Preface

Here I discuss setting up a small hydroponic system. Aquaponics systems are technically extremely demanding and are also subject to animal protection, which is why I would like to recommend that the reader do a study that reports on it under scientific criteria before setting up their own system . Of course, you can also get advice from us.

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.

Here you will find an overview of other system types...

Short version of NFT technology:

Per:

• low nutrient consumption
• low water consumption
• very high yield

Cons:

• High acquisition costs
• Power supply required
• Control effort required
• 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.

Plant

You can find a list of suitable plants here. 

Energy requirements

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.

All information in this list is based on manufacturer information and should always be viewed with doubt.

*) 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.

 Kontext: 

ID: 410

Vorwort

Hier bespreche ich den Aufbau einer kleinen Hydroponikanlage. Aquaponikanlagen sind technisch höchst anspruchsvoll und unterliegen auch dem Tierschutz, weshalb ich vor dem Aufbau einer eigenen Anlage dem Leser oder der Leserin eine Studie nahelegen möchte die unter wissenschaftlichen Kriterien darüber berichtet. Natürlich können Sie auch auch bei uns beraten lassen.

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.

Hier finden Sie andere Anlagentypen im Überblick...

Kurzfassung zur NFT Technik:

Pro:

• geringer Nährstoffverbrauch
• geringer Wasserverbrauch
• sehr hoher Ertrag

Kontra:

• hohe Anschaffungskosten
• Stromversorgung nötig
• Kontrollaufwand nötig
• bei Strom- oder Pumpenausfall: Ernte-Verlust

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.

Pflanzen

Eine Liste geeigneter Pflanzen finden Sie hier. 

Energiebedarf

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.

Alle Angaben in dieser Liste beruhen auf Herstellerangaben und sind stets mit Zweifel zu betrachten.

*) 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.

 Kontext: