通过加湿—除湿技术运行的太阳能海水淡化系统的性能分析

将阳光转化为饮用水

在包括埃及在内的许多干旱地区，获取清洁水源变得越来越困难——沿海城市和新兴度假区迫切需要淡水，但河流和降雨有限。本研究探讨了一种小型太阳能驱动装置，利用温和加热而非剧烈沸腾，将咸海水转化为可饮用水。通过在真实的户外条件下对该系统进行细致测量，研究人员展示了如何在保持低成本和低污染的同时，从相同的阳光中榨取更多淡水。

为何这种淡化方式重要

大型海水淡化厂已为许多沿海城市供水，但它们需要高压泵、复杂的过滤装置以及大量电力，使得在偏远村庄或小型社区中安装成本高且难度大。此处测试的系统采用一种不同思路，称为加湿—除湿：它不通过细密膜强制海水通过，而是模拟自然水循环。温暖的盐水蒸发进入空气，留下盐分，随后潮湿的空气被冷却，使纯净水凝结并收集。由于温度远低于沸点，且主要热源来自太阳，这种方法相比传统厂房可更简单、噪音更低且更清洁。

试验系统如何工作

团队在开罗的一座屋顶上建造了一个试点装置，并使用实际的苏伊士运河水进水，该水的盐度高于全球海洋平均值。阳光首先在真空管太阳能集热器中加热海水，将其温度提升到约浴水温或更高。热咸水随后被喷洒到装有塑料填料的高箱体——加湿器中。随着水沿填料下滴，风扇将空气自下而上吹过湿润表面，空气吸收水蒸气并变得温暖潮湿。该空气随后通过保温风道进入第二个箱体——除湿器，在那里它经过用城市冷水冷却的金属冷凝盘管。水蒸气在盘管上冷凝并滴入集水盆，成为可储存和后续使用的蒸馏水。

研究人员测量了什么

在上午九点到下午五点之间，研究人员在二月和三月的36个不同试验日里调整了两个主要参数：海水的流速和空气的循环速度。他们监测阳光强度、温度、空气湿度以及每小时产生的淡水精确量。正如预期，产量在上午逐步上升，太阳最强时在中午附近达到峰值，随后在午后下降。更快的风速将更多水蒸气从加湿器带到除湿器，而更高的海水流量则提供更多可蒸发的热水。在最佳测试条件下——海水流量为0.63千克/秒，风速为13.2米/秒——八小时运行窗口内的日产量达到17.04千克淡水，约为17升。

在产量、效率与成本之间寻找平衡

除了简单的产出，团队还考察了系统利用进入太阳能热量的效率。他们使用了一个称为产出增益比的度量，比较产出淡水中所含能量与所供应的热能。该比值以及将产出淡水与进水海水比较的回收率在海水流量和风速较高但仍保持平衡时达到峰值：某种特定组合在强蒸发与有效冷凝之间给出了最优折中。在这些最佳条件下，总体产出增益比达到了1.22，表明系统内部的热量回收有助于能量再利用。一项基于十年寿命估算和当地财政条件的经济分析显示，假设每年运行340个晴天，每升蒸馏水的成本约为0.017美元（约1.7美分）。由于热量来自太阳而非化石燃料，作者估计在系统寿命期间可避免大约六吨二氧化碳排放。

对缺水地区意味着什么

简单来说，这项工作表明一个适度大小、屋顶可安装的太阳能装置能够以低成本且不产生新增温室气体的方式，可靠地将含盐运河水转化为清洁水。通过微调空气和海水在系统中的流速，研究人员确定了在开罗真实气象条件下最大化淡水产出和能效的运行状态。尽管日产量太少以供给大城市，但非常适合埃及沿海的分散家庭、农场或旅游营地。该研究提供了工程师和规划者可用于设计下一代小型海水淡化装置的实用数据，这些装置经济可承受、维护简单且主要由阳光供能。

引用: Gomaa, A., Hassaneen, A.E., Ibrahim, H. et al. Performance analysis of a solar desalination system operated by humidification–dehumidification technique. Sci Rep 16, 9805 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40700-6

关键词: 太阳能海水淡化, 加湿 除湿, 小规模水处理, 可再生能源, 埃及水资源