Optimization of Root-zone Thermal Regulation in PCM-integrated Soil Matrix Blocks through Pipe Configuration and PCM Content Management

سال انتشار: 1405
نوع سند: مقاله ژورنالی
زبان: انگلیسی
مشاهده: 31

فایل این مقاله در 16 صفحه با فرمت PDF قابل دریافت می باشد

استخراج به نرم افزارهای پژوهشی:

لینک ثابت به این مقاله:

شناسه ملی سند علمی:

JR_JAFM-19-11_006

تاریخ نمایه سازی: 22 مهر 1405

چکیده مقاله:

Existing greenhouse root-zone heating systems often suffer from limited thermal storage capacity and poor temperature uniformity, while the combined effects of PCM content and heating pipe configuration on thermal regulation performance remain insufficiently understood. This study evaluates a stereoculture rack growing system (SRGS) integrating phase change material (PCM)-enhanced soil matrix blocks (SMBs) with a closed-loop hydronic heating network for root-zone soil temperature control. Computational fluid dynamics simulations were conducted using STAR-CCM+ and validated experimentally to investigate the effects of PCM content, flow velocity, and pipe configuration on root-zone and canopy thermal performance. The results showed that SMBs containing ۲۰% PCM with a dual-pipe configuration, circulating water supplied at ۴۵ °C, and a flow velocity of ۱ m/s achieved the best thermal performance. Under an ambient temperature of ۱۰ °C, the root-zone thermally optimal zone (TOZ) volume reached ۴.۷۸ × ۱۰⁻³ m³ after ۱۸۰۰ s, while the canopy thermally suitable volume reached ۰.۵۸۴۸۶ m³, corresponding to ۶۹.۶۲% of the total canopy air volume. Compared with conventional soil, the PCM-enhanced SMBs extended the heating and cooling durations within the ۲۰–۲۶ °C phase transition interval by ۳.۶۹ and ۴.۳۸ times, respectively, demonstrating a substantial thermal buffering effect. The dual-pipe configuration provided the best balance between heating intensity and temperature uniformity, whereas excessive heating in the triple-pipe configuration reduced the TOZ volume due to local overheating. These findings demonstrate that PCM-enhanced SMBs can effectively improve greenhouse thermal regulation and root-zone temperature stability. However, the present study focuses on thermal performance under controlled operating conditions, and future work should evaluate long-term crop responses and field-scale applications.

نویسندگان

Z. Li

College of Mechanical and Electrical Engineering, Hunan Agricultural University, Changsha, Hunan Province, ۴۱۰۱۲۸, China

مراجع و منابع این مقاله:

لیست زیر مراجع و منابع استفاده شده در این مقاله را نمایش می دهد. این مراجع به صورت کاملا ماشینی و بر اساس هوش مصنوعی استخراج شده اند و لذا ممکن است دارای اشکالاتی باشند که به مرور زمان دقت استخراج این محتوا افزایش می یابد. مراجعی که مقالات مربوط به آنها در سیویلیکا نمایه شده و پیدا شده اند، به خود مقاله لینک شده اند :
  • Ahmad, S., & Prakash, O. (۲۰۲۳). Three-dimensional simulation of earth ...
  • Jahangir, M., Ziyaei, M., & Kargarzadeh, A. (۲۰۲۲). Evaluation of ...
  • نمایش کامل مراجع