Building your own facility for home use or even just having your own miniature farm is a costly business. If you add up all the expenses and set your own hourly wage to zero euros, you quickly end up with 200 to 300 euros in one-off1 material costs for construction and around 50 to 100 euros for fertilizer, water and electricity - per harvest. Anyone who has ever shopped in a wholesale market will grab their head and go shopping.
1 ) There is wear at least on the pump. If you want to drive your dealer crazy, pay close attention to the receipt and simply exchange it if it is defective, as it rarely survives two years of continuous use. This means: ensure you have a replacement pump before putting the system into operation!
If you have a garden or backyard at your disposal and can count on sun and don't just want to give your extra side table a productive second life, you will get your money's worth with a little more effort and a bit of technical skill, even if not in monetary terms - as has already been the case mentioned, depending on the size of the facility.
The perfect place for hydroponics, at least in cooler latitudes (with frost), is the greenhouse. In this article we will design the system outside the home , but without a greenhouse. So an outdoor hydroponic system. This can be operated for six to eight months, depending on the weather.
Design and sizing
For starters and this article I chose NFT (Nutrient Film Technic). This has many advantages but the disadvantages must also be mentioned: A particular catch is the loss of all plants in the event of a defective pump or power failure.
in the event of a power or pump failure: crop loss
The implementation of the system is very simple and requires relatively little effort. We first need a few meters of KG pipes ( sewer base pipes ) to outline the design options. The use of sewer base pipes has many advantages. They are resistant to acids and alkalis and are very cheap due to their distribution. Starting at around €5 per meter and around three euros per angle, you can get by with just under 100 euros for a 20 meter system with a capacity of around 50 to 60 plants. By the way, these pipes are not frost-proof - whatever you want to plant in winter, please write to me!
Installation location
The available KG pipe types (bend, pitch, etc., see photo below) allow great freedom in designing your own system. The only point that you should always keep in mind is the necessary gradient that an NFT-type investment requires. In combination with the rise performance of the selected pump (see table below), the maximum gradient on the pipe section is also determined. So from the point at which the nutrient (water with fertilizer) is pumped into the system to the drainage basin, the height difference may only be as high as the maximum delivery head of the selected pump.
With the aquarium pump we used, it reached its performance limit at around 1.3 meters. In our system we have also added a reservoir of 65 liters. The 20 meter pipe we use for this has a gradient of around 1.2 meters over a 20 meter length. Less gradient quickly reduces the oxygen content in the nutrient solution.
The blueprint
It is advisable to make a sketch before cutting the pipes to size (if necessary) and putting them together. Putting it together requires some physical effort or you can smear some cooking oil on the rubber seal. Dismantling the pipes if you make a mistake or want to rebuild them is very laborious.
This sketch serves as a guide to estimate the dimensions of the system. A pipe element is one meter long. A 90 degree bend takes up about 25 x 25 cm of space. The large blue barrel serves as a reservoir. From this, the nutrient solution is pumped into the pipe system using a pump. After the nutrient liquid has left the pipe system, it is collected in a flat bowl and pumped back into the reservoir. The pump that empties the bowl runs slightly faster than the reservoir pump (above). The purpose of this constellation is to always have enough reserves in the large bins. Since the plants (approx. 30 tomato plants) in this system can use up to 30 liters of water per day (in Portugal at 40 degrees Celsius in the shade), and we only want to refill the system once a day. In addition, the low pump performance (1.3 meter rising height). Now the nutrient has to be taken from as deep a place as possible, but only pumped up 1.3 meters. Therefore, this system configuration cannot be implemented with just one large reservoir. That would be it, only with a barrel height of one meter and a pipe gradient of around 1.2 meters, the feed pipe would be at a height of 2.2 meters. Nobody wants to climb there to harvest the plants.
What's lost in this sketch is the third dimension.
Now we come to the aquarium pump, which circulates the nutrient solution.
A quick note about aquarium pumps for home systems: In view of the customer comments, the technical data that is available can be viewed as more than speculative, not to say highly doubtful. Comparison portals, of which there are a surprising number, seem to use customer ratings rather than technical measurements as a criterion. Anyone who has anything to do with technology or science will probably have their hair standing on end.
Modell
Performance
per hour
climbing height
in meters
Electricity consumption per month
24 hours a 30 days = 720 hours
costs per month
at €0.35 per kWh
EHEIM compactON 1000
up to 1.000 liters
1.4 meters
15 W x 720 h = 10,8 kWh
3,78 €
EHEIM compactON 12000
up to 12.000 liters
4,2 meters
110 W x 720 h = 79,2 kWh
27,72 €
EXCELCO CHJ-900
up to 900 liters
1,5 meters
20 W x 720 h = 14,4 kWh
5,04 €
EXCELCO CHI-1500
up to 1.500 liters
1,8 meters
25 W x 720 h = 18,0 kWh
6,30 €
Zacro
up to 2.000 liters
2,3 meters
40 W x 720 h = 28,8 kWh
10,08 €
Evenes HS 35-25 (*
up to 2.600 liters
4,0 meters
23 W x 720 h = 16,6 kWh
5,80 €
All information in this list is based on manufacturer information and should always be viewed with doubt.
Link to Excleco and Zacro: no manufacturer website found, probably re-branded and only available through third parties
Link to Evenes: https://evenes.de - Sales only through specialist retailers or shopping portals
*) The Evenes model is only mentioned here as an example to show a comparison between a highly optimized circulation pump and aquarium pumps. Such a circulation pump costs between €100 and €200. The usual lifespan is around 15 years of operation - ask your plumber for a good quote. The aquarium pumps are available from €20. For long-term operation, you should not underestimate the electricity costs.
Der Bau einer eigenen Anlage für den Hausbedarf oder auch nur das Erlebnis einer eigenen Miniaturfarm, ist betriebswirtschaftlich eine kostspielige Angelegenheit. Die ganzen Aufwendungen zusammengerechnet und den eigenen Stundenlohn auf Null Euro gesetzt, landet man schnell bei 200 bis 300 Euro an einmaligen1 Materialkosten für den Aufbau und bei etwa 50 bis 100 Euro für Dünger, Wasser und Strom - pro Ernte. Wer im Großmarkt schon einmal einkaufen war, wird sich an den Kopf greifen und shoppen gehen.
1) Es gibt zumindest bei der Pumpe einen Verschleiß. Wer seinen Händler in den Wahnsinn treiben möchte, passt gut auf die Quittung auf und tauscht diese einfach bei Defekt um, da sie selten zwei Jahre im Dauerbetrieb überlebt. Das heißt: sorgen Sie für eine Ersatzpumpe schon vor Inbetriebnahme der Anlage !
Wer einen Garten oder Hinterhof zu Verfügung hat und auch mit Sonne rechnen kann und nicht nur seinen überzähligen Beistelltisch einem produktiven Zweitleben zuführen möchte, wird mit etwas mehr Aufwand und ein bisschen technischem Geschick auf seine Kosten kommen, wenn auch nicht in monetärer Hinsicht - wie bereits erwähnt, ja nach Größe der Anlage.
Der perfekte Ort für Hydroponik ist, zumindest in kühleren Breitengraden (mit Frost), das Gewächshaus. In diesem Beitrag werden wir die Anlageaußer Haus, aber ohne Gewächshaus gestalten. Also eine Freiland-Hydroponik-Anlage. Diese kann, je nach Wetter, sechs bis acht Monate betrieben werden.
Gestaltung und Dimensionierung
Für den Anfang und diesen Artikel habe ich NFT (Nährstoff-Film-Technik = Nutrient Film Technic) ausgewählt. Diese hat viele Vorteile aber auch die Nachteile muss man erwähnen: Ein besonderer Haken ist der Verlust aller Pflanzen bei defekten Pumpen oder Stromausfall.
Die Realisierung der Anlage gestaltet sich handwerklich sehr einfach und mit relativ geringem Aufwand. Wir benötigen zuerst einige Meter KG-Rohren (Kanalgrundrohren) um die Gestaltungsmöglichkeiten zu umreißen. Die Verwendung von Kanalgrundrohren hat viele Vorteile. Sie sind Säuren- und Laugenbeständig und durch ihre Verbreitung sehr günstig. Ab etwa 5.- € pro Meter und etwa drei Euro pro Winkel kommt man bei einer 20 Meter-Anlage, mit etwa 50 bis 60 Pflanzen Kapazität, schon mit knapp 100 Euro aus. Diese Rohre sind übrigens nicht Frostsicher -was auch immer Sie im Winter anpflanzen wollen, bitte schreiben Sie mir!
Aufstellungsort
Die verfügbaren KG-Rohrtypen (Biegung, Teilung, etc., Foto siehe unten) erlauben eine große Freiheit bei der Gestaltung der eigenen Anlage. Den einzigen Punkt, den man stets im Hinterkopf haben sollte, ist das nötige Gefälle, das eine Anlage des Typs NFT nötig macht. In Kombination mit der Steig-Leistung der gewählten Pumpe (siehe Tabelle unten) steht auch das maximale Gefälle auf der Rohrstrecke fest. Also von dem Punkt an dem der Nährstoff (Wasser mit Dünger) in die Anlage gepumpt wird, bis zum Abflussbecken, darf der Höhenunterschied nur so hoch sein wie die maximale Förderhöhe der gewählten Pumpe.
Mit der von uns verwendeten Aquarienpumpe ergab sich das diese bei etwa 1,3 Meter Steighöhe Ihre Leistungsgrenze erreicht hat. In unserer Anlage haben wir zusätzlich ein Reservoir von 65 Litern hinzugefügt. Die 20 Meter Rohrleitung die wir dafür verwenden hat also ein Gefälle von etwa 1,2 Meter auf 20 Meter Länge. Weniger Gefälle verringert schnell den Sauerstoffgehalt in der Nährlösung.
Der Bauplan
Es empfiehlt sich eine Skizze anzufertigen, bevor man die Rohre zurechtschneidet (wenn überhaupt nötig) und zusammensteckt. Das Zusammenstecken bedarf etwas körperlicher Anstrengung oder man schmiert etwas Speiseöl auf die Gummidichtung. Das auseinanderzieren der Rohre, sollte man sich geirrt haben oder umbauen wollen, gestaltet sich sehr kraftaufwendig.
Diese Skizze dient der Orientierung um die Ausmaße der Anlage abschätzen zu können. Ein Rohrelement hat einen Meter Länge, Ein Bogen von 90 Grad nimmt etwa 25 X 25 cm Platz ein. Das große blaue Fass dient als Reservoire. Aus diesem wird mit einer Pumpe die Nährlösung in das Rohrsystem gepumpt. Nach dem die Nährflüssigkeit das Rohrsystem verlassen hat wird diese in einer flachen Schale aufgefangen und in das Reservoir zurückgepumpt. Die Pumpe, welche die Schale leer pumpt läuft etwas schneller als die Reservoir-Pumpe (oben). Sinn dieser Konstellation ist: stets genügend Reserve in der großen Tonnen zu haben. Da die Pflanzen (ca. 30 Tomatenstauden) in dieser Anlage bis zu 30 Liter Wasser pro Tag verbrauchen können (in Portugal bei 40 Grad Celsius im Schatten), und wir nur einmal am Tag die Anlage nachfüllen möchten. Dazu die niedrige Pumpleistung (1.3 Meter Steighöhe). Nun muß der Nährstoff aus einer möglichst tiefen Stelle entnommen, aber nur 1,3 Meter nach oben gepumpt werden. Deshalb ist diese Anlagenkonfiguration mit nur einem großen Reservoir nicht realisierbar. Das wäre sie schon, nur bei einer Faßhöhe von einem Meter, einem Gefälle der Rohrleitungen um etwa 1,2 Meter, würde das Einspeiserohr auf einer Höhe von 2,2 Metern liegen. Da will niemand hinklettern um die Pflanzen zu ernten.
Was auf dieser Skizze verloren gegangen ist, ist die dritte Dimension.
Jetzt kommen wir zu der Aquariumpumpe, die die Nährlösung umwälzt.
Ein kurzer Hinweis zu den Aquarien-Pumpen für Heimanlagen: Die technischen Daten die verfügbar sind, sind angesichts der Kundenkommentare mehr als Spekulativ um nicht zu sagen als höchst Zweifelhaft zu bewerten. Vergleichsportale, von denen es dazu erstaunlich viele gibt, scheinen als Kriterium eher die Kundenbewertung als technische Messungen zu verwenden. Allen die mit Technik oder Naturwissenschaften zu tun haben stehen hier vermutlich die Haare zu Berge.
Modell
Leistung
pro Stunde
Steighöhe
in Metern
Stromverbrauch im Monat
24 Std. a 30 Tage = 720 Std.
Kosten pro Monat
bei 0,35 € pro kWh
EHEIM compactON 1000
bis 1.000 Liter
1.4 Meter
15 W x 720 h = 10,8 kWh
3,78 €
EHEIM compactON 12000
bis 12.000 Liter
4,2 Meter
110 W x 720 h = 79,2 kWh
27,72 €
EXCELCO CHJ-900
bis 900 Liter
1,5 Meter
20 W x 720 h = 14,4 kWh
5,04 €
EXCELCO CHI-1500
bis 1.500 Liter
1,8 Meter
25 W x 720 h = 18,0 kWh
6,30 €
Zacro
bis 2.000 Liter
2,3 Meter
40 W x 720 h = 28,8 kWh
10,08 €
Evenes HS 35-25 (*
bis 2.600 Liter
4,0 Meter
23 W x 720 h = 16,6 kWh
5,80 €
Alle Angaben in dieser Liste beruhen auf Herstellerangaben und sind stets mit Zweifel zu betrachten.
Link zu Excleco und Zacro: keine Herstellerseite gefunden, vermutlich re-branded und nur über Dritte zu beziehen
Link zu Evenes: https://evenes.de - Vertrieb nur über den Fachhandel oder Shopping-Portale
*) Das Modell von Evenes ist hier nur als Beispiel genannt, um einen Vergleich zwischen einer hoch optimierten Umwälz-Pumpe und Aquarien-Pumpen zu zeigen. Eine solche Umwälzpumpe kostet zwischen 100 und 200 €. Die übliche Lebensdauer beträgt etwa 15 Betriebsjahre - fragen Sie Ihren Klempner nach einem guten Angebot. Die Aquarienpumpen gibt es ab 20.- €. Bei einem dauerhaften Betrieb sollte man die Stromkosten nicht unterschätzen.
Here is a collection of material suggestions that make sense for a hydroponic system.
This is intended to be just a cost-effective selection and an inspiration for what is needed at least for a small home system. When it comes to the size of the system, we base ourselves on around 20 tomato plants, which can then be placed in the system with the appropriate minimum distance. Depending on the plant, the space required in such a pipe system with NFT technology is 15 to 50 cm between the individual places. Since the roots in a hydroponic system require significantly less space than in outdoor cultivation, you can - as a rule - orientate yourself on the space required by the plant "above ground". For 20 tomatoes, each with a space requirement of 50 cm, you get a system (pipe) length of around 10 meters. This means that each plant has 25 cm of space, calculated from the root. The holes for the plants are 50 cm apart from each other.
KG sewer pipe DN 125, length: available in 2m and 1m
The sewer pipes and fittings made of hard PVC require no care or maintenance.
Due to the design (i.e. the material used), the pH value, which can become very acidic, does not play a role. The original intended use also tolerates aggressive concentrations. These pipes are designed for use on farms, among others, and are resistant to strong acids and alkalis.
Diameter: 125 mm Material: hard PVC Color: orange Acid and base resistant For house and yard drainage Outdoor use
In the hardware store from €8.45 Length: 2.0 m (€4.23 running meter)
KG elbow DN 125, 87.5°
The sewer pipes and fittings made of hard PVC require no care or maintenance. The extensive range ensures optimal customization options for the planned system.
Diameter: 125 mm Material: hard PVC Color: orange Acid and base resistant For house and yard drainage Outdoor use
In the hardware store from €2.95
Hole saw/cup drill
Diameter about 10 cm
The diameter depends on the plant; for tomatoes we used a 10 cm drill. Most pots do not fit exactly into the hole or are not completely light-tight. Paying attention to this reduces algae growth somewhat. We recommend buying the pots a little larger, i.e. over 10 cm in diameter, and cutting them open on the side. Thanks to the overlap, the pot can then be inserted exactly into the opening.
In the hardware store from 15 €
Aquarium pump
1200 liters / hour, sufficient for around 40 plants
In order to continuously supply the plants with running water (the nutrient solution), you should pay attention to the slope of your system. Here you have to find a compromise, because the following requirements conflict with each other: The incline or gradient of the pipes used - i.e. the difference in height from the inlet (the feed) to the outlet - should be around 10 cm per meter in order to achieve a high flow speed . That's a 10% gradient (at 90 degrees maximum: 1 meter gradient on 1 meter stretch is 100%). This promotes turbulence and thus the oxygen content in the nutrient solution.
With this specification, the difference from the lowest point of the system to the highest is 10 cm per meter: For a 10 meter long system, that is a meter difference in height. If you add a collecting container with a height of 30 cm, the plant and the last seedling end up at around 1.3 meters. If you plan tomatoes, you will need a ladder to prune and harvest the plants.
You can further reduce the incline or gradient of the pipes used, but you should then expect slightly lower harvest results.
In hardware stores from €35
Rain barrel / wide-mouth barrel 120 liters
The reservoir used should definitely have a label that identifies the material as food safe. In the example system discussed, we use an intermediate storage unit, which requires a second pump. This is unnecessary for smaller systems, but it does force you to check the nutrient content daily depending on the weather. During hot days, terminal tomatoes consume about 1.2 liters of water per day (in an open system). The problem: with increasing evaporation through the leaves, the pH and Ec values increase. Depending on the plant and the amount of nutrients used, this can lead to undesirable effects. To find the right barrel (whether blue or not) you should take a look at the plastic types. Here is an article about it.
From €35
Flower pot, plant support
Commercially available flower pots are very suitable as “pots” because they do not decompose as quickly in the sun and are inexpensive. We recommend slightly larger pots for planting. They should be slightly larger than thatHole in the pipe because they fit so well at the edge. In order to fit the pots precisely into the opening, you can cut them open at the edge. The cut goes to the middle of the bottom of the pot. This allows you to overlap the edges and the tension of the pot allows an almost completely tight fit into the hole in the pipe. In the example picture we use coconut fibers as filling material. These are weatherproof enough to be used multiple times. To make it easier to remove the roots from the coconut fibers, simply place the cut root balls in the sun for a few days. This means that the dried roots break down and the coconut fibers can be used again. But: not all roots are suitable for coconut fiber as a soil replacement. Coconut fibers are very suitable for our example plant with tomatoes. You can get coconut fiber as “nesting material” at hardware stores or pet stores. Considering that it is a waste product of coconuts (the shell), the price is surprisingly high. Do not buy the fibers in small quantities or you will pay exorbitant amounts. On internet trading platforms you can get the kilo from around €30. Search for "coconut fiber, craft supplies, decoration and nest building ." Why not rock wool? The rock wool breaks down and this "rock hard" material wears out the water pump impellers - if you use a pump of this type. Rock wool is also not as easy to reuse as coconut fiber, not to mention the CO 2 footprint. But you decide what suits your system best.
Hier eine Sammlung von Materialvorschlägen die für eine Hydroponikanlage sinnvoll sind.
Dies soll nur eine kostengünstige Auswahl und eine Inspiration sein, was mindestens für eine kleine Heimanlage nötig ist. Bei der Größe der Anlage orientieren wir uns an etwa 20 Tomaten-Pflanzen, die sich mit entsprechenden Mindestabstand in der Anlage dann platzieren lassen. Je nach Pflanze liegt der Platzbedarf in einer solchen Rohr-Anlage mit NFT-Technik bei 15 bis 50 cm Abstand zwischen den einzelnen Plätzen. Da die Wurzeln in Hydroponikanlage wesentlich weniger Platz benötigen als im Freilandanbau, kann man sich - in der Regel - an dem Platzbedarf orientieren, die die Pflanze "überirdisch" benötigt. Für 20 Tomaten mit einem Platzbedarf von jeweils 50 cm kommt man so auf eine Anlagen- (Rohr-) Länge von etwa 10 Meter. So hat jede Pflanze, von der Wurzel aus gerechnet, 25 cm Platz. Die Löcher für die Pflanzen haben also einen Abstand von 50 cm zueinander.
KG-Kanalrohr DN 125, Länge: als 2m und 1m erhältlich
Die Kanalrohre und Formstücke aus Hart-PVC sind pflege- und wartungsfrei.
Durch die Bauart (also das verwendete Material) spielt der pH-Wert, der sehr sauer werden kann, keine Rolle. Die Ursprüngliche Verwendungszweck toleriert auch aggressive Konzentrationen. Diese Rohre sind für den Einsatz u.a. auf Bauernhöfen konzipiert und resistent gegen starke Säuren und Laugen.
Durchmesser: 125 mm Material: Hart-PVC Farbe: orange Säure- und Basenbeständig Für Haus & Hofentwässerung Einsatzbereich Außen
Im Baumarkt ab 8,45 € Länge: 2.0 m (4,23 € lfm)
KG-Bogen DN 125, 87,5°
Die Kanalrohre und Formstücke aus Hart-PVC sind pflege- und wartungsfrei. Das weitreichende Sortiment sorgt für optimale Anpassungsmöglichkeiten der geplante Anlage.
Durchmesser: 125 mm Material: Hart-PVC Farbe: orange Säure- und Basenbeständig Für Haus & Hofentwässerung Einsatzbereich Außen
Im Baumarkt ab 2,95 €
Lochsäge / Topfbohrer
Durchmesser etwa 10 cm
Der Durchmesser richtet sich nach der Pflanze, für Tomaten haben wir einen 10 cm Bohrer verwendet. Die meisten Töpfe passen nicht genau in das Loch bzw. sind nicht völlig Lichtdicht. Darauf zu achten reduziert das Algenwachstum etwas. Wir empfehlen die Töpfe etwas grösser zu kaufen, also über 10 cm Durchmesser und sie der Seite lang aufzuschneiden. Durch die Überlappung kann der Topf dann exakt in die Öffnung eingesetzt werden.
Im Baumarkt ab 15 €
Aquariumspumpe
1200 Liter / Stunde, für etwa 40 Pflanzen ausreichend
Zur kontinuierlichen Versorgung der Pflanzen mit fließend Wasser (der Nährstofflösung) sollte man auf die Steigung seiner Anlage achten. Hier muss man einen Kompromiss finden, denn es laufen folgende Ansprüche gegeneinander: Die Steigung, bzw. das Gefälle der verwendeten Rohre - also der Höhenunterschied vom Einlauf (der Einspeisung) bis zum Auslauf sollte etwa 10 cm pro Meter betragen um eine hohe Fließgeschwindigkeit zu erreichen. Das sind 10% Steigung (bei 90 Grad Maximum: 1 Meter Steigung auf 1 Meter Strecke sind 100%). Dies begünstigt die Verwirbelung und somit den Sauerstoffgehalt in der Nährstofflösung.
Mit dieser Vorgabe ist der Unterschied vom niedrigste Punkt der Anlage bis zum Höchsten also pro Meter 10 cm: Bei einer 10 Meter langen Anlage sind das ein Meter Höhenunterschied. Rechnet man noch ein Auffangbehälter mit einer Höhe von 30 cm dazu, endet die Anlage und der letzte Setzling auf etwa 1,3 Meter. Wenn man Tomaten plant, ist dann eine Leiter nötig um die Pflanzen zu beschneiden und abzuernten.
Man kann die Steigung bzw. das Gefälle der verwendeten Rohre weiter verringern, sollte dann aber mit etwas geringeren Ernteergebnissen rechnen.
Im Baumarkt ab 35 €
Regentonne / Weithalsfass 120 Liter
Das verwendete Reservoir sollte unbedingt eine Kennzeichnung haben, die das Material als Lebensmittelecht kennzeichnet. In der besprochenen Beispiel-Anlage verwenden wir einen Zwischenspeicher der aber eine zweite Pumpe nötig macht. Dies ist für kleinere Anlagen überflüssig, zwingt einen jedoch je nach Wetterlage den Nährstoffgehalt täglich zu kontrollieren. In heißen Tagen verbrauchen Tomaten im Endstadium etwa 1,2 Liter Wasser pro Tag (in einem offenen System). Das Problem: mit der zunehmenden Verdunstung über die Blätter, steigt der pH- und Ec-Wert. Je nach Pflanze und verwendeter Nährstoffmenge kann das zu unerwünschten Effekten führen. Um das richtige Fass (ob blau oder nicht) zu finden sollten Sie einen Blick auf die Kunststofftypen werfen. Hier ein Artikel dazu.
Ab 35.- €
Blumentopf, Pflanzenträger
Als "Topf" eignen sich die handelsüblichen Blumentöpfe sehr gut, da sie nicht so schnell an der Sonne zerfallen und günstig zu haben sind. Wir empfehlen etwas größere Töpfe für das einpflanzen. Sie sollten etwas größer sein als die Bohrung im Rohr, da sie so gut am Rand abschließen. Um die Töpfe pass-genau in die Öffnung zu bekommen kann man sie am Rand aufschneiden. Der Schnitt geht bis zur Mitte des Topfbodens. So kann man die Ränder überlappen und die Spannung des Topfes erlaubt eine fast völlig dichte Einpassung in das Loch im Rohr. Im Beispielbild verwenden wir als Füllmaterial Kokosfasern. Diese sind wetterbeständig genug um sie mehrmals zu verwenden. Um die Wurzeln leichter aus den Kokosfasern entfernen zu können, legen sie die abgeschnittenen Wurzelballen einfach ein paar Tage in die Sonne. So zerfallen die vertrockneten Wurzeln und die Kokosfasern lassen sich wieder verwenden. Aber: nicht alle Wurzeln sind geeignet für Kokosfasern als Bodenersatz. Für unsere Beispielanlage mit Tomaten sind Kokosfasern aber sehr gut geeignet. Kokosfasern bekommen Sie im Baumarkt oder in der Tierhandlung als "Nistmaterial". Dafür das es sich um ein Abfallprodukt der Kokosnüsse handel (die Schale), ist der Preis erstaunlich hoch. Kaufen Sie die Fasern nicht in kleinen Mengen, da Sie sonst horrende Beträge zahlen. Bei Internethandelsplattformen kann man das Kilo ab etwa 30.- € bekommen. Suchen Sie nach "Kokosfasern, Bastelbedarf, Dekoration und Nestbau". Warum keine Steinwolle? Die Steinwolle zerfällt und dieses "steinharte" Material verschleißt die Impeller der Wasserpumpe - wenn Sie eine Pumpe diesen Typs verwenden. Auch läßt Steinwolle sich nicht so leicht wiederverwenden wie Kokosfasern, vom CO2-Fußabdruck einmal ganz abgesehen. Aber Sie entscheiden was für Ihre Anlage am besten passt.
Sind blaue Plastikfässer für Aquaponik / Aquakultur überhaupt sicher und geeignet?
Wenn Sie planen eine eigene Aqua- oder Hydroponikanlage zu bauen, kommt man schnell bei der Suche nach geeignetem Material auf die blauen Kunststofffässer.
Die blauen Kunsttoff-Fässer, oft im Baumarkt, Lebensmittelproduktion und in der Landwirtschaft zu sehen, sind meist 55 Gallonen-Fässer (208,20 Liter / 1 gal = 3,7854 L) und relativ sicher für Aquaponik / Aquakultur zu verwenden, da sie oft auch Lebensmittelqualität haben. Die Kennzeichnungen mit den Zahlen 1, 2, 4 oder 5 sind technisch alle geeignet. Einen besonderen Vorteil bietet die Klasse 2. Diese steht für HDPE oder hochdichtes Polyethylen, das für die langfristige Lagerung von Lebensmitteln verwendet wird, da es die stabilste Form von Kunststoff ist. Es handelt sich außerdem um einen UV-stabilisierten Kunststoff, d.h., er kann länger der vollen Sonneneinstrahlung standhalten, ohne zu zerfallen.
Bei der Auswahl der Fässer für die Aquaponik sollten Sie sich immer für ein lebensmitteltaugliches Fass entscheiden. Achten Sie unbedingt auf dieses Symbol (Glas und Gabel) - alle anderen Kennzeichnungen geben keine Sicherheit im Aspekt auf Tauglichkeit für unsere Zwecke.
Zitat:
"In Verbindung mit Lebensmitteln unschädlich, keine geruchliche oder geschmackliche Wirkung auf Lebensmittel habend."
Für unsere Zwecke taugliche Fässer sind durch die Zahlen 1, 2, 4 und 5 auf der Beschriftung an der Seite des Behälters gekennzeichnet.
Das bedeutet, dass bei der Verwendung in einem Aquaponiksystem nur sehr geringe Mengen an Kunststoffverbindungen in das Wassersystem gelangen und es sehr lange ohne Zersetzung durch hält.
Nebenbei
Haben Sie schon einmal einen Blick auf ein Produkt oder seine Verpackung geworfen und eines der rechts abgebildeten Symbole bemerkt? Haben Sie gedacht, dass das Material recycelbar ist, weil das Symbol aus drei Pfeilen besteht, die einander folgen? Leider ist das nicht unbedingt der Fall. Diese Symbole werden als Resin Identification Codes (RICs) bezeichnet, siehe Abbildung.
Die RICs wurden 1988 von der Society of the Plastics Industry (SPI) entwickelt und sind heute in 39 US-Staaten und den meisten EU-Staaten als Gesetz umgesetzt. Laut How2Recycle zielen die RICs darauf ab, "die Identifizierung von Kunststofftypen für die Recycling- und Kunststoffindustrie zu erleichtern". Mit anderen Worten: RICs dienen der Kunststoff- und Recyclingindustrie, nicht unbedingt den Verbrauchern dieser Branchen. Die American Society for Testing and Materials erklärt, dass RICs keine "Recycling-Codes" sind, keine inhärente Recyclingfähigkeit implizieren und nicht in unmittelbarer Nähe von Umweltaussagen (einschließlich Recyclingfähigkeit) stehen sollten. Verbrauchertests von GreenBlue und anderen Organisationen zeigen, dass die Mehrheit der Öffentlichkeit die RICs nicht versteht. Die Interpretationen der Verbraucher reichen von der "Güteklasse" eines Kunststoffs über seine Beliebtheit und die Anzahl der Recycling-Rücksendungen bis hin zu der Annahme, dass ein RIC bedeutet, dass etwas recycelbar ist. Darüber hinaus sind RICs nicht überall auf Tüten, Folien oder anderen Produktverpackungen zu finden, da die Gesetzgebung und die Auslegung der Richtlinien stark variieren.
The control deserves special attention in an automated hydroponic system. This is where the evaluation of the nutrient solution, pH and Ec values, temperature and many other factors come together that must be evaluated with a computer in order to keep the system in the most perfect balance possible for the plants.
The configuration of measurements, taxes and regulations can almost be called banal. A handful of sensors for a few euros are enough to carry out the necessary measurements. A computer with a simple control circuit in just a few lines of program code ensures the appropriate dosage of nutrients as well as a balanced pH value.
The question that now arises is: why does a finished device for this purpose cost several thousand euros? Our answer would be that with cheap technology (RaspBerry, Linux, etc.) there is in principle almost no cost to build such a device - but the reliability that is required in the industry is beyond the possibilities that can be achieved with these same ingredients can. PLCs (Programmable Logic Controllers) are still used in industrial plants today. These only cost a few hundred euros and have an extremely long lifespan and are considered highly reliable.
The problem is that no customer today would be satisfied with a handful of lamps that tell them the status of their system. In addition, their programming is quite demanding. Statistical representation and evaluation of the data is practically impossible at this level. A particularly nice introduction to this topic is provided by engineer Tim Hunkin, who made a short film about it on YouTube: PLCs (Programmable Logic Controllers) - The Secret Life of Components .
Back to the question: why so expensive? A short answer is: interdisciplinary. In detail: You need a chemist who can calibrate and configure the inexpensive sensors. The professional sensors usually have a direct output of the measured values. But you sometimes pay a hundred times the price. With the inexpensive analog versions, series of measurements and tests must be created which ultimately provide a mathematical formula which also takes into account the inaccuracies of the sensors and environmental influences. You need a programmer to configure the control software - the software costs nothing. However, understanding them requires a long period of training. In addition, you have an operating system that doesn't cost anything but shows amazing behavior when it is supposed to coordinate thousands of measurements per day with hundreds of control commands via various inputs and outputs. And the whole thing was about interfaces that were intended for entertainment and games and not for high reliability or even continuous operation for several months.
Even the simple drivers under Linux have big problems when it comes to such dimensions. Even a USB port on a RaspBerry Pi 4 under Ubuntu - which works great - collapses at unpredictable intervals due to a design flaw in the USB protocol... Here's a nice example of how a small design flaw can make the chosen hardware and software platform seemingly completely unusable does - unless you have a programmer who finds a completely different way. That, and many years of research - including trial and error as well as research in the related areas of biology, chemistry, electronics, mathematics and computer science - make a toy a still affordable tool.
We are convinced that we can offer an acceptable compromise between quality and performance with our systems.
And: You shouldn't believe a word we say. Rene Descartes, the French philosopher, already strived for complete certainty and questioned everything - not only God, but also himself. Just try it out for yourself - maybe you don't have as high standards as we do.
Foreword : Building your own control system or measuring individual hydroponic aspects (pH, Ec, O 2, etc.) requires a wide range of experience. For the do-it-yourself systems presented here (do it yourself), you need some basics in the following specialist areas:
- Linux.
Here you have to install the workbench for Arduino and configure ports.
- Databases.
Only necessary when recording and documenting growth and nutrient concentrations.
- Programming.
Ideally, you should even understand what you are programming.
- Electronics.
Although soldering is not always necessary, you should already know what a circuit is.
- Mathematics.
Depending on the sensor, it may be necessary to convert the measured values; school knowledge is almost always enough.
This basic knowledge is sometimes only required in a rudimentary manner. Don't let that put you off!
The appeal of building your own is also to deal with new things. The tricky part, and the challenge, is often the interaction of the individual components.
One final note: The electronics used are often very reliable. Despite this: for systems where a loss of the harvest would be financially painful, you cannot avoid a certain amount of redundancy. Redundancy is the additional presence of functionally identical or comparable resources in a technical system when they are not normally required for trouble-free operation. In short: everything in the system that is essential for operation should be monitored promptly or even be designed twice.
Eine besondere Aufmerksamkeit in einer automatisierten Anlage für Hydroponik verdient die Steuerung. Hier kommen die Auswertung der Nährstofflösung, pH- und Ec-Wert, Temperatur und viele andere Faktoren zusammen die mit einem Computer ausgewertet werden müssen um die Anlage in einem für die Pflanzen möglichst perfekten Gleichgewicht zu halten.
Die Konfiguration aus Messen, Steuern und Regeln ist schon fast banal zu nennen. Eine Handvoll Sensoren für wenige Euro genügen um die notwendigen Messungen durch zu führen. Ein Computer mit einem simplen Regelkreislauf in wenigen Zeilen Programmcode sorgt für die entsprechende Dosierung der Nährstoffe ebenso wie für ein ausgeglichenen pH-Wert.
Die Frage die sich nun stellt ist wohl eher: warum kostet ein Fertiggerät für diesen Zweck mehrere Tausend Euro? Unsere Antwort wäre, das mit günstiger Technik (RaspBerry, Linux, etc.) im Prinzip fast keine Kosten anfallen um ein solches Gerät zu bauen - aber die Zuverlässigkeit die in der Industrie verlangt wird, jenseits der Möglichkeiten liegt die man mit eben diesen Zutaten erreichen kann. In Industrieanlagn werden bis heute PLC (Programmable Logic Controller) verwendet. Diese kosten nur wenige hundert Euro und haben eine extrem lange Lebensdauer und gelten als höchst zuverlässig.
Das Problem daran: Kein Kunde wäre heute mit einer Handvoll Lampen zufrieden die ihm den Status seiner Anlage mitteilen. Zudem ist ihre Programmierung recht anspruchsvoll. Eine statistische Darstellung und Auswertung der Daten ist auf dieser Ebene praktisch nicht zu realisieren. Eine besonders schöne Einführung in diese Thematik liefert der Ingenieur Tim Hunkin, der auf YouTube einen kurzen Film dazu erstellt hat: PLCs (Programmable Logic Controllers) - The Secret Life of Components.
Zurück zur Frage: warum so teuer? Eine kurze Antwort lautet: Interdisziplinär. Im Detail: Sie benötigen einen Chemiker, der die günstigen Sensoren kalibrieren und konfigurieren kann. Die professionellen Sensoren haben in der Regel eine Direktausgabe der gemessenen Werte. Dafür zahlen Sie aber teils den hundertfachen Preis. Bei den günstigen analogen Versionen müssen Mess- und Testreihen erstellt werden die am Ende eine mathematische Formel liefern welche die Ungenauigkeiten der Sensoren und die Umwelteinflüsse ebenso mit einberechnet. Sie benötigen einen Programmierer der die Steuersoftware konfiguriert - die Software kostet nichts. Sie zu verstehen verlangt aber eine lange Einarbeitung. Dazu haben Sie ein Betriebssystem das zwar auch nichts kostet aber ein erstaunliches Verhalten an den Tag legt wenn es über verschiedene Ein- und Ausgänge tausende von Messungen pro Tag mit Hunderten von Steuerbefehlen koordinieren soll. Und das ganze über Schnittstellen die für Unterhaltung und Spiele gedacht war und nicht für hohe Zuverlässigkeit oder gar einen mehrmonatigen Dauerbetrieb.
Selbst die einfachen Treiber unter Linux haben große Probleme wenn es um solche Dimensionen geht. Sogar ein USB-Anschluss auf einem RaspBerry Pi 4 unter Ubuntu - der hervorragend funktioniert - kollabiert auf Grund eines Designfehlers im USB-Protokoll in unvorhersehbaren Abständen... Hier ein schönes Beispiel dazu wie ein kleiner Designfehler die gewählte Hard- und Softwareplattform scheinbar vollständig unbrauchbar macht - außer Sie haben einen Programmierer der einen ganz anderen Weg findet. Das, und viele Jahre Forschung - also auch Try and Error sowie Recherche in den verwandten Gebieten der Biologie, Chemie, Elektronik, Mathematik und Informatik machen dann aus einem Spielzeug ein immer noch erschwingliches Werkzeug.
Wir sind überzeugt einen akzeptablen Kompromiss zwischen Qualität und Leistung mit unseren Anlagen bieten zu können.
Und: Sie sollten uns kein Wort glauben. Schon Rene Descartes, der französische Philosoph strebte nach völliger Gewissheit und stellte so alles in Frage - neben Gott übrigens auch sich selbst. Probieren Sie es einfach selbst aus - vielleicht haben Sie keine so hohen Ansprüche wie wir.
Vorwort: Die eigene Konstruktion einer Steueranlage oder die Messung einzelner Hydroponikaspekte (pH, Ec, O2,etc.) bedarf eines weit gefächerten Erfahrungsschatzes. Bei den hier vorgestellten Do-It-Yourself Anlagen (Mach es selbst) benötigen Sie einige Grundlagen in den folgenden Fachbereichen:
- Linux.
Hier müssen Sie etwa die Workbench für Arduino installieren und Ports konfigurieren.
- Datenbanken.
Nur bei Aufzeichnung und Dokumentation von Wachstums- und Nährstoffkonzentrationen nötig.
- Programmierung.
Im Idealfall sollten Sie sogar verstehen was Sie da programmieren.
- Elektronik.
Wenn auch Löten nicht immer nötig ist, was ein Stromkreis ist sollte man schon wissen.
- Mathematik.
Je nach Sensor kann eine Umrechnung der Messwerte nötig werden, Schulwissen reicht fast immer.
Diese Grundkenntnisse sind teils nur rudimentär erforderlich. Lassen Sie sich nicht davon abschrecken !
Der Reiz beim Eigenbau ist auch sich mit neuen Dingen zu beschäftigen. Die Tücke, und die Herausforderung an der Sache, ist oft das Zusammenspiel der einzelnen Komponenten.
Noch ein Abschließender Hinweis: Die verwendete Elektronik ist oft sehr zuverlässig. Trotz dessen: für Anlagen bei denen ein Verlust der Ernte finanziell schmerzhaft wäre kommen Sie um eine gewisse Redundanz nicht herum. Redundanz ist das zusätzliche Vorhandensein funktional gleicher oder vergleichbarer Ressourcen eines technischen Systems, wenn diese bei einem störungsfreien Betrieb im Normalfall nicht benötigt werden. Kurz gesagt: alles was an der Anlage für den Betrieb unverzichtbar ist, sollte zeitnah überwacht werden oder sogar doppelt ausgelegt sein.
Auch wenn Sie kein Kunde bei uns sind, können Sie mit einem zeitlich begrenzten Supportvertrag in allen Bereichen Hilfe von uns erhalten. Sollte Ihnen der Aufwand zu hoch erscheinen bieten wir auch fertige Anlagen an.
Übersicht einiger Do-It-Yourself-Projekte unter Verwendung von Microprozessoren (Arduino, RaspBerry, etc.)
Die Wahl der Bewässerungsart richtet sich nach verschiedensten Faktoren wie Kosten für den Aufbau der Anlage, Betriebskosten, Platzbedarf, Wasserverbrauch, gewünschter Produktivität (Ertrag) und vielen weiteren Aspekten. Um Ihnen eine Entscheidung zu erleichtern haben wir hier ein Beispiel für Sie erstellt, das Ihnen einen ersten Eindruck über die zu erwartenden Kompromisse geben kann.
Das in diesem Beispiel verwendete System nennt sich DAR (Decision Analysis and Resolution) und stammt aus der Industrie, genauer gesagt stammt dieser Ansatz aus CMMI. Sie ist ein Hilfsmittel um verschiedene Varianten und Alternativen bei der Realisierung eines komplexen Projektes präzise und exakt zu formulieren, die einzelnen Aspekte zu gewichten und daraus eine Entscheidung für oder gegen eine bestimmte Variante eines Projektes zu fällen. Darüber hinaus erleichtert sie auch subjektive Argumente in entscheidungserleichternde Zahlen und Werte zu fassen. Im Nachhinein kann damit auch der Entscheidungsprozess leicht nachvollzogen werden. Hier ein kurzer Artikel in Englisch dazu.
Hier nur eine einfache Übersicht einzelner Faktoren. Bitte wenden Sie sich an uns für eine ausführliche Beratung die genau auf Sie zugeschnitten ist. Unter anderem:
Anlagentyp
Platzbedarf
Energiebedarf
Ausfallsicherheit
Produktivität
Erstellungskosten
Betriebskosten
Break Even Point
etc.
Unter dem Stichwort Business finden Sie weitere Informationen dazu.
Eine erste Entscheidungshilfe
Dies ist nur ein kleiner Ausschnitt der Aspekte die bei einer Planung solcher Anlagen bestimmend sind auf dem Weg bis zu einer Realisierung. Ein solches Projekt besteht aus vielen kleinen Entscheidungen für oder gegen eine bestimmte Vorgehensweise oder Investition. Neben den Kosten und der Nutzungsanalyse fallen viele schwer zu quantifizierende Aufwendungen sowohl zeitlicher als auch monetärer Art an. Von der Grundstückssuche, der Erstellung der Anlage bis hin zu Schulungen für Mitarbeiter und dem anfallenden Arbeitsaufwand reicht die Bandbreite.
Sie finden in den folgenden Dateiformaten ein Beispiel wie ein solch komplexer Entscheidungsprozess gestaltet werden kann und auch subjektive Aspekte quantifiziert und in Gruppen leichter entschieden werden kann. Auch wenn dies nur ein Ansatz von vielen ist bekommen Sie doch einen ersten Eindruck welchen Umfang die Gestaltung und Planung einer Aquaponik- oder einer reinen Hydroponikanlage annehmen kann.
Wenn Sie den ganzjährigen Betrieb einer Aquaponikanlage oder Hydroponikanlage planen, spielen die Energiekosten eine große Rolle. Da Gewächshäuser nur über eine sehr geringe Wärmedämmung verfügen, muss hier genau kalkuliert werden. Dazu kommt das die gewonnene Energie durch Sonneneinstrahlung nicht vorhersagbar sind. Zu der Berechnung des nötigen Energiebedarfs hat das Kuratorium für Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft e.V. (KTBL) einen Fachartikel herausgebracht der die Kalkulation wesentlich vereinfacht.
Bevor Sie sich für eine Energieart entscheiden müssen Sie unter anderem folgende Faktoren berücksichtigen bzw. mit in Ihre Kalkulation einbeziehen. Hier gibt es viele Unwägbarkeiten.
Gesetzgebung: Energiesteuer, Lieferkosten, Grundkosten, etc.
Betriebskosten: Wartung, Ersatzteile, Laufzeit, etc.
Klimazone: Temperaturverlauf im Jahr und seine Schwankungen
Beispielrechnung
Wasser
Die Wärmekapazität von Wasser beträgt (lt. Wiki) 4,183 kJ/(kg*K). Das heißt, um 1l Wasser um 1 Grad zu erwärmen sind 4,183 KJ Energie nötig (1 Kcal). 1J entspricht einer Ws - dh 1kJ entspricht 1kWs und 3.600 kWs ergeben 1 kWh. Um 1000l Wasser um 10 Grad zu erwärmen braucht es also 4.183 (4,183*1000*10) kWs, was rund 10,16 kWh entspricht (/3600). Bei 20° Erwärmung entsprechend doppelt so viel.
Luft
Eine Gewächshausanlage mit 1000 m² (Stehwandhöhe 3 m) Grundfläche am Standort Hannover mit Einfachglasbedachung und Energieschirmeinsatz ausgelegt für eine Innentemperatur von 20 °C (und minimal -14 °C Aussentemperatur ~ ∆T = 34 K) kommt auf etwa 350 kWh Energiebedarf. Beispielrechnung siehe hier.
Als Faustregel kann man bei einem Wärmebedarfskoeffizient (Ucs) mit 6,1 W/(m2 K) etwa 35 kWh pro 100 Quadratmeter rechnen. Bitte beachten Sie bei einer Kalkulation für Ihr Gewächshaus sämtliche Faktoren. Hier eine kurze Übersicht der Dämmung:
Ucs-Werte zur Berechnung des Wärmebedarfs
Material und Wärmedämmmaßnahme
Ucs-Wert [W/(m² K)]
Einfachglas
7,6
Einfachglas + PE-Folie (1)
6,5
Einfachglas + Noppenfolie (1)
6,2
Einfachglas + Energieschirm (1)
6,1
Einfachfolie
7,0
Doppelglas
4,7
Kunststoffstegdoppelplatten
4,6
Doppelfolie
5,1
1) Energieeinsparwirkung nur zur Hälfte berücksichtigt.
Es finden sich Angaben als Megajoule pro Kilogramm (MJ/kg) oder Kilowattstunden pro Kilogramm (kWh/kg). Wollen Sie Angaben in unterschiedlichen Einheiten miteinander vergleichen, dann können Sie Umrechnungsfaktoren verwenden. Durch die Multiplikation mit dem Faktor 0,27778 wandeln Sie Megajoule in Kilowattstunden um. Für die umgekehrte Operation multiplizieren Sie die Angabe mit 3,6.
Beispiel: Heizwert von Holzpellets etwa 17,3 MJ/kg liegt. Von Heizöl etwa 11 kWh/kg.
Nun multiplizieren Sie den Wert des Heizöls mit dem Faktor 3,6 und wissen, dass Heizöl einen Heizwert von näherungsweise 40 MJ/kg aufweist.
Das bedeutet: Bei gleicher Masse enthält Heizöl deutlich mehr Energie als Holzpellets.
Achtung: Wer wissen möchte, was eine Kilowattstunde Gas kostet, der sollte sich
nicht nur auf den vom Versorger ausgewiesenen Preis für eben diese Kilowattstunde
konzentrieren. Bei klassischen Tarifmodellen werden Verbraucher zusätzlich mit einer
Grundgebühr belastet, die monatlich gleich und unabhängig vom tatsächlichen
Verbrauch eingezogen wird.
Was ist der Unterschied zwischen Heizwert und Brennwert ?
Ein Brennwertkessel entzieht auch den Abgasen aus der Verbrennung von Öl oder Gas noch einmal Wärmeenergie, die in den Heizkreislauf eingespeist wird. Dagegen nutzt ein Heizkessel, der nicht über diese Technologie verfügt, den Energiegehalt des Brennstoffes nur einfach. Somit lässt er wertvolle Energie ungenutzt durch Ihren Schornstein entweichen. Genau dieser Effizienzunterschied lässt sich mit den Kennzahlen Heizwert und Brennwert beziffern.
Also: Der Heizwert beschreibt den Energiegehalt eines Stoffes, der sich durch einfaches Verbrennen als Wärme nutzbar machen lässt. Laut Brennwert Definition gibt der Wert dagegen an, wie viel Wärmeenergie eine modernen Heizung gewinnen kann, wenn sie auch den Verbrennungsabgasen Energie entzieht.
Hier eine Übersicht der Heiz- und Brennwerte
Flüssiggase
Heizwert Hi
Brennwert Hs
Propan
25,88 kWh/m3
28,14 kWh/m3
Butan
34,34 kWh/m3
37,29 kWh/m3
Propan
12,87 kWh/kg
14,00 kWh/kg
Butan
12,69 kWh/kg
13,77 kWh/kg
Propan
6,83 kWh/Liter
7,44 kWh/Liter
Butan
7,36 kWh/Liter
7,99 kWh/Liter
Energieträger
Heizwert Hi
Brennwert Hs
Erdgas Low
8,80 kWh/m3
9,75 kWh/m3
Erdgas High
10,36 kWh/m3
11,48 kWh/m3
Leichtes Heizöl
10,00 kWh/Liter
10,68 kWh/Liter
Holz
ca. 4 - 5 kWh/kg
ca. 4 - 5 kWh/kg
Diesel
ca. 9,8 kWh/Liter
ca. 11,9 kWh/Liter
Benzin
8,5 kWh/Liter
ca. 9,0 kWh/Liter
Butan
12,7 kWh/kg
13,8 kWh/kg
Die verwendeten Heiz- und Brennwertangaben sind Näherungen. Je nach verwendeter Anlage unterscheiden sich diese stark.
Der Heizwert von Flüssiggas beträgt rund 46 Megajoule pro Kilogramm (MJ/kg) bzw. etwa 12,5 Kilowattstunden pro Kilogramm (kWh/kg). Der Brennwert von Flüssiggas beträgt rund 50 MJ/kg bzw. knapp 14 kWh/kg.
Beispiel Preis/kWh bei Butan: ca. 14 kWh/kg, bei 13 kg Flaschen zum Preis von 35,- € pro Nachfüllung kostet eine kWh (182 kWh / 35,- €) etwa 19 Cent (0,19230 €) (Stand 2024-12).
Preisverlauf
Preisverlauf Stand 2022-02
Bei der Entscheidung wie und mit was geheizt werden soll, müssen die Umrüstungskosten zwingend mit berücksichtigt werden. Eine Umstellung von einem Versorgungsmedium, erzwungen durch Preisentwicklung oder juristische Regeländerungen, sollte immer im Auge behalten werden. Bedenken Sie auch das Förderungen in der BRD stets abhängig von der aktuellen Politik sind. Hier sind bereits viele Unternehmen auf der Strecke geblieben, die sich auf staatliche Förderung verlassen haben (Solarzellen, Windkraft, etc)
Energetische Bewertung Im folgenden Teil wird der Wärmebedarf für die genutzten Gebäudeteile berechnet. Dazu wurden alle relevanten Wände und die Grundfläche der Räume für die Hydrokultur und die Fischzucht vermessen und berechnet. Im nächsten Schritt wurden die Wärmeverluste, die über die Gebäudeteile entweichen, berechnet. Dabei ist anzumerken, dass die Verlust- bzw. Wärmeberechnung von einer ganzen Reihe an Faktoren abhängt. Eine genaue Berechnung ist alles andere als trivial, da vor allem die solaren Gewinne durch Sonneneinstrahlung, die Lüftungsraten und die Wirkungsgrade der Heizungsanlage nur abschätzend betrachtet werden können. Außerdem liegen die genutzten Räume innerhalb des gesamten Gebäudekomplexes, und es kann damit gerechnet werden, dass eine indirekte „Mitbeheizung“ der genutzten Räume durch eindringende Wärme der anderen Gewächshausräume erfolgt. Ein weiterer wichtiger Faktor sind die Außentemperaturen im Winter und Frühjahr. Um eine genaue Berechnung der voraussichtlich entstehenden Kosten durchführen zu können, bräuchte man zukünftige, exakte Temperaturverlaufs-Werte, die dann in eine Wärmebedarfsermittlung fließen würden.
Es bleibt also zu beachten, dass die folgenden Werte aufgrund der Komplexität nur annäherungsweise errechnet werden konnten.
Gewächshaus – Flächen und Rauminhaltberechnung
Im folgenden Teil sind die Berechnungen der Wand- und Dachflächen sowie der Raumvolumen angegeben. Berechnungen für die „Hydrokulturseite“
Grundfläche des Raumes (ohne Berücksichtigung der innenliegenden Betonaufkantung): 8,60m x 4,80m= 41,3 m²
Volumen des Raumes: 41,3m² x 2,6m (bis Traufe)= 107,38 m³ 41,3m² x 0,9m /2 (Dachraum)= 18,58 m³
107,38+ 18,58= 125, 96m³ Raumvolumen
Erste Außenwand: 8,60m x 2,6 m (bis Traufe)= 22,4m²
Zweite Außenwand: 4,8 m x 2,6 m (bis Traufe)= 12,5m²
Erste Innenwand: 4,8 m x 2,6 m (bis Traufe)= 12,5m²
Zweite Innenwand: 8,60m x 2,6 m (bis Traufe)= 22,4m²
Dachfläche: Plattenlänge von Traufe bis First: 2,56 m 2,56 x 8,60 x 2= 43,8m² Dachfläche
Berechnungen für die „Fischzuchtseite“
Grundfläche des Raumes: 4,8m x 4,3 m= 20,6 m² Volumen des Raumes: 20,6m² x 2,6m (bis Traufe) =53,56m³ 20,6m² x 0,9m /2 (Dachraum)= 9,27m³ 53,56m³+ 9,27m³= 62,83 m³ Raumvolumen
Erste Außenwand 4,8 x 2,6m = 12,5m²
Drei Innenwände 4,3 m x 2,6m= 11,2m² 4,6 m x 2,6m= 11,2 m² 4,8 x 2,6m = 12,5m²
Dachfläche: Plattenlänge von Traufe bis First: 2,56 m 2,56m x 4,3 m= 22 m² Dachfläche
Wärmebedarfsermittlung für das Gewächshaus
Um den Wärmebedarf der beiden Raumteile, vor allem in den kälteren Wintermonaten zu ermitteln, kann man mit Hilfe des sogenannten U-Wertes den Wärmedurchgangskoeffizienten (früher der k-Wert) berechnen. Ist der UWert für die Gebäudehüllen bekannt, kann im nächsten Schritt die benötigte Heizleistung ermittelt werden. Im Folgenden ist schematisch dargestellt, wie der U-Wert berechnet werden kann (PLAG 2014).
Transmissionswärmeverluste mit dem Wärmedurchgangskoeffizienten berechnen:
Erster Schritt: U-Werte für die beiden Raumteile ermitteln Zweiter Schritt: Lüftungsverluste für beide Raumteile ermitteln Dritter Schritt: Wärmebrückenberücksichtigung: Aufschlag auf alle berechneten U-Werte von 0,05 W/m²K
Der U-Wert und dessen Höhe sind von den verbauten Materialien und deren Isolationsvermögen abhängig. Um die Eigenschaften der Gewächshaushülle abschätzen zu können, wurden folgende Materialkombination für die Berechnung genutzt:
Gebäudehülle: Gebäudehülle aus je 5 mm kombinierter Doppelstegplatte (Kunststoff)
Dämmstoff: Linitherm PAL SIL
Dämmelement für Wandinnendämmung PU-Hartschaum nach DIN EN 13165 Beidseitig Aludeckbeschichtet spezielle Kantenverbindung für mechanische Befestigung mit 6 mm raumseitig aufkaschierter Silikatplatte Baustoffklasse B2 Format 2500 * 1200 mm
Aus den genannten Produktkombinationen wurde der U-Wert pro m² Fläche der Außenhülle berechnet. Dabei wird wie oben angegeben ein Lüftungsaufschlag von 0,05 Watt pro m² Fläche angenommen. Für die Materialkombination liegt der Wärmedurchgangskoeffizient (U-Wert) bei 0,44 W/m² + 0,05 W/m² Lüftungsaufschlag bei 0,49 W/m² (W= Watt) (PLAG 2014). Berechnung der Heizleistung
Annahme:
Es werden erst einmal nur die Außenwände und die Dachfläche als Verlustflächen angesehen, die Innenwandverluste sind klar abhängig davon, wie warm das Gewächshaus in den anderen Räumen beheizt ist! Außerdem ist die Annahme getroffen, dass die Außentemperatur bei durchschnittlich - 6 Grad und die Luftinnentemperatur in dem Raum der Fischzucht und der Hydrokultur bei 24 Grad liegen sollen:
Den Wärmestrom durch die einzelnen Flächen erhält man, indem man den U-Wert mit der Fläche (in m²) und der Temperaturdifferenz multipliziert:
Transmissionswärmeverlustleistung: P = U-Wert * Fläche * Temperaturdifferenz Vorteil der Formelanwendung ist die frei „wählbare“ Temperaturdifferenz. Das bedeutet, dass die Energiekostenermittlung je nach Außentemperaturverlauf dynamisch berechnet werden kann (PLAG 2014). Im folgenden Fall ist exemplarisch mit den oben genannten Werten gerechnet worden:
Folgende Transmissionswärmeverluste sind für die Hydrokulturseite berechnet: Außenwände: 0,49W/m²K x (22,4+12,5)m² x 30 K = 513,03 Watt Dach: 0,49W/m²K x 43,8m² x 30K = 643,86 Watt
Summe beider Werte beträgt 1156,89 Watt!
Die ermittelte Watt-Zahl gibt die Wärmeverlustleistung pro Stunde für die Gebäudehülle bei oben genannten Bedingungen an. Es ist bekannt, dass sich die Stromkosten auf 0,21€ pro Kilowattstunde belaufen (Strompreis für Gewerbe, Stand 2022). Die Gaskosten liegen bei 5,5 Cent je Kilowattstunde (Strompreis für Gewerbe, Stand 2022). Um den Wärmeverlust und die daraus resultierenden Kosten zu berechnen ist folgendermaßen vorgegangen worden:
Wärmeverlust für 24 h= 1156,89 x 24/1000= 27,76 kW für die Hydrokulturseite pro Tag
Kosten bei 100% Wirkungsgrad durch Strom/Gasheizung: Strom: 27,76 kW/h x 0,21 €= 5,83 € pro Tag Gas: 27,76 kW/h x 0,055 € = 1,52 € pro Tag
Kosten bei 80% Wirkungsrad durch Strom/Gasheizung: Strom: 7,28 € pro Tag Gas: 1,9 € pro Tag
Bei dieser Kostenermittlung wird angenommen, dass die Kosten in der Höhe dann entstehen, wenn der Wirkungsgrad der Wärmeübertragung bei 100 % bzw. 80 % liegen würde und keinerlei solare Gewinne über die Sonneneinstrahlung oder interne Gewinne durch Beleuchtungswärme auftreten würden.
Folgende Transmissionswärmeverluste sind für die Fischzuchtseite berechnet: Wände: 0,49W/m²K x 12,5m² x 30K = 183,75 Watt Dach: 0,49W/m²K x 22m² x 30K = 323,4 Watt Summe beträgt 507,15 Watt!
Wärmeverlust für 24 h
507,15x 24/1000= 12,17 kW für die Fischseite pro Tag
Kosten bei 100% Wirkungsgrad durch Strom/Gasheizung: Strom: 12,17 kW/h x 0,21 €= 2,55 € pro Tag Gas: 12,17 kW/h x 0,055€ = 0,66 € pro Tag
Kosten bei 80 % Wirkungsgrad durch Strom/Gasheizung: Strom: 3,18 pro Tag Gas: 0,825 € pro Tag
Berechnung der Beheizung der Fischtanks
Im Folgenden wird berechnet, wie viel Energiebedarf nötig ist, um die Fischtanks auf die gewünschte Temperatur (24 Grad Celsius) zu beheizen. Dabei werden zwei unterschiedliche Betriebsabläufe angenommen. Der erste Fall beschreibt den Betriebsablauf mit 3 % Wasserverlust pro Tag und der zweite Fall das Verregnen von Wasser, beispielsweise dann, wenn die Nährstoffkonzentrationen des Wassers zu hoch für die gehaltenen Fische wird.
Rahmenbedingungen: 4500 Liter für die Fischtanks 8 Grad Wassertemperatur „IST“ 27 Grad Wassertemperatur „SOLL“
Wärmebedarf: 1J= 1 Wattsekunde Man benötigt 4,19 Kilojoule um 1 Liter Wasser um einen 1 Grad Celsius zu erwärmen!
Faustwert: 1,16 Wattstunden x Temperaturunterschied) /100= Benötigte kW/h pro Liter Wasser
Berechnung:
Einmaliges Aufheizen durch Strom/Gas bei 100% Wirkungsgrad: Formel 1,16 Wh x 27 Grad Celsius – 8 Grad Celsius= 0,022 kW/h Strom: 0,022 kW/h x 0,21€ x 4500 Liter = 20,79€ Gas: 0,022 kW7h x 0,055€ x 4500 Liter = 5,44€
Einmaliges Aufheizen durch Strom/Gas bei 80% Wirkungsgrad: Strom: 25,98€ Gas: 6,80€
Beheizung des kontinuierlich täglich zu ersetzenden Verlustwassers
Annahme „Verregnet“: 400 Liter Wasser pro Tag (ohne das Kreislaufsystem) entstehen an Verlust, da Verregnung der Wassermenge erfolgt:
Bei 100% Wirkungsgrad: Strom: 0,022 kW/h x 0,21€ x 400 Liter= 1,84€ pro Tag oder 8,8 kW/h Gas: 0,022 kW/h x 0,055€ x 400 Liter= 0,48€ pro Tag oder 8,8 kW/h
Bei 80% Wirkungsgrad: Strom: 2,3€ pro Tag Gas: 0,6€ pro Tag
Annahme „Kreislaufsystem“ Annahme von 3% Wasserverlust pro Tag ergibt bei 4500 Liter Wasser: 135 Liter
Bei 100% Wirkungsgrad: Strom: 0,022 kW/h x 0,21€ x 135 Liter = 0,623€ pro Tag oder 2,97 kW/h Gas: 0,022 kW/h x 0,055€ x 135 Liter= 0,16€ pro Tag oder 2,97 kW/h
Bei 80% Wirkungsgrad: Strom: 0,77€ pro Tag
Gas: 0,2€ pro Tag
Beleuchtungskonzept
Das Wachstum von Pflanzen kann durch unterschiedliche künstliche Belichtungsquellen gesteuert werden. Verschiedene Lampentypen können dabei für eine Erhöhung oder Verringerung des Wachstums oder für eine gezielte Blüteninduktion von Pflanzen genutzt werden. Im folgenden Abschnitt werden zwei unterschiedliche Leuchtmittel mit ihren Vor- und Nachteilen dargestellt und verglichen.
Gewächshaus-Beleuchtung mit Natriumdampflampen In den Gewächshäusern der Fachhochschule Südwestfalen werden für die allgemeine Beleuchtung und die künstliche Belichtung von Pflanzen sogenannte Natriumdampflampen (kurz NDL) verwendet. Natriumdampflampen haben verschiedene Vorteile und sind daher die bisher am meist verwendeten Beleuchtungsmittel im erwerbsmäßigen Gartenbau. Die Anschlussleistung für die Lampen ist gering und die Lichtausbeute hoch (bis zu 150 Lumen pro Watt). Nach dem Anschalten brauchen NDL einige Minuten um die volle Leuchtkraft zu erreichen. Die Lebensdauer liegt bei 25-30.000 Betriebsstunden. Werden die Lampen häufig geschaltet, kann sich die Lebensdauer allerdings erheblich verkürzen. Bei der Verwendung von NDL-Lampen ist ein Vorschaltgerät unbedingt notwendig. Dieses regelt den Zündvorgang und hält den elektrischen Strom auf einer beständigen Stärke. Die Wärmeabgabe der Lampen liegt bei ca. 90%, das heißt der größte Teil der elektrischen Leistung wird in Wärme umgewandelt (LICHT 2014; OSRAM 2014). Natriumdampflampen entwickeln im Betriebszustand im Brenner bis zu 1000 Grad Celsius und am Lampenglas können Außentemperaturen von bis zu 300 Grad Celsius erreicht werden. Diese hohe Wärmeabstrahlung sollte bei der Wirtschaftlichkeitsbewertung der Lampen mitberücksichtigt werden. Werden die Pflanzen der Hydrokultur im Winter zusätzlich belichtet, würde durchdie Lampen eine zusätzliche Heizenergie zur Verfügung stehen. Im Umkehrschluss stellt die Wärmeentwicklung im Sommer bei hohen Außentemperaturen aber auch einen Nachteil für die Klimaführung im Gewächshaus dar. Die Wirtschaftlichkeit der Natriumdampflampen ist für das laufende AquaponikProjekt insofern vorhanden, dass eine Neuanschaffung der Lampen nicht mehr stattfinden muss, da die Lampen vor der Gebäudeumnutzung schon installiert waren. Es wird zu prüfen sein, bei welchen Kulturen eine künstliche Belichtung, beispielsweise im Winter, sinnvoll und vor allem wirtschaftlich zu betreiben ist. Betrachtet man allerdings aktuelle Entwicklungen in der Lampen- und Belichtungsbranche, ist vor allem die LED-Technologie diejenige, die bereits im breiteren Einsatz des erwerbsmäßigen Gartenbaus ist und durch laufende Entwicklungen mit hoher Wahrscheinlichkeit die Belichtungstechnologie der Zukunft ist. Im Folgenden Abschnitt wird das LEDBelichtungskonzept mit den aktuellen Vor- und Nachteilen detaillierter dargestellt (LICHT 2014; OSRAM 2014).
Pflanzenbelichtung mit LED- Technologie der Zukunft Die Assimilation von Pflanzen in Gewächshäusern sollte in den Wintermonaten durch Belichtung verbessert und dadurch die Kulturzeit reduziert werden. Zudem besteht so die Möglichkeit, Pflanzen in besserer Qualität zu produzieren (TANTAU 2014 S.11). Auch nach SPRINGER (2012) ist die Belichtung von Pflanzenkulturen im Gartenbau schon lange ein bedeutendes Thema. Es sollen dadurch höhere Erträge, geringere Kulturzeiten und bessere Qualitäten erzeugt werden (SPRINGER 2014). Diese flächendeckend eingesetzte Maßnahme ist jedoch durch die dabei entstehenden hohen Energiekosten als teuer zu bezeichnen (TANTAU 2014 S. 11).
Die Natriumhochdruckdampflampe ist in der gärtnerischen Praxis am weitesten verbreitet (MÜLLER 2011 S. 11). In die Diskussion, um bei der Belichtung von Gewächshauskulturen Energie zu sparen, rücken immer wieder „Licht emittierende Dioden“ (LED) in den Vordergrund (TANTAU 2014 S. 11). Hinsichtlich LED-Leuchten sprechen die einen von zukunftsweisender Technik, die anderen sind durch technische Schwierigkeiten und die Grenzen der Leistungsfähigkeit jedoch skeptisch (SPRINGER 2012).
Die Autoren übernehmen keine Gewähr für Aktualität, Vollständigkeit und Fehlerfreiheit der bereitgestellten Inhalte.
Im Dauerbetrieb einer Aqua- oder Hydroponikanlage hat sich die im Heizungsbau verwendete Umwälzpumpe als günstige, Stromsparende und zuverlässige Technik erwiesen.
Eine Umwälzpumpe in einer Heizungsanlage ist eine Kreiselpumpe (auch Zentrifugalpumpe genannt), die das erwärmte Wärmeträgermedium (meist Wasser) zu den Heizkörpern und Hausanschlussstationen im geschlossenen Kreislauf fördert und gleichzeitig von dort das abgekühlte Wasser aus dem Rücklauf wieder zurückführt, um es in der Heizung erneut zu erwärmen. Als Heizkreis wird der Kreislauf bezeichnet, in dem die Umwälzpumpe lediglich die Arbeit zur Überwindung der Reibung im Leitungssystem leisten muss. Im geschlossenen Kreislauf findet bilanziert, vom Thermosyphon-Effekt (s. a. Thermosiphon-Konvektionsbremse) abgesehen, keine Hubarbeit statt.
Differenzdruckregelung
Hier wird Drehzahl und Leistung automatisch dem Bedarf an umgewälztem Wasser angepasst. Dazu wird die Druckdifferenz zwischen Saug- und Druckseite ermittelt und die Motordrehzahl und damit die Leistung so gesteuert, dass der Differenzdruck weitestgehend konstant bleibt. Der Differenzdruck ist anlagenspezifisch und entsteht durch Reibung des umgewälzten Wasserstromes an den Rohrwandungen und durch Richtungswechsel an jedem Bogen.
Der notwendige Differenzdruck wird häufig bei elektronisch geregelten Pumpen als Förderhöhe in der seit den späten 1970er Jahren nicht mehr gesetzlich konformen Einheit Meter Wassersäule (mWS) angegeben. 10,2 mWS entsprechen 1 bar. Damit ist in geschlossenen Systemen nicht die Anlagenhöhe gemeint, sondern es ist lediglich ein Maß für die Überwindung des Strömungswiderstandes der Gesamtanlage bei gegebener Durchflussmenge.
Volumenstromabhängige Differenzdruckregelung
Hier wird der Sollwert des Differenzdruckes in Abhängigkeit vom Volumenstrom verändert. Diese Regelung berücksichtigt, dass in der Heizungsanlage je nach Bedarf (Abnahme an Wärmeenergie) eine unterschiedliche Menge an warmem Wasser erforderlich wird, um die erforderliche Wärmeleistung in den Hausanschlussstationen bereitzustellen. Sie lohnt sich bei Umwälzpumpen, die größere Heiznetze versorgen und daher einen hohen Energiebedarf (ab 5 Kilowatt elektrisch) aufweisen. Dort spielen die Reibungsverluste des Wassers durch die Umwälzung im Rohrleitungssystem eine größere Rolle.
Energiesparende Umwälzpumpen
Besonders energiesparende Umwälzpumpen (Hocheffizienzpumpen) mit einer selbsttätigen elektronischen Regelung bis herunter zu 5 Watt sind in der Anschaffung zwar teurer als konventionelle Umwälzpumpen mit 40–100 Watt konstanter Leistungsaufnahme, was sich durch geringeren Stromverbrauch amortisieren kann. Zwischen 2005 und 2012 gab es für Umwälzpumpen ein Energielabel. Seit 2013 macht die aufgrund der Ökodesign-Richtlinie ergangene VO (EU) 642/2009 verbindliche Vorgaben über den Energieeffizienz-Index von Umwälzpumpen. Entsprechende Modelle sind mit dem Kürzel „ErP ready“ gekennzeichnet.
Da viele Pumpen während der Heizperiode in der Regel permanent mit konstant hoher Leistungsaufnahme in Betrieb sind, sind sie neben veralteten, schlecht isolierten Kühlgeräten die Hauptverursacher eines erhöhten Stromverbrauchs im Haushalt. Eine Heizungspumpe kann bis zu 20 Jahren in Betrieb bleiben. Bei einer Betriebsdauer von rund 7 Monaten jährlich (210 Tage = 5040 Stunden) benötigt eine alte Umwälzpumpe mit 85 bis 130 Watt Leistungsaufnahme 428–655 kWh an elektrischer Energie – eine geregelte Hocheffizienzpumpe (7–25 Watt Leistung) dagegen nur 35–126 kWh.[3] Wenn pro Heizperiode 400 kWh nicht verbraucht werden, spart eine Hocheffizienzpumpe bei einem Strompreis von 27 ct/kWh jährlich 108 Euro Energiekosten. Das sind 1.620 Euro bei einer angenommenen Betriebsdauer von 15 Jahren – Verzinsung und Strompreissteigerungen nicht berücksichtigt.
Aquaponikanlagen zeigen ihre größte Effizienz wenn diese in einem Gewächshaus betrieben werden. Das erleichtert die Temperaturregelung sowie das Sammeln des verdunsteten Wassers. Im Sommer muß für ausreichen geringe Temperatur gesorgt werden, da sonst die Fische verenden. Auch die meisten Pflanzen haben bei 25 Grad Celsius noch keine Probleme, darüber wird es teils problematisch. Ein erster Hinweis ist die Klimazone in aus der die entsprechende Pflanze stammt.
Welche Materialien Sie für das Gewächshaus verwenden sollten ist eine anspruchsvolle Rechenaufgabe. Berücksichtigt werden muss (unter anderem):
Klimazone (Frost im Winter ?)
Sonnenscheindauer (Kunstbeleuchtung ?)
Heizkosten (im Winter)
Kühlkosten (im Sommer)
Stromkosten
Baukosten
Bis wann die Amortisation zu erfolgen hat spielt besonders eine Rolle für Unternehmer, der nichtkommerzielle Anbau ist eine ganz andere Sache. Fragen Sie uns...
↑Handbuch Betonschutz durch Beschichtungen, Expert Verlag 1992, Seite 413
↑Sven Fuchs, Andrea Förster: Rock thermal conductivity of Mesozoic geothermal aquifers in the Northeast German Basin. In: Chemie der Erde – Geochemistry. Band 70, Supplement 3, August 2010, S. 13–22, doi:10.1016/j.chemer.2010.05.010 (edoc.gfz-potsdam.de [PDF]).
↑ Hochspringen nach:abcdefghijkHorst Czichos (Hrsg.): Die Grundlagen der Ingenieurwissenschaften, D Werkstoffe, Wärmeleitfähigkeit von Werkstoffen. 31. Auflage. Springer, 2000, ISBN 3-540-66882-9, S. D 54.
↑David R. Lide (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. 90. Auflage. (Internet-Version: 2010), CRC Press/Taylor and Francis, Boca Raton, FL, Fluid Properties, S. 6-220.