύρωση της λογικής εγκυρότητας της μεθόδου δοκιμής.

Στον τομέα της φωτοθερμικής εξάτμισης, μία από τις πιο αντιπροσωπευτικές παραμέτρους απόδοσης είναι ο ρυθμός εξάτμισης, αλλά αυτή η παράμετρος δεν μπορεί πραγματικά να αντικατοπτρίζει την απόδοση νερού του εξατμιστή που χρησιμοποιείται ανά μονάδα επιφάνειας και χρόνου. Αυτό συμβαίνει επειδή ο ρυθμός εξάτμισης μετράται παρατηρώντας την απώλεια μάζας του συστήματος, αγνοώντας τη διαδικασία συμπύκνωσης του συστήματος και η πραγματικά σημαντική ικανότητα παραγωγής νερού, ο ρυθμός συλλογής νερού, θα πρέπει να ελεγχθεί για κέρδη μάζας (κέρδη μάζας). Στο άρθρο, οι συγγραφείς υπογραμμίζουν τη σημασία της αναφοράς των ρυθμών συλλογής νερού και συζητούν λεπτομερώς μια βραχυπρόθεσμη στρατηγική αναφοράς για αποτελεσματική φωτοθερμική εξατμιστική συμπύκνωση.

Εκτός από τη συγκέντρωση ιόντων αλατιού, το άρθρο επισημαίνει ότι οι οργανικές και μικροβιακές δοκιμές είναι επίσης ένας απαραίτητος κρίκος στην πλήρη διαδικασία ελέγχου ποιότητας του νερού, στην οποία θα πρέπει επίσης να δοθεί προσοχή από την ακαδημαϊκή κοινότητα. Οι συγγραφείς διατυπώνουν περαιτέρω τον μηχανισμό ρύθμισης και τα κριτήρια αξιολόγησης της ενθαλπίας εξάτμισης στη φωτοθερμική διεπιφάνεια κάτω από τη δομή μικρο-νανο, η οποία παρέχει μια θεωρητική βάση για την αποσαφήνιση του μηχανισμού φωτοθερμικής εξάτμισης.

Για τεχνολογία συλλογής ατμοσφαιρικού νερού τύπου προσρόφησης με ηλιακή ενέργεια: Το άρθρο πρώτα τονίζει τη σημασία των δοκιμών ισοθερμικής προσρόφησης πλήρους υγρασίας και εστιάζει στην εξερεύνηση του εύρους υγρασίας 0-20 τοις εκατό, επειδή διευκρινίζει τη συμπεριφορά προσρόφησης σε χαμηλή υγρασία μπορεί καλύτερα Βοηθά στην κατανόηση της διαδικασίας αλληλεπίδρασης στερεού-αερίου και του προσανατολισμού των θέσεων προσρόφησης και είναι επωφελές για την καθοδήγηση του σχεδιασμού προσροφητικών υλικών υψηλής απόδοσης κατάλληλων για ξηρά κλίματα. Ο συγγραφέας προτείνει επίσης μια δοκιμή ισοθερμικής προσρόφησης πολλαπλών θερμοκρασιών και μια δοκιμή ισοβαρής εκρόφησης πολλαπλών πιέσεων για την προσομοίωση και την πρόβλεψη των χαρακτηριστικών λειτουργίας των υλικών ατμοσφαιρικής λεκάνης απορροής υπό διαφορετικές συνθήκες εργασίας. Αξίζει να σημειωθεί ότι το άρθρο επισημαίνει ότι οι κινητικές της ατμοσφαιρικής προσρόφησης και εκρόφησης νερού είναι πιο κατάλληλες για πειραματική αξιολόγηση με χρήση συσκευών μεγάλης κλίμακας και δεν συνιστάται η χρήση δειγμάτων μικρής κλίμακας όπως σωματίδια και σκόνες για δοκιμή, επειδή Το πρώτο μπορεί να επαναφέρει πιο ρεαλιστικά τα σενάρια λειτουργίας της πραγματικής ζωής. Μεταφορά θερμότητας και μάζας μέσα σε ένα υλικό.

Μια άλλη τρέχουσα κατάσταση που εμποδίζει τη σύγκριση μεταξύ διαφορετικών υλικών στον τομέα της συλλογής ατμοσφαιρικού νερού είναι ότι η βιβλιογραφία χρησιμοποιεί συχνά διαφορετικές βασικές παραμέτρους απόδοσης για επιλεκτική αναφορά και η κύρια αντίφαση έγκειται στη μαζική απόδοση (λίτρο/kg·ημέρα) και την απόδοση της περιοχής. (λίτρο /m2 ημέρα). Οι συγγραφείς πιστεύουν ότι οι παραπάνω δύο παράμετροι έχουν σημαντική τιμή αναφοράς για την αξιολόγηση των υλικών συλλογής ατμοσφαιρικού νερού και αξίζει να αναφέρονται ταυτόχρονα, επειδή είναι κρίσιμο να επιτευχθεί ταυτόχρονα υψηλή απόδοση μάζας και απόδοσης επιφάνειας. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι, στο μέλλον, τα ιδανικά υλικά/συσκευές συλλογής ατμοσφαιρικού νερού θα πρέπει να έχουν ταυτόχρονα τα χαρακτηριστικά σμίκρυνσης, μικρού βάρους και υψηλού ρυθμού παραγωγής νερού.

Επιπλέον, περιορισμένος από διαφορετικούς τρόπους εργασίας και χρόνους κύκλου, είναι δύσκολο να συγκριθούν με ακρίβεια οι ημερήσιοι ρυθμοί παραγωγής νερού των υλικών και συσκευών συλλογής ατμοσφαιρικού νερού. Ενόψει αυτού, οι συγγραφείς προτείνουν μια ποσοτική αξιολόγηση των ενεργειακών απαιτήσεων εκρόφησης του προσροφητικού υλικού, δηλαδή αναφορά της συγκεκριμένης απόδοσης νερού: λίτρο/kWh του προσροφητικού υλικού ανά μονάδα εισροής ενέργειας. Στην περίπτωση ορισμένης ολικής ηλιακής ακτινοβολίας, το όριο του ρυθμού παραγωγής νερού διαφορετικών υλικών μπορεί να εκτιμηθεί αποτελεσματικά, έτσι ώστε να απαλλαγούμε από τους περιορισμούς διαφορετικών τρόπων εργασίας και συνθηκών κύκλου.

Η ίδια η ηλιακή τεχνολογία παραγωγής καθαρού νερού έχει το πλεονέκτημα ότι είναι πράσινη και βιώσιμη, επομένως η βιωσιμότητα του σταδίου εφαρμογής της καθορίζεται σε μεγάλο βαθμό από το ίδιο το υλικό. Ωστόσο, η προετοιμασία υλικών υψηλής απόδοσης σε κλίμακα κιλών με δυνατότητα κλιμάκωσης παραμένει μια σημαντική πρόκληση.