Un pozzo d'aria (o pozzo aereo) è una struttura o un dispositivo che raccoglie l'acqua attraverso la condensazione dell'umidità dall'aria.. Le tipologie di pozzi d'aria sono numerose e varie, ma i progetti più semplici sono completamente passivi, non richiedono sorgenti esterne di energia e dispongono di poche parti in movimento. Pozzi d'aria di grandi dimensioni: utilizzati all'inizio del XX secolo, senza, tuttavia, buon esito.. Pozzi d'aria di piccole dimensioni, collettori radiativi: sviluppati nel corso del XX secolo, si sono dimostrati essere molto più utili. Collettori attivi: questi raccolgono l'aria allo stesso modo dei deumidificatori; sebbene siano efficaci, necessitano di fonti energetiche, rendendoli poco convenienti a meno di particolari circostanze. I progetti più moderni di condensatori attivi prevedono l'utilizzo di fonti energetiche rinnovabili..
Inquadramento
Tutti i progetti del pozzo d'aria incorporano un substrato avente una temperatura sufficientemente bassa, in modo che si formi la rugiada. La rugiada è una forma di precipitazione che si verifica naturalmente quando il vapore acqueo atmosferico si condensa su un substrato. Essa è distinta dalla nebbia, perché la nebbia è composta di gocce d'acqua che si condensano attorno alle particelle d'aria.. La condensa rilascia il calore latente che deve essere dissipato per continuare la raccolta dell'acqua..
Un pozzo d'aria richiede l'umidità dall'aria. Ovunque sulla terra, anche nei deserti, l'atmosfera circostante contiene almeno un po' d'acqua. Secondo Beysens e Milimouk: "L'atmosfera contiene 12.900 chilometri cubi di acqua dolce, composta dal 98 per cento di vapore acqueo e dal 2 per cento di acqua condensata (nuvole): una cifra comparabile alle risorse idriche liquide rinnovabili delle terre abitate ." La quantità di vapore acqueo contenuta nell'aria è comunemente detta umidità relativa, e ciò dipende dalla temperatura: l'aria più calda che può contenere più vapore acqueo rispetto all'aria più fredda. Quando l'aria viene raffreddata fino al punto di rugiada, essa diventa satura e l'umidità si condensa su una superficie adeguata. Ad esempio, la temperatura di rugiada dell'aria a 20 °C e l'80% di umidità relativa è di 16 °C. La temperatura di rugiada scende a 9 °C se l'umidità relativa è del 50%.
Una tecnica correlata a questa, ma distinta, per ottenere l'umidità atmosferica è la cattura della nebbia.
Un pozzo d'aria non deve essere confuso con uno stagno di rugiada. Uno stagno di rugiada è uno stagno artificiale destinato all'abbeveramento del bestiame. Lo stagno di rugiada propriamente detto (a volte detto anche stagno di nuvole o stagno di nebbia) deriva dalla credenza ampiamente diffusa che lo stagno sia riempito dall'umidità dall'aria.Oxford English Dictionary: "dew-pond" In realtà, gli stagni di rugiada sono principalmente riempiti da acqua piovana..
Una pacciamatura pietrosa può aumentare in modo significativo i rendimenti delle colture in aree aride. Questo è il caso soprattutto nelle Isole Canarie: sull'isola di Lanzarote cadono circa 140 millimetri di pioggia ogni anno e non ci sono fiumi permanenti. Malgrado ciò, colture consistenti possono essere coltivate usando una pacciamatura di pietre vulcaniche, una tecnica scoperta dopo le eruzioni vulcaniche nel 1730. Alcuni credono che la pacciamatura in pietra possa favorire la rugiada; anche se l'idea ha ispirato alcuni teorici, sembra improbabile che l'effetto sia significativo. Piuttosto, le piante sono in grado di assorbire la rugiada direttamente dalle foglie, e il vantaggio principale di un pacciame in pietra è quello di ridurre la perdita di acqua dal suolo e di eliminare la concorrenza delle erbe infestanti.
Storia A partire dai primi anni del XX secolo, diversi inventori hanno compiuto ricerche ed esperimenti sui condensatori d'aria di grandi dimensioni. Notevoli contributi sono venuti, ad esempio, dall'ingegnere russo Friedrich Zibold (chiamato talvolta Friedrich Siebold.), dal bioclimatologo francese Leon Chaptal, dal ricercatore tedesco-australiano Wolf Klaphake e dall'inventore belga Achille Knapen.
Il collettore di Zibold
Nel 1900, vicino al sito dell'antica città bizantina di Feodosia, tredici grandi pilastri di pietre furono scoperti da Zibold, un forestale e ingegnere responsabile di questa zona.. Ogni palo di pietra ricopriva poco più di 900 metri quadri ed era alto circa 10 metri. I reperti furono associati ai resti di tubi di terracotta di 75 millimetri che apparentemente portavano a pozzi e fontane in città. Zibold concluse che le pile di pietra erano condensatori che fornivano l'acqua di Feodosia. Egli calcolò che ogni pozzo d'aria produceva ben più di 55.400 litri ogni giorno.
Per verificare la sua ipotesi, Zibold costruì un condensatore di pietra a pali ad un'altitudine di 288 metri sul monte Tepe-Oba, vicino all'antico sito di Feodosia. Il condensatore di Zibold era circondato da un muro alto 1 metro, largo 20 metri, intorno ad un'area di raccolta a forma di ciotola con drenaggio. Utilizzò pietre marine di 10-40 centimetri di diametro, impilate per 6 metri in un tronco di cono del diametro di 8 metri alla sommità. La forma del palo di pietra permetteva un buon flusso d'aria con solo un minimo contatto termico tra le pietre.
Il condensatore di Zibold cominciò a funzionare nel 1912 con una produzione giornaliera massima, che successivamente si è calcolata essere di 360 litri (Zibold non pubblicò i risultati dei suoi risultati al tempo). La base sviluppò perdite che costrinsero l'esperimento a terminare nel 1915 e il sito fu parzialmente smantellato prima di essere abbandonato. (Il sito fu poi riscoperto nel 1993 e ripulito.) Il condensatore di Zibold era approssimativamente della stessa dimensione degli antichi pilastri di pietra che erano stati trovati, e, sebbene il rendimento fosse molto inferiore a quella che Zibold aveva calcolato per le strutture originali, l'esperimento fu d'ispirazione per i ricercatori successivi.
Il collettore di Chaptal Ispirato al lavoro di Zibold, nel 1929 Chaptal costruì un piccolo pozzo d'aria vicino a Montpellier. Il condensatore di Chaptal era una struttura in calcestruzzo piramidale di 3 metri di lato e 2,5 metri di altezza, era riempito con 8 metri cubi di pezzi di calcare di circa 7,5 centimetri di diametro. Piccoli fori di sfiato circondavano sia la parte superiore che quella inferiore della piramide. Questi fori potevano essere chiusi o aperti a seconda dell'esigenza di controllo del flusso dell'aria. La struttura veniva lasciata raffreddare durante la notte, e poi l'aria umida calda veniva fatta entrare durante il giorno. La rugiada si formava sui pezzi di calcare e veniva raccolta in un serbatoio sotto il livello del suolo. La quantità di acqua ottenuta variava da 1 a 2,5 litri al giorno a seconda delle condizioni atmosferiche..
Chaptal non considerava il suo esperimento un successo. Quando si ritirò, nel 1946, mise il condensatore fuori uso, probabilmente perché non voleva lasciare un'installazione erronea che inducesse in errore coloro che avrebbero potuto proseguire gli studi sui pozzi d'aria.
Il collettore di Klaphake Wolf Klaphake era un chimico di successo che lavorava a Berlino negli anni 1920 e 1930. Durante questo periodo, sperimentò diverse forme di pozzi d'aria in Jugoslavia e sull'Isola di Vis (Lissa) nell'Adriatico. Il lavoro di Klaphake fu ispirato da Zibold. e dalle opere di Maimonide, un noto studioso ebraico che scrisse in arabo circa 1.000 anni fa e che menzionò l'uso di condensatori d'acqua in Palestina.
Klaphake sperimentò un progetto molto semplice: un'area di pendio di montagna fu eliminata e levigata con una superficie impermeabile. Era ombreggiata da un semplice baldacchino sostenuto da pilastri o creste. I lati della struttura erano chiusi, ma i bordi superiore e inferiore erano lasciati aperti. Di notte il pendio della montagna si raffreddava e di giorno l'umidità si raccoglieva e scendeva lungo la superficie levigata. Anche se il sistema apparentemente funzionava, era costoso e Klaphake adottò alla fine un progetto più compatto basato su una struttura in muratura. Questo progetto era un edificio a forma di pan di zucchero, alto circa 15 metri, con pareti di almeno 2 metri, con fori in alto e in basso. La parete esterna era fatta di calcestruzzo per dare un'elevata capacità termica e la superficie interna era costituita da un materiale poroso come l'arenaria.. Secondo Klaphake:
Le tracce dei condensatori di Klaphake sono state identificate in modo incerto.
Nel 1935 Wolf Klaphake e sua moglie Maria emigrarono in Australia. La decisione di Klaphake di emigrare fu probabilmente principalmente il risultato degli incontri di Maria con le autorità naziste;. la decisione di stabilirsi in Australia (anziché, ad esempio, in Gran Bretagna) fu però influenzata dal desiderio di Wolf di sviluppare un condensatore di rugiada. Dato che era un continente asciutto, l'Australia avrebbe probabilmente avuto bisogno di fonti alternative di acqua dolce e il Premier dell'Australia Meridionale, che Klaphake aveva incontrato a Londra, aveva espresso interesse. Klaphake aveva fatto una proposta specifica di un condensatore nella piccola città di Cook, dove non c'era alcuna fornitura di acqua potabile. A Cook, la società ferroviaria aveva precedentemente installato un grande condensatore attivo a carbone, ma aveva un costo di gestione proibitivo, ed era più economico semplicemente trasportare l'acqua. Tuttavia, il governo australiano rifiutò la proposta di Klaphake, ed egli perse interesse per il progetto.
Il pozzo aereo di Knapen
Knapen, che aveva lavorato in precedenza nella deumidificazione degli edifici,Prevention Of Damp in Buildings. si ispirò al lavoro di Chaptal e decise di costruire un grande, ambizioso puits aerien (pozzo aereo) sopra una collina alta a Trans-en-Provence in Francia. Iniziata nel 1930, la torre di Knapen aveva impiegato 18 mesi nella costruzione; essa è ancora là, ma in condizioni di abbandono. Quando fu costruita, seppe catturare l'interesse del pubblico."Air Well Waters Parched Farms" Popular Science, marzo 1933.
La torre è alta ed ha massicce pareti in muratura spesse circa con una serie di aperture laterali per consentire all'aria di entrare nella struttura. All'interno vi è una massiccia colonna in calcestruzzo. Di notte l'intera struttura viene lasciata raffreddare e durante il giorno l'aria calda umida entra nella struttura attraverso le alte aperture, si raffredda, scende e lascia l'edificio dalle aperture inferiori. La supposizione di Knapen era che l'acqua si condensasse sulla colonna interna fredda. In linea con la constatazione di Chaptal che prevede che la superficie di condensazione debbe essere ruvida e che la tensione superficiale debba essere sufficientemente bassa in modo che l'acqua condensata possa gocciolare, la superficie esterna della colonna centrale fu costellata di piastre di ardesia. Le tavole di ardesia furono collocate quasi verticalmente per incoraggiare il gocciolamento verso un bacino di raccolta nella parte inferiore della struttura. Purtroppo, il pozzo aereo raggiunse mai nulla di simile alla prestazione sperata e non produsse che pochi litri d'acqua ogni giorno..
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