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Die
Erfindung betrifft ein System zum Gewinnen von Nutzwasser aus Luftfeuchtigkeit,
die in der Nähe
von Gewässern
erhöht
ist. Sie betrifft ferner eine Verbesserungsanlage bestehend aus
einer Vielzahl solcher Systeme, die zur Bewässerung von land-, forst- oder
gartenwirtschaftlich genutzten Flächen ausgelegt sind.
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In
vielen geographischen Regionen besteht häufig trotz unmittelbarer Nähe zu natürlichen
Gewässern,
insbesondere salzhaltigen Meeresgewässern, eine Knappheit an Nutzwasser,
einerseits Trinkwasser, andererseits Brauchwasser, insbesondere für die Land-,
Forst- und Gartenwirtschaft zur Bewässerung.
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Heute
wird in solchen Regionen entweder energieaufwendig und kostspielig
Wasser aus weit entlegenen Regionen herbeigeführt, z.B. über Rohrleitungen, oder es
werden energieaufwendige Wasserentsalzungsanlagen betrieben.
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Da
aber auch Energie ein knappes Gut ist und insbesondere fossile Energie
mit der klimaschädlichen
Freisetzung von Kohlendioxid über
den Treibhauseffekt unerwünschte
und schädliche
Auswirkungen hat und nicht zuletzt die Wasserknappheit in den betroffenen
Regionen durch zunehmende Versteppung und Verwüstung noch fördert, besteht
hier stets Bedarf nach hinsichtlich des Energieaufwandes günstigen
und weitgehend zu niedrigen Kosten zu betreibenden Systemen bzw.
Anlagen zum Gewinnen von Nutzwasser, sei es als Trinkwasser, sei
es als Brauchwasser z.B. zur Bewässerung.
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Hier
setzt die Erfindung an. Mit ihr wird angegeben ein System zum Gewinnen
von Nutzwasser aus in der Nähe
von Gewässern
erhöhter
Luftfeuchtigkeit mit den Merkmalen des Schutzanspruches 1. Vorteilhafte
Weiterbildungen eines solchen Systems und besondere Ausgestaltungen
sind in den abhängigen
Ansprüchen
2 bis 9 angegeben, in Anspruch 10 schließlich ist eine aus mehreren
solchen Systemen zusammengesetzte Bewässerungsanlage offenbart.
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Das
System ist insgesamt denkbar einfach, es setzt sich aus einfachen
Rohr- oder Schlauchleitungen zusammen mit drei wesentlichen Abschnitten:
einem Steigrohr mit einer Einlassöffnung, einer sich daran anschließenden Führungs-
und Kondensationsleitung und einem an diese schließlich angeschlossenen
Luftauslassrohr. Voraussetzung für
die Anordnung des erfindungsgemäßen Systems
im Gelände
ist lediglich ein ausreichender Höhenunterschied zwischen der
Oberfläche
des Gewässers,
in dessen Bereich das Steigrohr angebracht wird, und dem Austrittsniveau
des Auslassrohres auf dem ufer- bzw. küstennahen Gelände.
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Der
genutzte Effekt ist denkbar einfach:
Durch Ausnutzen des Kamineffektes
wird an der Einlassöffnung
des Steigrohrs eintretende oberhalb des Gewässers befindliche, typischerweise
warme und feuchte Luft eingesogen, die dann entlang der vorzugsweise
geneigt aufwärts
verlaufenden Führungs- und
Kondensationsleitung weiter in Richtung des Luftauslassrohres strömt, wo die
Luft die Auslassöffnung
passiert. Auf diesem Weg kühlt
die Luft ab, insbesondere, da die Führungs- und Kondensationsleitung
bevorzugt innerhalb des Erdreiches verläuft und dort geringere Temperaturen
herrschen als oberhalb des Gewässers.
Beim Abkühlen
der Luft wird der Taupunkt der mit Feuchtigkeit stark beladenen
warmen Luft unterschritten und die Luftfeuchtigkeit kondensiert
in der Führungs-
und Kondensationsleitung zu Wasser. Aus der Auslassöffnung des
Luftauslassrohres tritt im Wesentlichen trockene Luft aus. Deren Ausströmen hält den Sogeffekt
aufrecht, mit dem erneut feuchte Luft durch die Einlassöffnung nachgezogen
wird.
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Es
ist noch einmal zu betonen, dass durch den Kamineffekt die am oberen
Ende aus dem Luftauslassrohr austretende, trockene Luft immerwährend feuchte
und warme Luft in die Einlassöffnung des
Steigrohrs einsaugt, jedenfalls solange wie die Luft oberhalb des
Gewässers
in einem ausreichendem Maße
wärmer
ist als die Luft oberhalb des Landes im Bereich der Auslassöffnung des
Luftauslassrohres. Sollte der natürliche Kamineffekt nicht ausreichen,
um den Luftstrom aufrechtzuerhalten, sei es weil ein ausreichender
Höhenunterschied
zwischen Einlass und Auslass nicht gegeben ist, sei es da die Temperatur
der Luft am Auslass nicht hoch genug ist, um die Luft aufsteigen
zu lassen, kann mit einer entsprechenden Saugvorrichtung an dem
Luftauslassrohr, z.B. einem Ventilator, hier nachgeholfen werden.
Der Energieverbrauch einer solchen Saugvorrichtung ist immer noch
deutlich geringer als der Energieverbrauch für herkömmliche Wassergewinnungsverfahren.
Sie kann auch insbesondere über umweltfreundlichen
Solarstrom aus Solarzellen betrieben werden.
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Die
Effizienz eines erfindungsgemäßen Systems
kann dabei auch von Tageszeiten abhängig sein, so ist es bekannt,
dass insbesondere nachts die Luft oberhalb des Gewässers langsamer
abkühlt
als die Luft oberhalb des Landes und insoweit hier ein noch größerer Temperaturunterschied
entsteht, der den Kamineffekt und damit die Funktion des erfindungsgemäßen Systems
weiter begünstigt.
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Mit
Vorteil beträgt
der Höhenunterschied
zwischen der Gewässeroberfläche und
dem angrenzenden Landbereich wenigstens einen Meter, ist vorzugsweise
sogar noch größer (vgl.
Anspruch 2); hier eignen sich insbesondere Steilküsten.
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Das
in der Führungs-
und Kondensationsleitung kondensierte Wasser kann nun entweder gesammelt
werden in einem Wasserauffang- und Sammelbehälter, um es als Trinkwasser
oder als Brauchwasser zum Kochen oder dgl. zu verwenden (vgl. Anspruch
4). Alternativ besteht die Möglichkeit,
die Führungs- und Kondensationsleitung
mit Wasseraustrittsöffnungen
zu versehen, um so land-, forst- oder gartenwirtschaftlich genutzte
Flächen
zu bewässern.
Es ist nämlich
ein häufiges
Problem auch und gerade in küstennahen
Bereichen tropischer, subtropischer und mediterraner Zonen, dass
dort die Niederschläge
trotz der Gewässernähe gering
sind und insbesondere nicht ausreichen, um eine wirtschaftlich nutzbare
Vegetation aufzubauen. Hier wird häufig mit künstlicher Bewässerung
nachgeholfen, die derzeit unter hohem Einsatz von Energie, in der
Regel fossiler Energie, durchgeführt
wird.
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Bei
der mit dem erfindungsgemäßen System möglichen
Bewässerung
gemäß Anspruch
6 wird einfach die ohnehin vorhandene Sonnenenergie ausgenutzt,
die die Luft oberhalb des Gewässers
erwärmt
und mit Feuchtigkeit versieht, welche Feuchtigkeit dann durch Kondensation
in der Führungs- und
Kondensationsleitung als Bewässerungswasser anfällt.
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Mit
Vorteil sollte die Führungs-
und Kondensationsleitung dabei innerhalb des Erdreiches in einer
solchen Tiefe verlaufen, in der die dort kultivierten Nutz- oder
Zierpflanzen zur Wasseraufnahme ausgebildete Wurzeln aufweisen.
Als Wasseraustrittsöffnungen
haben sich Schlitze als geeignet erwiesen.
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Mit
besonderem Vorteil können
ohnehin bekannte Drainagerohre als Führungs- und Kondensationsleitung
in einem Bewässerungssystem
verwendet werden. Diese sind weit verbreitet vorhanden und kostengünstig zu
erhalten.
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Als
Material für
die diversen Leitungen bietet sich Kunststoff an, da es leicht und
insoweit einfach zu transportieren und aufzubauen ist und im Übrigen nahezu überall erhältlich.
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Durch
eine nebeneinander angeordnete Anordnung einer Vielzahl erfindungsgemäßer Systeme mit
den oben beschriebenen Bewässerungseigenschaften
wird eine Bewässerungsanlage
für größere Flächen realisiert.
Dabei bietet es sich an, die für
die Bewässerung
vorgesehenen Führungs-
und Kondensationsleitungen in einem Abstand von etwa einem Meter
zu verlegen.
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Schließlich soll
hier darauf hingewiesen werden, dass im Rahmen dieser Anmeldung
auch ein Verfahren zur Gewinnung von Brauchwasser aus Luftfeuchtigkeit
unter im wesentlichen Einsatz der Sonnenenergie offenbart wird,
wie auch ein Verfahren zum Bewässern.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
anhand der beigefügten Figur.
Dabei zeigen:
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1 schematisch
den Aufbau und die Funktionsweise eines erfindungsgemäßen Systems zur
Gewinnung von Nutzwasser in einer Ausgestaltung für die Bewässerung.
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In 1 ist
in einer stark schematisierten Darstellung ein erfindungsgemäßes System
zum Gewinnen von Nutzwasser aus Luftfeuchtigkeit gemäß der Erfindung
dargestellt, hier in Gestalt eines Bewässerungssystems, und es wird
die Funktionsweise dieses erfindungsgemäßen Systems erläutert.
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Hier
dargestellt ist ein Gewässer
G, z.B. in Form eines Meeres, mit daran angrenzendem Landbereich,
hier als Boden B bezeichnet. Deutlich erkennbar ist hier ein erheblicher
Höhenunterschied, der
hier schematisch eine Steilküste
symbolisieren soll. Im Bereich des Gewässers und mit einer Einlassöffnung am
unteren Ende versehen ist ein Steigrohr 1 angeordnet. Dieses
mündet
an seinem oberen Ende in eine hier innerhalb des Erdreiches des
Bodens B verlegten Führungs- und Kondensationsleitung 2,
an deren Ende sich ein Luftauslassrohr 3 mit einer am oberen
Ende dieses Rohres angeordneten Luftauslassöffnung anschließt, die
höher gelegen
ist als die Lufteinlassöffnung
des Steigrohres 1.
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Durch
die Energie der Sonne wird, wie allgemein bekannt ist, oberhalb
des Gewässers
die dort befindliche Luft stark erwärmt und dabei in hohem Maße mit Luftfeuchtigkeit
(Wasserdampf) durchsetzt, die durch Verdunstung von in dem Gewässer G geführtem Wasser
entsteht. Diese erwärmte
und feuchte Luft LF steigt auf und gelangt
dabei in die Einlassöffnung
des Steigrohrs 1 und von dort weiter in die Führungs-
und Kondensationsleitung 2, die in dem hier gezeigten Beispiel
in Richtung des Luftauslassrohres 3 ansteigend verläuft, um
den Weitertransport der in dieses Rohr gelangten, feuchten Luft
LF zu fördern.
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Insbesondere
dadurch, dass die Führungs- und
Kondensationsleitung innerhalb des Erdreichs verlegt ist, herrschen
dort kühlere
Temperaturen als die Temperatur der von der Energie der Sonne S
aufgeheizten, feuchten Luft LF, so dass
die ansteigende Luft hier abgekühlt
wird. Die Abkühlung
erfolgt hierbei bis unter den Taupunkt, so dass die Luftfeuchtigkeit
in Form von Wassertröpfchen
bzw. Kondensat K kondensiert (dies ist in dem vergrößerten Ausschnitt
dargestellt). Am Ende verlässt
die noch immer aufgrund ihrer Temperatur aufsteigende Luft durch
das Luftauslassrohr 3 das erfindungsgemäße System, nun aber als trockene
Luft LT. Angeregt durch den durch die hier
ausströmende
Luft erzeugten Sog strömt dann
wiederum zusätzlich
feuchte Luft LF in den Einlass des Steigrohres,
so dass durch diesen Kamineffekt der Luftstrom durch die Steigleitung 1,
die Führungs-
und Kondensationsleitung 2 und das Luftauslassrohr 3 in
Gang gehalten wird und damit auch die fortwährende Kondensation der feuchten
Luft LF in der Führungs- und Kondensationsleitung
zu dem Kondensat K.
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Sollte
aufgrund von widrigen Temperaturverhältnissen die Temperaturdifferenz
nicht mehr genügen,
damit die trockene Luft LT aus dem Luftauslassrohr
aufgrund ihrer erhöhten
Temperatur und geringeren Luftfeuchtigkeit und der dadurch geringeren Dichte
als der Umgebungsluft nach oben abströmt, kann hier mit einer im
Bereich der Auslassöffnung des
Luftauslassrohres 3 angeordneten Saugvorrichtung, z.B.
einem Ventilator, der Luftstrom zusätzlich unterstützt werden,
um die Wassergewinnung nicht abreißen zu lassen.
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Das
gewonnene Wasser in Form des Kondensates K kann z.B. mit geeigneten
Vorrichtungen aufgefangen und in Wassersammelbehälter verbracht werden, um dann
als Trinkwasser oder Brauchwasser in Haushalten weitergenutzt werden zu
können.
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In
dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel wird
das Wasser jedoch verwendet, um den Boden B zu bewässern und
damit der Vegetation V ein Wachstum zu ermöglichen. Hierzu ist die Führungs-
und Kondensationsleitung 2 mit entsprechenden Durchtrittsöffnungen
versehen, in diesem Ausführungsbeispiel
Schlitze, durch die das Kondensat K unmittelbar ins Erdreich und
so zu den in der Verlegetiefe der Führungs- und Kondensationsleitung 2 gelegenen Wurzeln
der Vegetation V gelangen kann.
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Grundsätzlich ist
es möglich,
die Komponenten Steigrohr 1, Führungs- und Kondensationsleitung 2 und
Luftauslassrohr 3 aus jedem beliebigen Material zu fertigen.
Hierbei ist insbesondere bei der hier gezeigten Verlegung der Führungs-
und Kondensationsleitung 2 innerhalb des Erdreiches jedoch
darauf zu achten, dass diese aus einem für innerhalb des Erdreiches
stattfindende Angriffe, insbesondere Korrosion aufgrund z.B. von
Kontaktspannungen oder dgl., unanfälligen Material gebildet ist.
Von besonderem Vorteil, da nahezu überall kostengünstig zu
erhalten, ist hierbei Kunststoff als Material, welches zudem ein
geringes Gewicht aufweist, was beim Aufbau des erfindungsgemäßen Systems
von Vorteil ist. Die Führungs-
und Kondensationsleitung 2 kann im Falle der Nutzung des
Systems zur Bewässerung
z.B. ein herkömmliches
Drainagerohr sein, mit ansonsten für die Trockenlegung feuchter
Flächen
in umgekehrter Richtung gebildeten Wasserdurchtrittsschlitzen.
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Für die Bewässerung
können über weitreichende
Ariale des Bodens B wie hier skizzierte Systeme verlegt werden,
z.B. in einem Abstand von etwa 1 m, um so ganze Felder und größere Anbauflächen für forst-,
garten- und landwirtschaftliche Nutz- und der Zierpflanzen bewässern zu
können.
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Sollte
der Einsatz einer Saugvorrichtung, z.B. eines Ventilators, zum Aufrechterhalten
des Luftstromes von der Einlassöffnung
des Steigrohres 1 bis zur Auslassöffnung des Luftauslassrohres 3 erforderlich
sein, so ist es aus ökologischen
Gesichtspunkten zu bevorzugen, diese Saugvorrichtung mit Solarenergie,
beispielsweise durch angeschlossene Solarzellen, zu betreiben.
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Das
erfindungsgemäße System
eignet sich insbesondere für
den Einsatz in tropischen, subtropischen und mediterranen Regionen,
in denen trotz starker Sonnenenergie und vorhandener natürlicher Gewässer (insbesondere
Meere) nicht ausreichend Niederschlag gegeben ist, um eine Versorgung
mit Trink- und Brauchwasser sicherzustellen oder Bewässerungsanlagen
zu betreiben. Zum Beispiel käme
ein Einsatz auf den kanarischen Inseln oder in vergleichbaren Regionen
in Betracht. Insbesondere würde
bei einer Nutzung eines erfindungsgemäßen Systems die kostenaufwendige
Erschließung
unterirdischer Süßwasservorräte entfallen
bzw. in ihrer Bedeutung deutlich verringert werden. Dabei entfallen dann
nicht nur die kostenaufwendigen Bohrungen, sondern es kommt auch
nicht zu einer bei Entnahme dieser Süßwasservorräte auftretenden Absenkung des
Grundwasserspiegels mit den entsprechenden Folgen für die natürliche Vegetation,
die trotz tiefer Wurzeln dann von einer Wasserversorgung abgeschnitten
wäre.
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Mit
erfindungsgemäßen Systemen
zur Wassergewinnung, insbesondere in der Nutzung zur Bewässerung,
können
vorhandene und an sich fruchtbare Böden, die zuvor wegen Wassermangels
brach lagen, genutzt werden, um Pflanzen für die Ernährung von Mensch und Tier oder
aber für
die Nutzung in der regenerativen Energiegewinnung (Biovergasung,
Gewinnung von Bioalkohol, Brennholz oder Hackschnitzel) genutzt
werden.
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- 1
- Steigrohr
- 2
- Führungs-
und Kondensationsleitung
- 3
- Luftauslassrohr
- B
- Boden
- G
- Gewässer
- K
- Kondensat
- LF
- feuchte
Luft
- LT
- trockene
Luft
- S
- Sonne
- V
- Vegetation