作者：2017级本科生 张双铭 雷瑞清 程钰翔 张亦菲 郭鹏 仇铮 能源与动力工程系

指导老师：曹海山 能源与动力工程系

关键词：干旱地区 水蒸气 吸附 解吸 收集

摘要

目前，干旱地区的用水问题亟待解决。而即使在干旱地区，空气中也是蕴含水蒸气的。空气中取水的研究和商业化开发已较为成熟，但就空气相对湿度低于20%的干旱地区，现有技术还不能完全满足要求。为解决这一问题，本项目设计出套管式设备，通过吸附材料对水蒸气进行富集，而后提高装置温度解吸水分，最终实现水的收集。经过初期设计和理论计算，可行性与经济性价值均符合预期。

项目背景

目前，全世界1/9的人面临水资源短缺的问题。向干旱地区运送水资源，成本太高，为此科学家们想到‘向天借水’。空气之中是蕴含水分的，即使是在干旱地区，问题就是如何才能够将这些水分取出来。而对于空气中取水这一研究领域，各国的相关研究早已有之，但问题是这些技术多要求空气相对湿度在40%以上。就空气相对湿度低于20%的干旱地区，现有空气取水技术还不能完全满足需求。为解决这一问题，本项目拟开展‘干旱地区空中取水’的研究，探索解决干旱地区缺水问题的途径。

图1 干裂的土地

应用前景

该项目有着广阔的应用前景，可以填补在干旱地区空气取水的研究空白。可以作为家庭式制水设备，解决干旱地区生活用水短缺问题。也可以应用到沙漠绿化与精细农业方向，通过该设备解决干旱地区灌溉用水问题，提高植被成活率。还可以结合新能源的风光发电，解决部分弃风弃光问题，用多余的电能来制取水，解决电站附近的用水问题。总之，该项目的应用前景十分广阔。

装置简介

本装置核心工作部分采用套管式设计。其中内管入口处安装一抽气机，入口和内管开口处安装开关装置。内管中填充吸附材料。内管中安装加热装置。外管内壁设置冷凝表面。外管底部设置冷凝水收集装置。空气通过抽气机进入内管，空气中的水蒸气被吸附材料吸收。一段时间后封闭内管，加热装置启动，吸附材料解吸，水蒸气进入外管冷凝并顺管壁流入收集装置。而后内管通风口再次打开，开始下一次循环。

图2 装置三维模型

图3 装置工作流程图

项目进展与未来规划

该项目已经完成了实施方案的详细计划，以及三维模型的建立，和以硅胶为主的吸附材料的深度调研。目前受疫情影响，原型机的拼装与调试工作被迫推迟。

图4 吸附材料特性曲线图¹

目前正在进行理论上的验证计算和效率分析，来优化整体的设计尺寸和材料布置。

未来将在返校之后开展原型机的拼装工作，并在理论计算和实际结果的数据参考下不断优化改进设备，来获得更高的效率和产水量。

外部链接：

联系方式：项目负责人：张双铭 17610908605 zhangsm17@mails.tsinghua.edu.cn

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