Masterthesis Eduponics: the sustainable classfarm by Jeroen Van Dooren

Eduponics

The sustainable classfarm

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren Academiejaar 2013-2014 Masteropleiding Productonwikkeling Universiteit Antwerpen

VOORWOORD Graag wil ik een aantal mensen bedanken voor de hulp en steun bij het schrijven van deze masterthesis. Eerst en vooral heeft Alexis Jacoby een belangrijke rol gespeeld als promotor. Zijn richtlijnen, feedback en deskundig advies zijn van groot belang geweest. Daarnaast wil ik ook mijn gebruikspromotor Dieter Anseeuw bedanken. Als aquaponics verantwoordelijke binnen KATHO en docent agroen biocultuur waren zijn hulp, informatie en raad erg bruikbaar. Ook Johan Vermeulen, specialist in serre-automatisering, verdient een woord van dank voor zijn kennisondersteuning bij de technische uitwerking. Naast de kennis van deze specialisten was ook de praktijkervaring van Valentijn Schepens als gepassioneerde aquaponics gebruiker zeer waardevol. Ook mijn medestudenten die hebben deelgenomen aan de workshops verdienen een woord van dank voor de tijd en energie die ze in mijn onderzoek hebben gestoken. Tuur Wissels is eveneens een grote hulp geweest door op te treden als testpersoon tijdens de menskundige verificatie. Tot slot, en niet in het minste, gaat grote dankbaarheid uit naar mijn moeder en mijn vriendin Hannah die geholpen hebben bij het nalezen van deze masterthesis.

INHOUDSTABEL 1. Inleiding 1.1 Productvoorstelling

5. Systeemontwerp 1 2 3 4

1.2 Uitgangspunt 1.3 Ontwerpuitdaging 1.4 Corpus

2. Analyse 2.1 Wat is aquaponics?

3.2 Observatie 2 3.3 Kwalitatief diepte-interview 1 3.4 Kwalitatief diepte interview 2

4. Synthese 4.1 Product idee

5 6 6 8 9 10 11 12 13 14 14 15 19 19 20 21 22 23 25 30

2.2 Basic thinking 2.3 Praktische werking 2.4 Waarom aquaponics? 2.5 Earth-smart gardening 2.6 Convenient gardening 2.7 Growing fish for food 2.8 Biofiltratie 2.9 Kweeksoort 2.10 Pomp 2.11 Auto-sifon 2.12 Kweeksituaties 2.13 Systemen 2.13.1 ‘Eb en vloed’ systeem 2.13.2 Chop systeem 2.13.3 Tweepomp systeem 2.14 Quick ideas 2.15 Situering aquaponics 2.16 Leerplannen 2.17 Eindconclusie

3. Observatie 3.1 Observatie 1

4.2 Design drivers 4.3 Smart aquaponics 4.3.1 Micro management 4.3.2 Social gardening 4.3.3 Start-up 4.4 Specificaties

31 33 35 36

37 37 38 38 38 40 41 44

5.1 Ideation 5.2 Functie-analyse 5.3 Interactieschema 5.3.1 Interactie zonder medium 5.3.2 Interactie mens – plant/vis 5.3.3 Human-computer interaction 5.4 Te ontwikkelen items 5.5 Productconfiguratie 5.6 Systeemvoorstel 1 5.7 Systeemvoorstel 2 5.8 Hoofd-assembly 5.9 Irrigatiesysteem 5.10 Irrigatie-display 5.11 Sub-assembly auto-sifon 5.12 Sub-ass. watervoorziening 5.13 Sub-assembly display/ elektronica 5.14 Sub-assembly kweekarmatuur

45 45 46 47 48 48

49 50 51 54 59 61 63 64 66 68 70 72

6. Systeemontwerp: applicatie

7. Gebruiksscenario 8. Verificatie

89 95

9. Besluit 10. Bijlagen

109 110

11. Figurenlijst 12. Tabellenlijst 13. Referenties

118 119 120

6.1 Applicatie-architectuur 6.2 Applicatie-ontwikkeling

8.1 Economisch 8.2 Technisch 8.3 Menskundig

10.1 Kwalitatief diepte interview 1 10.2 Kwalitatief diepte interview 2 10.3 Bouw prototype 10.4 Kwalitatief diepte interview 3

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

76 80

96 100 107

110 111 113 116

1.INLEIDING 1.1 PRODUCTVOORSTELLING

Voor dit eindwerk werd onderzoek gevoerd naar een ecologisch kweeksysteem en de toepassing ervan binnen de educatieve sector. Concreet werd een oplossing gezocht voor het actuele probleem dat heerst binnen het Vlaamse onderwijs: studenten hebben te weinig kennis van het bestaan en de toepassing van aquaponics. Aquaponics is een kweeksysteem waarbij hydrocultuur (het kweken van planten op waterbasis) en aquacultuur (het kweken van waterdieren) gecombineerd wordt in een ecologisch evenwicht. Aan de hand van het product kan deze kweektechniek binnen bepaalde studiedomeinen optimaal ingezet worden binnen het secundaire onderwijs.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

1.2 UITGANGSPUNT

Hoe ben ik uiteindelijk tot mijn domein ‘educatieve aquaponics’ gekomen? Ik ben begonnen met het in kaart brengen van mijn interessegebied op het vlak van sociaal maatschappelijke trends. Topics die me al jaren interesseren zoals: passiefhuisbouw, future gardening, urban gardening en indoor gardening, gaven me al snel een indicatie op welk domein ik mijn thesis zou gaan toespitsen. Deze trends gaan gepaard met technologische ontwikkelingen zoals hydroponics, aquaponics, isolatie, warmtewisselaars en compacttoestellen. Uit curiositeit heb ik in het verleden hieruit enkele domeinen nader bekeken. Ik behandelde voor mijn eindwerk middelbaar onderwijs het thema “passiefhuisbouw” en kon me hierin uitstekend terugvinden. Vervolgens ontwierp ik een serre tijdens mijn Erasmusverblijf in Rio de Janeiro. Bij beide projecten werd het thema niet opgelegd maar kwamen ze spontaan uit interesse naar boven. Zo heb ik me in het begin van deze analyse verder verdiept in de wereld van de serreteelt. Mijn breed interessegebied was eerder een struikelblok wanneer het gaat over het leggen van een focus. Door het toepassen van mijn eerder opgestelde criteria (Jacoby & Keignaert, 2013), zoals: hergebruik van water, reductie energieverbruik en een relatief nieuwe techniek in de serreteelt kwam er slechts één kweeksysteem ruimschoots naar voor. Aquaponics, een kweeksysteem dat minder lang bestaat dan hydroponics, maar dat wel de problemen van zijn voorgaande broertje blijkt op te lossen.

Fig.1 Bionics Rio de janeiro: Casa verde, 2011.

AQUAPONICS

Het systeem, dat vegetatie en tegelijkertijd vis kweekt, wordt uitvoerig besproken in de volgende paragrafen. Het gebied aquaponics is op zichzelf nog te ruim om als uitgangspunt te gebruiken. Daarom ben ik naar themaweek aquacultuur in St-Niklaas getrokken om met de nodige specialisten/docenten te kunnen praten. Hieruit blijkt dat het veelbesproken topic, aquaponics in België, nog in zijn startschoenen staat. Maar dat het ook zowel in het KAHO St-Niklaas als in VABI Roeselare, twee agroen biocultuurscholen tot het lessenpakket behoort.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

1.3 ONTWERPUITDAGING Hieruit vloeit,de vraag voort of, het mogelijk is om een educatief aquaponic systeem te creĂŤren. Dit zou scholen moeten bijstaan in de educatie van aquaponics.

in iets praktijkgericht. Maar ook omgekeerd, het systeem heeft de kennis van de studenten nodig om optimaal in bedrijf te blijven.

Het moet dienen als een onderwijs- en researchtool, dat interactief in gebruik zal worden genomen door de studenten. Algemene en geavanceerde cursussen in disciplines van de chemie, fysica, biologie en milieukunde komen allen tot hun recht in het aquaponics systeem. Het systeem is dus een praktijk ervaring voor studenten om hun cursussen om te kunnen zetten

Het primaire doel is om de gebruikers al doende de werking en het systeem van aquaponics onder de knie te krijgen. Met de bedoeling dit later, na hun opleiding in de industrie op vergrootte schaal te kunnen gaan toepassen. Of eenvoudigweg het systeem recreatief te gaan gebruiken binnen een thuisomgeving.

Jonge studenten zouden in staat moeten zijn het systeem te onderzoeken. Dit door allerhande proeven op hen los te laten en ze zodoende de nodige bevindingen kunnen maken. Het moet dan ook duidelijk zijn dat het moderne systeem de traditionele aanpak kan vervangen en betere eigenschappen met zich mee brengt.

Fig.2 Aquaponics in Bilingual Elementary School in Tucson, 2012.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

1.4 CORPUS

Vanwege de brede invalshoek van mijn werk wordt er gestart met een literatuurstudie over aquaponics. De eerste vraag die daar gesteld wordt is ‘Wat is aquaponics?’. Zo krijg je al meteen een duidelijk beeld waar het over gaat. Het bestaande systeem wordt stelselmatig in zijn componenten uit elkaar getrokken en besproken. Enkel op deze manier kunnen we de bestaande technieken onder de knie krijgen, om later nieuwe oplossingen te genereren. De literatuurstudie is onderbouwd door boeken en publicaties. Het werk Aquaponic Gardening van Sylvia Bernstein ligt als basis bij bijna elke aquaponic-liefhebber. De analyse vindt hier dan ook zijn rode leiddraad in terug. Buiten een uitstekende handleiding bevat het dan ook tal van succesverhalen uit de gehele aquaponic-wereld.

literatuurstudie

situering

lezingen

doelgroepen doeleinden raakvelden conclusie(s)

product ideeën

reflectie

keuze idee

Nadat de interdisciplinaire analyse achter de rug is en het systeem begrepen is, wordt dit in zijn context volledig besproken. In welke mate en in welke vorm komt aquaponics geografisch voor? In welke mate is ‘aquaponics’ een trend of cultuur in Vlaanderen? Zo worden potentiële doelgroepen met een bepaalde regio en werkgebied zichtbaar.

observaties publicaties diepte interviews

product architectuur & specs

Ideegeneratie

Door het maken van de analyse worden er al snel ideeën gegenereerd. Dit omdat aquaponics , als onderwerp verschillende: raakvelden, doelgroepen en doeleinden met zich meebrengen. Toch zijn deze ideeën nog niet gegrond en vallen ze niet terug op de nog later bevonden eindconclusies die bv. gevonden worden binnen de situering. In deze fase van het dossier wordt nagegaan welk idee voldoet aan de eindconclusie. Nadat we één productidee overhouden is het tijd om dit dieper te gaan onderzoeken. Observaties, papers en enkele diepte interviews geven een duidelijker beeld van wat het product zal moeten worden. Zodat we de product architectuur en de specs kunnen schrijven.

systeemontwerp fysisch model

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

systeemontwerp applicatie

verificatie - economisch - technisch - menskundig Fig.3 Corpus schema.

2.ANALYSE 2.1 WAT IS AQUAPONICS?

Aquaponics Is een kweeksysteem waarbij hydrocultuur (het kweken van planten op waterbasis) en aquacultuur (het kweken van waterdieren) gecombineerd wordt in een ecologisch evenwicht. Vissen en/of schaaldieren leveren de nodige voedingstoffen voor de groei van de planten. Waarop de plantenwortels op hun beurt het water voor de waterdieren filtert. Het doel van het systeem is in de eerste plaats het gebruik van natuurlijke grondstoffen zoals water, voedingstoffen, brandstof en land te gaan verminderen. Aquaponics gebruikt daarom slechts 2% van het waterverbruik van een doorsnee traditionele kwekerij.

De plant absobeert en filtert het met voedingsstof verrijkte water. Zodat vervolgens het propere water terug naar de vistank vloeit.

1 Vis produceert afval welke ammonia bevat. Deze is schadelijke voor de vis zelf.

Microbes en wormen breken de ammonia af en zetten deze om in nitriet en nitraat. Tenslotte worden deze als voedingstof voor de planten gebruikt.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

2.2 BASIC THINKING

Als basisgedachte kunnen we de volgende twee regels gebruiken: de eerste: 4l = 1/2 tot 1m² vegetatie duidt aan hoe groot het volume van de vis tank(s) moet zijn om de gewenste oppervlakte aan vegetatie te behalen. De tweede regel geeft aan hoeveel water er nodig is om 1kg visopbrengst te kweken. Vervolgens gaan we dieper in op de basiscyclus om te begrijpen hoe de afvalstoffen worden omgezet in voeding voor de planten. Dit is namelijk de essentie van het gehele systeem. Wanneer de ammonia niet kan worden afgebroken, kunnen de planten het niet als voeding opnemen. Hiervoor zetten we de ammonia om naar nitriet om hem vervolgens in zijn uiteindelijke vorm nitraat te kunnen krijgen. Het is de nitraat die de voedingswaarde aan de plant geeft.

4 liter

8,5 tot 16,8l

1/2 tot 1m² vegetatie

1kg

= Fig.4 Basic thinking schema.

2.3 PRAKTISCHE WERKING

Er bestaan verschillende systemen om aquaponics mee te kweken. Maar om het duidelijk voor te stellen geven we een schematisch overzicht van een systeem met één vijverpomp en één bezinktank.

Kweektank voor de vis. (tilapia, baars, etc)

Bezinktank om de vaste stoffen te verzamelen, maar ook voor een biofiltratie. (het visafval, ammonia, wordt gebroken in nitrieten en nitraten.

Deep Water Culture Beds (DWC) als kweekbed (de planten verwijderen de nitraat uit het water van het systeem.).

Reservoir met pomp om het proper water terug naar de vistank te doen stromen.

Fig.5 Praktische werking, Aquaponics gardening, 2011.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

voer visoogst

vis

proper water

ammonia NH3

vegetatie

veg.oogst

nitriet NO3-

3 nitraat NO3â&#x20AC;&#x201C;

Fig.6 Chemische cyclus schema.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

2.4 WAAROM AQUAPONICS? Het is niet de bedoeling om met mijn werk de wereldproblematiek aan te pakken. Bij de vraag welke voordelen de techniek in de toekomst met zich meebrengt; springen er toch enkele sterk boven uit.

Onze bestaande industriële agricultuur is gebaseerd op de volgende 3 factoren: fossiele brandstof, een stabiel klimaat en een onbeperkte aanvoer van water. Een verandering van één

van deze factoren heeft een aanzienlijk gevolg voor onze voedselketen. Zoals geweten, is elk van deze elementen aan verandering onderhevig en kunnen we vroegtijdig op de problemen inspelen. Zo biedt aquaponics een goede oplossing voor deze problemen. Het systeem verbruikt op industrieel vlak zeer weinig energie of water ten opzichte van traditionele landbouw. Voor water is dit 2% van het waterverbruik

t.o.v. de bestaande landbouw. De mogelijkheid om het systeem binnen te plaatsen, maakt ons onafhankelijk van klimaatsveranderingen. Je bepaalt inmiddels zelf alle factoren zoals: temperatuur, luchtvochtigheid en belichting. Dat brengt vervolgens ook nog een hogere opbrengst met zich mee.

STABIEL KLIMAAT FOSSIELE BRANDSTOF

ONBEPERKT WATERVERBRUIK

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

2.5 EARTH-SMART GARDENING //NOODZAKELIJKERWIJS BIOLOGISCHE PRODUCTEN

Gebruik van pesticiden zou de vissen en bacteriĂŤn schaden.

//WATERVERBRUIK 1/10 VAN TRADITIONELE AGRICULTUUR

Water circuleert in een gebalanceerde natuurlijke cyclus.

//AFVALWATER OMGEZET NAAR WAARDEVOLLE INPUT

De ammonia wordt omgezet naar voeding voor het gewas.

//LOKALE KWEEK

Het is mogelijk om in alle omgevingen te kweken. Dit maakt transport overbodig.

//GROEI PLANTEN HYDROPONICSGEWIJS

+ de afvoer van chemische voedingsoplossingen is geen noodzaak + snelle planten groei/bloei + minder nood aan groei-oppervlakte, geen grondvolume + geen onkruid + lage massa

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

2.6 CONVENIENT GARDENING //GROEIBEDDEN OP TAILLE-HOOGTE

Er komt geen graven of buigen aan te pas. Zoogdieren kunnen op die manier ook niet aan de vegetatie.

//ONKRUIDVRIJ

Mechanische verwijdering of handenarbeid is hier dus niet van toepassing.

//GEEN VUIL

Planten drijven in het water totdat ze worden geoogst of groeien in een groeimedium.

//GEEN BEMESTING

Er moet wel wekelijks worden nagezien of de bacteriën nog functioneren.

//GROEICONSTRUCTIE KAN OVERAL GEPLAATST WORDEN

Er is wel noodzaak aan zon of artificiële verlichting.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

2.7 GROWING FISH FOR FOOD //HANDIG OOGSTEN

De vissen zitten in compacte vistanks.

//VERS

De vissen zijn na de oogst meteen bruikbaar voor consumptie.

//ECOLOGISCH

+toename vis +CO2 daling +grondstof verbruik daalt

//VOEDSEL-INDUSTRIE ONAFHANKELIJK

Het systeem kan overal functioneren zonder de op petrolium gebasseerde voedsel-industrie.

//FUN FACTOR

De gebruikservaring is een hobby op zichzelf.

//SAFE

Veiliger kan niet, je hebt kennis over het visvoeder, de kweek en de oogstcondities. Je hebt volledige controle over alle belangrijke factoren om verse en gezonde vis te kweken.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

Voordat we ergens dieper op ingaan, een richting inslaan, beschrijf ik in de volgende pagina’s enkele belangrijke elementen om de techniek te vervolledigen. Vele van deze elementen zijn onmisbaar in het systeem zodat het haast niet mogelijk is om ze links te laten liggen.

2.8 BIOFILTRATIE

Eén van de elementen uit de cyclus valt niet meteen op, zo zie je op het eerste zicht in een aquaponicssysteem enkel vis en planten. De bacterie is een derde groep, die van groot belang is. Deze bacterie wordt in het vak “nitrifying bacteria” genoemd en zal instaan om het ammonium van de vissen te oxideren naar nitriet en vervolgens naar nitraat. De meest voorkomende hiervan zijn de nitrosomonas en de nitrobacter (Shultz, 2013).

Relatief gezien is nitraat niet toxisch en kan het behandelde water bij één mg/liter nitriet oplossing weer terug naar de vistank.

AMMONIA

Nitrosomonas

Ammonia is toxisch voor tilapia zodra er één mg/ liter in de wateroplossing voorkomt. De som van de gassen (NH4) en de, in ionische vorm terugkomende, ammonia genaamd totale ammonia-nitrogeen (TAN) zal moeten worden afgebroken in nitriet. Dit gebeurt door de “nitrifying bacteria”, zoals hierboven besproken. Het oxideerproces van ammonia naar nitriet (NO2), nitrificatie, produceert zuur (H) en verlaagt hierdoor de pH. Zo creëren de nitrosomonas integraal een verbeterde balans in het systeem.

Omdat nitriet boven de vijf mg/liter nog steeds toxisch is voor het systeem, moet deze ook verwijderd worden uit het water. De bacterie die we daarvoor gebruiken, nitrobacter, oxideert de nitriet om naar nitraat (NO3). Het proces, nitrificatie, maakt op zijn beurt ook zuur (H) aan zodat de pH verlaagt.

NITRATE

Nitrobacter

TIME

AMMONIA VERWIJDERING

NITRIET VERWIJDERING

NITRITE

Fig.7 Water quality in aquaponic systems, Shultz

BIOTOOP

De bacteriën moeten, net zoals de vissen, onder een welbepaalde temperatuur gehouden worden. Namelijk tussen de 20 en de 25°C. Wordt het water te koud, bv onder de 10°C; dan loopt men het gevaar dat de bacteriën hun functie niet meer vervullen, of ze gewoonweg afsterven. De bacteriën vestigen zichzelf in het groeimedium van het groeibed. In een groeimedium zoals bv. lavasteen, waar ze zich volledig thuis voelen. Op die manier produceren ze zichzelf optimaal verder.

CONCLUSIE

Het is essentieel om in dit werk de biofiltratie te bespreken. Deze biofiltratie, in combinatie met de vegetatie, zorgt ervoor dat het systeem in balans blijft. Basis-biologie en -chemie is dan ook onmisbaar in het resultaat van mijn eindproduct.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

2.9 KWEEKSOORT

Er kunnen tal van vissoorten gekweekt worden. Het is dus niet noodzakelijk om je systeem tot één soort te beperken. Elke tank kan een ander type vis bevatten. Zo is je output van afval ook veelzijdiger en completer in zijn samenstelling. Elke vis heeft zo zijn eigen dieet en de kosten van de voeding kunnen dus sterk verschillen. De veelgebruikte tilapia soort leeft bijvoorbeeld enkel op goedkoop groenvoer. De baars daarentegen heeft levend voer nodig. Ook het klimaat speelt een rol. De tilapia

heeft minimum 20°C nodig om te leven. Maar om een ideale kweek te realiseren heeft hij dan weer 25°C nodig. Dat betekent dat er bij verwarmd moet worden tot die constante temperatuur. Dit kan bijvoorbeeld met een warmtepomp die verbonden staat met de kweekbedden. Factoren zoals groeisnelheid, populariteit en de nodige eisen aan water-kwaliteit zijn hiernaast ook zeer belangrijk voor het commerciële succes van de kweek. Bij een foute keuze van het type vis kan de winstopbrengst

TILAPIA:

- zeer populaire consumptievis - snelgroeiende soort, l=45cm, 2,5kg - weinig eisen aan de waterkwaliteit - minimum temperatuur van 20°C - voedsel = goedkoop groenvoer

in het gedrang komen. Daarom is het zeker geen slecht idee om verschillende rassen te kweken. Zo overbrug je bijvoorbeeld paringstijden en creëer je verschillende rijpheidsperiodes. Wat een toename aan flexibiliteit in de oogst met zich teweegbrengt. Bij kleinere systemen wordt er niet gewerkt aan voortplanting van de vissen, maar worden er kleine fingerlings aan het water toegevoegd. De soort die je dus gebruikt is dus ook afhankelijk van de soort die in jou omgeving verkocht wordt.

MEERVAL:

- snelgroeiende soort, l=60cm, 4,5kg - voedsel = ongewervelde diertjes - weinig eisen aan de waterkwaliteit - geen helder water nodig - gekweekt voor uitzet

BAARS:

- populaire consumptievis - l=60cm, 4,5kg - voedsel = levend voer (wormen) - helder water nodig, zichtjager - overleeft in voedselarme zoetwateren

FOREL:

- populaire consumptievis - l=40cm, 0,8 tot 5,0kg - voedsel = insecten en kleine vissen - vele soorten - koele, heldere stromen en meren

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

2.10 POMP

De pomp is een cruciaal element in het systeem. We kunnen het vergelijken met de pompfunctie van het hart. Het vuile water met het voedingsrijke afval wordt doorgepompt naar de groeibedden. Er moet een hoge kwaliteitspomp geplaatst worden, zodat een stabiele werking het water doet rondcirculeren, dit zonder te falen. De pomp(en) die gebruikt wordt, moet in staat zijn het watervolume minimum binnen één uur rond gecirculeerd te krijgen. Dit betekent bij een tank van 375 liter, dat de pomp binnen het uur minstens het gehele watervolume naar de hoogte van de groeibedden zal sturen. De planten zullen waarschijnlijk met minder voeding ook tevreden zijn. Maar dit verzekert dat het water voor de vis constant gefilterd wordt. Stel je voor dat je op één uur vijftien minuten je pomp laat draaien. Dan moet je vier keer 375liter op deze vijftien minuten laten circuleren om hetzelfde resultaat te behalen. Belangrijk is ook de hoogteplaatsing van de groeibedden. Dit bepaalt namelijk mee het vermogen van de pomp. Hiervoor hebben we de pompgegevens nodig in liters per uur (lph). Het capaciteitsvermogen zal afnemen met de hoogte van de groeibed input. Hierbij is ook belangrijk dat het watervolume in de leiding mee in rekening wordt gebracht. Een pompdiagram wordt standaard meegeleverd en geeft het debiet van de wateroutput aan voor een welbepaalde outputhoogte. Bij de maximum outputhoogte zal er met andere woorden niets meer doorvloeien.

Nadat we een waarde opgezocht hebben die bij onze pomp past, rekenen we nog een extra 20% tot 30% bij. Ondanks solidophoping binnen de leidingen wordt er een extra waterweerstand veroorzaakt.

2.11 AUTO-SIFON

De auto-sifon wordt gebruikt wanneer er gebruik wordt gemaakt van een ‘eb en vloed’ systeem. Zonder deze component zal het kweekbed na een vloedfase niet meer automatisch leeglopen. Wat de auto-sifon een onmisbaar element in de kring maakt. De sifon bestaan uit verschillende componenten: Te beginnen met een verticale afvoerbuis die in de bodem van het groeibed vast zit. Vervolgens zit er een standpijp over, die de maximale waterstand van het groeibed bepaald. Wanneer het waterniveau van het groeibed hoger komt te staan dan de standpijp, begint de afvoer vol te lopen. Het grootste deel van het water in het groeibed wordt vervolgens mee afgevoerd tot de sifon weer leeg gezogen is. De overgebleven lucht in de sifon wordt vervolgens door de ontluchting weer afgezogen. Op die manier komt de sifon weer in zijn startfase te staan en kan hij opnieuw beginnen te vullen (Bradley, 2010).

2 3

Fig.8 Pomp debiet uitgang, Inc.

1 Fig.9 Auto-sifon.

1.afvoerbuis 2.standpijp 3.snorkel

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

2.12 KWEEKSITUATIES

Elk productidee heeft zijn eigen situatie. Dit hangt veelal af van de omgeving waar het zich in bevindt en met welke parameters het in contact komt. De 4 situaties die in de volgende paragraaf beschreven worden, zijn situaties waar de systemen zich in de praktijk terug vinden. Ze kunnen als inspiratie gebruikt worden om productideeĂŤn te creĂŤren. Maar het is ook goed om te beseffen dat het systeem in elke situatie aan een totaal aantal voorwaarden moet voldoen en aan een geheel van andere invloeden komt bloot te staan.

OPTIE 1. Oogst de planten, oogst de vis en eindig het proces na elke lente.

OPTIE 2. Kweek in een koud klimaat indoor

OPTIE 3. Kweek in de zomer outdoors en breng

het systeem binnen voor de winter.

OPTIE 4. Maak gebruik van een serre.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

OPTIE 1

We beginnen met een ongunstige situatie. De periode om planten- of vissen te laten volgroeien, moet stil gelegd worden. Dit bv. wanneer we buiten kweken of omwille van educatieve situaties (schoolvakantie). Het opstarten van de bacteriën bij elke nieuw kweek, moet telkens zijn opstarttijd opnieuw doorlopen. Hierdoor heeft het systeem weer tijd nodig om in balans te komen.

LET OP! 1. Maximaliseer groeiperiode door zo vroeg mogelijk in de lente te beginnen. 2. Temperatuur moet altijd boven de 18° zijn. Vermijd dus de dodelijke vorst. 3. Het startweekend moet zorgvuldig gepland zijn. 4. Voorzie 6 weken voor de opstart van de biofilter. (zonder vis cyclus werkwijze, hst. 4.3.3 start-up, p. 41) 5. Timing: Wanneer de vis een volwassen grootte heeft aangenomen, hebben de planten een optimale voeding. Dit komt vaak niet overeen met de groei/ bloeiperiode van de planten. 6. De elektriciteitsrekening kan hier oplopen bij de opwarming van het water. 7. Temperatuur v.d bacterie ontwikkeling - optimaal 25-30°C - 50% afname bij 18°C - 75% afname bij 8-10°C - stop bij 4°C - dood bij 0°C

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

OPTIE 2

Veel kleinschalige aquaponic kwekers overwegen om hun opstelling binnen te zetten. Hierdoor heeft men alle klimaatfactoren in de hand en kan men de opbrengst verhogen.

Omdat men hier geen gebruik kan maken van zonlicht zal men kiezen om artificiële verlichting te plaatsen. Dit zal verder in het dossier uit-gebreid besproken worden. Om het luchtklimaat in de hand te hebben, zal men ook gebruik maken van afzuiging en kweektenten. Zo heeft men temperatuur, luchtvochtigheid, lichtoverlast en geluidoverlast in de hand.

LET OP! 1. Gewicht is uiterst belangrijk wanneer je binnen kweekt. De fundering moet stevig genoeg zijn om het gewicht van het systeem te dragen. - water 1kg/l - gravel 1682kg/m³ Een basic aquaponic systeem heeft: - 380l volume vistank - 17kg massa tank - 2x190l volume waterbed - 2x11kg massa waterbed Zo zit je met 380kg v.d massa v.d tank en 660kg voor de groeibedden zonder het gewas. 2. Vochtigheid neemt sterk toe in een ruimte waar het systeem draait. Dit door het gebruik van open vistanks en/of het bijverwarmen van het water. Maak hiervoor gebruik van een kweektent (Mylar) of sluit je vistanks deels af. 3. Artificiële verlichting 4. Geluid v.h systeem 5. Gevaar op waterschade

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

OPTIE 3 (OPTIE1&2)

Naarmate de winter vordert, kan het systeem binnen geplaatst worden. Na een seizoen met (veel) zon-licht, kan het systeem in de winter binnen overleven. Zo moet de biofilter niet elk seizoen worden opgestart maar blijft deze het ganse jaar doorwerken.

OPTIE 4

Dit is de optimaalste situatie voor een aquaponic systeem. Men geniet van de zonne-energie, welke gratis is. Daarbij heeft men het voordeel dat bijna alle groeifactoren te monitoren zijn.

LET OP! LET OP! 1. Praktisch verplaatsen van het systeem 2. 70cm breed zo kan het systeem overal tussen 3. Verschillende delen Welke afzonderlijk verplaatst en terug aan elkaar verbonden kunnen worden.

1. Vistank heeft een warmtebuffer effect. Overdag slaat de tank warmte-energie op en geeft deze weer af tijdens de koudere nachten. Dit maakt het groeien in koudere perioden meer evident. 2. De vistank kan ge誰soleerd worden. Zo overleven de vissen de winter.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

2.13 SYSTEMEN Om het theoretische gedeelte over het systeem af te sluiten geven we een overzicht van de verschillende basis systemen waarmee gewerkt kan worden. 2.13.1 ‘EB EN VLOED’ SYSTEEM

Deze systemen komen vaak voor omdat ze gemakkelijk te begrijpen zijn, maar ook het gemakkelijkst zijn te assembleren. De beginnende aquaponics gebruiker kan een systeem samenstellen waarbij de verhouding tussen groeibed en vistank 1:1 is. Het groeibed bevindt zich hoger gelegen dan de vistank, zodat het water door gravitatie kan aflopen naar de vistank. Dit gebeurt wanneer een sifon zijn maximum stand bereikt (B) en het water laat doorstromen naar de vistank. Of wanneer de intervalpomp na zijn cyclus afspringt en het groeibed leegloopt.

Uitbreiding

Bij het bijplaatsen van groeibedden kan er bezorgdheid zijn over het waterniveau van de

vistank. Om te voorkomen dat het level drastisch gaat dalen, maakt men gebruik van een switch. Elke maal wanneer een cyclus doorlopen is, schakelt de switch de aanvoer van groeibed1 naar groeibed2 en vice versa. De switch staat hierbij in contact met de intervalpomp. Elke keer wanneer de pomp in gang schiet, overvloeit je systeem een ander groeibed.

Nadeel

Wanneer je de oppervlakte van het groeibed gaat uitbreiden, of een extra bed gaat plaatsen, zonder een switch te voorzien, breng je het volledige systeem uit balans. De vraag naar water uit de vistank wordt vervolgens te groot. Dit zorgt voor een water tekort met stress of sterfte van de vissen.

Voordelen

- goed onderhoud - eenvoudige montage - geen opvangtank nodig

Fig.10 Basis ‘eb en vloed’ systeem, Aquaponics gardening, 2011.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

2.13.2 CHOP SYSTEEM (CONSTANT HEIGHT ONE PUMP) De volgende graad van systemen bevat de toevoeging van een bezinktank of in het engels ‘SUMPtank’ (A). Bij dit systeem loopt het water van de groeibedden door gravitatie verder door naar de SUMPtank. De bedoeling hiervan is dat er een constante doorstroom van water naar de vistank loopt. Dit kan door het water van de SUMP-tank constant door te pompen of door een vlotterpomp (B).

Wanneer het water een bepaalde level bereikt in de SUMP-tank, dan wordt dit doorgepompt naar de vistank. De vistank zelf blijft altijd op hetzelfde level door een gecontroleerde overflow (C) naar de groeibedden. Dit type van systeem wordt CHIFT PIST (constant height in fish tank - pump in SUMP-tank) genoemd of, door Murray Hallam, CHOP (constant height one pump).

Fig.11 CHOP systeem, Aquaponics gardening, 2011.

Uitbreiding

Het bijplaatsen van groeibedden tijdens het in bedrijf zijn van het systeem is mogelijk. Dit geldt wel enkel wanneer de SUMP-tank en de vistank een voldoende groot volume kan bevatten. Is dit niet het geval dan krijgen de groeibedden niet meer de mogelijkheid om vol te lopen. Dit omdat de sifons nooit hun maximale stand aannemen en er geen terugstroom naar de SUMP-tank is.

Voordelen

- Door de overflow (C) is er steeds een constant waterniveau in de vistank. De vissen krijgen hierdoor minder stress. - Je maakt slechts gebruik van één pomp, dus lager energieverbruik. - Een uitstekende doorstroom.

Nadelen

- De SUMP-tank moet onder de groeibedden geplaatst worden. - Wanneer er in het systeem een opstopping voorkomt, werkt pomp (B) zonder water. Hierdoor geraakt de pomp defect. - De overflow (C) moet hoger gelegen zijn dan de groeibedden.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

Fig.12 Tweepomp systeem, Aquaponics gardening, 2011.

2.13.3 TWEEPOMP SYSTEEM

Bij het vorige systeem was het nodig om de vistank overflow hoger dan het groeibed te plaatsen. Dit om het water door middel van gravitatie te doen doorstromen naar de groeibedden. Een tweede pomp in het systeem lost dit probleem op. De tweede vlotterpomp (A) wordt in de vistank geplaatst. Wanneer het niveau in de vistank zijn maximum wil overschrijden, schiet de pomp in gang.

Uitbreiding Heeft hetzelfde invloed als bij bij CHOP (constant height one pump) Nadeel - afhankelijk van twee pompen - SUMP-tank moet nog steeds lager dan de groeibedden geplaatst worden Voordeel - vistank kan op alle hoogtes geplaatst worden

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

2.14 QUICK IDEAS

Voordat het onderzoek wordt verder gezet is is het mogelijk om uit de literatuurstudie enkele ideeën te genereren. De ideeën zijn gebaseerd op de aquaponics voordelen zijn gericht op een breder publiek.

4. DRIJVEND VLOT

1. EDUCATIEF SCHOOLMATERIAAL

Een drijvend aquaponic systeem voor op een vijver/meer.

Een compacte versie van het aquaponicsysteem dat in een klasomgeving kan worden opgesteld als leermiddel.

- water van de vijver gebruikt als voedsel voor de vegetatie - warmte/koelte uit het water van de vijver opnemen om de serre te verwarmen/koelen

- snel en efficiënt worden opgeborgen bij vakantie. - duidelijk en doorzichtig - compact en veilig

3. RESTAURANT MET AQUAPONICS KRUIDENTUIN

2. SHOPPING CENTRE

In een open keuken een decoratieve/functionele kweekbed met kruiden voor de kok. Dit in combinatie met een aquarium in het restaurant.

Een aquaponic systeem binnen in een shopping center.

- ergonomisch groeibed voor de kok - presentatief - kruiden kweken, langsheen muren sierplanten - kweekbedden moeten in de huisstijl passen

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

- bijbrengen van entertainment - eye-catch - educatief aspect - groot aquarium met duidelijke connectie met de vegetatie

2.15 SITUERING AQUAPONICS

Aquaponics heeft zijn oorsprong te danken aan de New Alchemy Institute in North Carolina, waar het werk van Dr. Mark McMurtry inspiratie gaf aan de rest van de wereld. Ondertussen is aquaponics een veel besproken topic geworden. Zo behaalt het bijvoorbeeld één miljoen hits op google. Vandaag de dag wordt het met grootschalige projecten opgestart in landen zoals: Australië, Canada, USA, China, New Zeeland, Zuid africa en Zuid Korea. Hiervan zijn Australië en Noord Amerika de grote pioniers.

Binnen Europa hebben we ook nog enkele mooie initiatieven, waarbij tal van kleinere systemen zijn opgesteld in stedelijke omgevingen. De micro farms representeren topics zoals: lage impact op het milieu, gebieden met waterschaarste, verontreinigende stoffen en chemicaliën in kweekinstallaties. De farms worden ingezet bij workshops om mensen iets bij te leren over de vele positieve eigenschappen van de techniek. Maar ook om gebruikers van de nodige know-how te voorzien.

Fig.13 Micro-farm designed by: Ivo Bonacorsi, 2012.

Fig.14 Workshop Deborah Meibergen, 2013.

SITUATIE VLAANDEREN

Bij het begin van de analyse zijn we er van uitgegaan dat er in Vlaanderen ook veel rond aquaponics te doen zou zijn. Zo zijn er voor België tal van community’s en webpagina’s waar je met je vragen terecht kan. Maar de hoeveelheid werkzame aquaponics-systemen blijkt toch beperkt te zijn. Er zijn tamelijk wat hobbykwekers die systemen draaien op homescale grootte. Maar een industrie is er in Vlaanderen niet te vinden. Nochtans staat België aan de top als het gaat over de bouw en teelt van serres.

KAHO Sint-Niklaas

Bachelor Agro- en biotechnologie

VABI/Vives Roeselare

Biotechniek | Landbouw | Tuinbouw

Vash Aquaponics Ursel Verkoop | Info | Onderzoek

Vlaanderen heeft ook de nodige know-how over aquacultuur. Dit door zijn vele opleidingen aan verschillende universiteiten, hoge scholen en provinciale praktijkcentra (Vanhoestenberghe, 2013).

PTI Kortrijk

Tuinbouwschool

Fig.15 Schoollocatie Vlaanderen.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

REDEN

De reden hiervoor ligt aan de al bestaande kweekcultuur die op een zeker hoog niveau zit. Industrieel gezien kan aquaponics als gesloten systeem tussen viskweek en plantenkweek risico’s met zich meebrengen. Dit omdat ze van elkaar afhankelijk zijn en dat er zo voor beide compromies gesloten moet worden. Vermits in Vlaanderen vooral de vegetatie van belang is wordt dit evenwicht uit balans gebracht. In Vlaanderen is de verkoop daarom van zeevis nu éénmaal marktdominanter dan de kweek in putten.

CONCLUSIE

Op die manier zou het daarom geen slecht idee zijn om Vlaamse serretelers aan te spreken om extern iemand op een stuk grond naast zijn serre een vistank neer te zetten. Deze grond zou ter beschikking kunnen staan in ruil voor het onderhoud van de vissen en voor de aanvoer van nitraatrijk water. Dat wordt aangeleverd uit de vistank. De serreteler kan dit dan op zijn beurt nog bijvoeden naar eigen zeggen toe en het water als eindhalte voor de planten gebruiken. Deze manier van werken wordt bijvoorbeeld bij de hogeschool Vives in Roeselare toegepast.

Aquaponics levert in vele landen prachtige resutaten. Ondanks dat Vlaanderen één van de pioniers in het telen en bouwen van serres is. Heeft het op wereld niveau weinig te bieden in aquaponics. Slechts de laatste jaren is de leer van aquaponics in onze omstreken zichzelf beginnen ontplooien. Zo brengen tal van scholen in Vlaanderen aquaponics mee in het leerplan. Wat de vraag naar educatief schoolmateriaal rond de techniek doet stijgen.

THEMAWEEK

Om me meer te verdiepen in het onderwerp, bracht ik bezoek aan het KAHO in Sint-Lieven voor enkele lezingen over aquacultuur. Zo kwam ik in contact met enkele profesoren agroen biotechnologie. Er werd me nogmaals duidelijk gemaakt dat studenten van zowel Sint-Niklaas, Roeselare als Kortrijk les kregen in Aquaponics en dat er ook tal van aquaponic workshops werden gegeven. Dieter Anseeuw, docent agricultuur bij Vives Roeselare kaartte het probleem wederom aan dat er gebrek aan educatief schoolmateriaal is om de theorie over te brengen aan de studenten. Bestaande systemen zijn niet op te bergen en moeten stopgezet worden tijdens vakanties. De systemen die op de meeste scholen voorkomen zijn uitsluitend van hoge complexiteit en zijn bedoelt voor studenten hogeschool of onderzoek op de universiteit. Zo komen middelbare school leerlingen haast niet in contact met aquaponics. Terwijl dit juist een mooie opportuniteit zou zijn.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

2.16 LEERPLANNEN

Het is duidelijk dat er moet gekeken worden waar het thema aquaponics zijn raakvlakken vindt in het middelbaar onderwijs. In welke richtingen en in welke graad heeft aquaponics het meest te bieden. Dit kunnen we nagaan door de raakvlakken te gaan onderzoeken. Hiervoor kunnen we ons basseren op de bestaande leerplannen van het Vlaams Verbond van het Katholiek Secundair Onderwijs. De leerplannen zijn online te raadplegen op hun website: http://ond.vvkso-ict.com/vvksomainnieuw/document.asp?DocID=2431

VOOR WELKE GRAAD HEEFT AQUAPONICS DE GROOTSTE MEERWAARDE?

AQUAPONICS IN DE TWEEDE GRAAD, TWEEDE JAAR

Het thema aquaponics gaat een stuk verder dan de basis kennis die de studenten van de eerste graad moeten verwerken. Toch behoren de basisbeginselen van determinatie en materiekringloop tot het leerpakket van deze leerlingen. Zo kan er een gepaste bundel worden samen gesteld met vragen die tot deze categorie behoren. vb. berekenen inhoud van het aquarium, communicerende vaten, discussie over honger in de wereld en respect voor het milieu, basis van determinatie van planten… De eindtermen en leerinhoud van het leerplan van de tweede graad, tweede jaar sluit na onderzoek het best aan bij het onderwerp. Zo brengt de integratie van het systeem in de schoolomgeving een educatieve meerwaarde. Zoals: de ondersteuning van bepaalde leerstof om de lesinhoud te verduidelijken, proefjes op het systeem uit te voeren of om aanleiding te geven tot klasdiscussies. De leerinhoud van de derde graad komt niet overeen met het onderwerp.

STUDIERICHTINGEN ASO: ECONOMIE, GRIEKS, GRIEKS-LATIJN, HUMANE WETENSCHAPPEN, LATIJN, SPORTWETENSCHAPPEN

“Natuurwetenschappen” is het eerste vak dat naar voor springt uit het leerplan van de eerste graad. Zo vormt dit vak de basis van de richtingen biologie, chemie en fysica. Vakken uit de tweede graad die verder bouwen op de natuurwetenschappen.

De tweede graad is substantieel opgedeeld in verschillende afdelingen. Zo heeft elke afdeling zoals bv. tso zijn speciefieke eindtermen. Hiervoor gaan we na welke eindtermen er in elk van deze afdelingen opgesteld zijn en hoe deze zich vertalen tot onderwerp aquaponics.

We beginnen met het doornemen van het leerplan (Leerplan D/2012/7841/003, 2013):

Hieruit kunnen we de volgende gegevens halen (p.11): We besluiten dat de studenten van deze richtingen 25 lestijden per jaar krijgen waarvan 1 uur per week. Het deel ‘terreinstudie en verwerking’ kan in grote mate worden toegepast op het systeem. Dit omdat het systeem wemelt van de organismen die op hun beurt weer worden vertaald in een ecosysteem. Het is wellicht zo dat een terreinstudie zich beter tot zijn eind brengt wanneer er een groot systeem bezocht wordt.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

Fig.16 Leerplan ASO, VVKSO, 2013.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

Op p.17 e.v. vinden we tal van algemene doelstellingen die toepassing vinden op het systeem. ‘wetenschappelijke vaardigheden’ en ‘wetenschap en samenleving’ zijn eindtermen die hier mee tot behoren. Er zijn ook tal van dicipline eindtermen te vinden die hier rechtstreeks verband mee hebben, (p. 50) vb.: • “B1 macroscopische en microscopische observaties en metingen uitvoeren in het kader van experimenteel onderzoek. • B2 biologische informatie in schema’s en andere ordeningsmiddelen weergeven. • B6 op het terrein organismen in hun habitat waarnemen en beschrijven. • B8 voorbeelden geven van interacties tussen organismen en hun omgeving en van interacties tussen organismen van dezelfde soort en van organismen van verschillende soorten. • B9 aan de hand van voorbeelden het begrip ecosysteem omschrijven en verduidelijken. • B10 illustreren dat micro-organismen uiteenlopende functies vervullen in de natuur. • B11 een eenvoudige materiekringloop en energiedoorstroming in een ecosysteem beschrijven.”

STUDIERICHTING TSO: BIOTECHNISCHE WETENSCHAPPEN

Tot deze studierichting sluiten twee vakken toegepaste biologie (2 uur/week) en biotechniek (4 uur/week) aan het onderwerp aan.

adhv bijhorende proeven en een practicabundel. In het hoofdstuk ‘ecologie’ (p.11) wordt 8 uur gespendeerd aan de volgende topics: • Interacties tussen organismen en hun omgeving • Voorbeelden van interacties met milieu • Ecosysteem, levensgemeenschap, habitat, ecologische niche • Producenten, consumenten, reducenten • Materiekringloop • Energiedoorstroming • Belang biologische evenwicht • Belang biodiversiteit • Invloed van de mens” Een aquaponics cyclus in bedrijf zou hier dus een uitstekende ondersteuning van de les zijn. Zo kan men stap voor stap alle aspecten van naderbij gaan onderzoeken. Biotechniek Het leerplan geeft het volgende (Leerplan D/2012/7841/084, 2013): Voor het tweede jaar vinden we op p.26 terug: “Bacteriën en biotechnologische processen”. Wat het belangrijkste aspect bij een aquaponicssysteem is. Verder vinden we “classificatie van planten en dieren” waar er ook een terugkoppeling gebeurd. Het zijn dan ook deze studenten die het systeem erg interessant zullen vinden. Zo kunnen ze dan ook verder opzoekingswerk maken naar industrïele aquaponics-installaties om hun beeld te verrijken.

Toegepaste biologie Het leerplan geeft het volgende (Leerplan D/2012/7841/003,2012): Het is hier dat de nadruk gelegd wordt op het maken van practica. Bij het integreren van een aquaponic systeem is het dan ook noodzakelijk dat er een toegepast lespakket ter beschikking is. Er kan dieper in worden gegaan op het systeem zelf

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

STUDIERICHTING TSO: TECHNIEK-WETENSCHAPPEN Het leerplan geeft het volgende (Leerplan D/2012/7841/085, 2013):

De inhoud van de studie is gelijklopend met die van ‘toegepaste biologie’ welke onder biotechnische wetenschappen is vermeld. De leerlingen krijgen hier twee uur biologie per week (leerplan p.11).

STUDIERICHTING TSO: PLANT-, DIEREN MILIEUTECHNIEKEN Het leerplan geeft het volgende (Leerplan D/2003/0279/026, 2013):

Ook voor deze studenten is 2 uur biologie per week van toepassing. Er wordt ook hier belang gehecht aan ecosystemen en milieuzorg, vb. hoofdstuk ‘Relaties tussen organismen en hun milieu’ op p.15.

STUDIERICHTING TSO: TOERISME

Uit het leerplan halen we (Leerplan D/2001/0279/010, 2001): In het tweede jaar kan het zijn toepassing hebben tijdens keuze-opties zoals ecologie.

• 15: kringloop van water beschrijven • 17: werkingsprincipe van een waterzuiveringsstation • 26: invloed van licht op fotosynthese • 27: invloed van daglengte op bloemknopontwikkeling • 28-29: invloed van luchtvochtigheid en temperatuur op plantengroei • 35: pH-cijfer interpreteren en maatregelen treffen om deze te verhogen/verlagen • 36: de doelstellingen voor duurzame plantaardige en dierlijke productie • 37: onderscheid tussen gangbare landen tuinbouw, gecontroleerde teelt, geïntegreerde teelt, biologische teelt en biodynamische teelt Hier is het ook zeer zinvol om een aquaponicsinstallatie interactief te gebruiken om de onderwerpen op een efficïente en tastbare manier over te brengen.

STUDIERICHTING BSO: PLANT, DIER EN MILIEU

Informatie omtrent dit leerplan vind men terug in de volgende referentie: (Leerplan D/2011/7841/012, 2011)

Bij “leerplandoelstellingen” op p. 21 en 22 staan een hele reeks topics opgesomd, die rechtstreeks aansluiten bij aquaponics, vb.: • 10: inzien dat er een chemisch proces plaatsvindt wanneer er stoffen omgezet worden • 12: de pH-waarde van een oplossing interpreteren • 13: het belang van de pH in de bio-agrarische sector inzien

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

BESLUIT • Het lespakket aquaponics is het best van toepassing op het aso, bij bepaalde tso richtingen (zoals bio/natuurwetenschappen), en bij “Plant, dier en milieu’ uit het bso uit het tweede jaar van de tweede graad. • Uit de variatie in leerlijnen weten we te besluiten dat het niet noodzakelijk is om in alle lessen te voorzien van een installatie. Voor sommige vakken is het louter interessant voor bepaalde aspecten zoals bv. communicerende vaten. Zo kan één systeem over verschillende afdelingen voor handen zijn als educatieve tool en is het niet nodig om alle afdelingen van een lespakket te gaan voorzien. • Het leerpakket moet veelzijdig zijn. In de zin dat de verschillende richtingen er gebruik van kunnen maken. Maar ook dat de leerkracht zijn eigen accenten kan leggen. Dit door de leerlingenbundel flexibel op te maken zodat een snelle selectie mogelijk is.

• Het voorzien van proefjes met bijhorende instructies en invulformulieren moet voorzien zijn. • Het systeem zou zich het best binnen de klas of school bevinden. Zo zullen de studenten het systeem nog lang herinneren. • De mogelijkheid tot het implementeren van een elektronisch leerplatform met interactieve oefeningen e.d kan zinvol geïmplementeerd worden.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

Door het maken van de literatuurstudie en de situering hebben we de nodige conclusies kunnen trekken. Hierdoor is het mogelijk een nieuwe richting in te slaan en kunnen we de analyse specifieker gaan behandelen met observaties en kwalitatieve diepte interviews.

2.17 EINDCONCLUSIE

Uit de onderstaande conclusies kunnen we vaststellen dat er in Vlaanderen nood is aan een educatief aquaponics systeem. Het systeem zal op een interactieve wijze algemene en geavanceerde cursussen in disciplines van de chemie, fysica, biologie en milieukunde de lessen ondersteunen. Dit alles op het niveau van de middelbare school.

CONCLUSIE LITERATUURSTUDIE

Uit de uitgebreide literatuurstudie van verschillende hoofdstukken, gaande van technische informatie tot een volledig besproken ecologische balans, vinden we tal van raakvlakken met aquaponics. Op die manier kunnen we het leerplan toetsen aan de raakvlakken, om zo een educatieve bijdrage te leveren.

CONCLUSIE LEERPLAN

Aquaponics past in het kader van de vele competenties, welke vertaald kunnen worden naar een aquaponics leerpakket. Hier hebben studenten meer aan dan enkel de aquaponicsleer zelf.

CONCLUSIE SITUERING

Aquaponics levert in vele landen prachtige resutaten. Ondanks dat Vlaanderen ĂŠĂŠn van de pioniers in het telen en bouwen van serres is, heeft het op wereldniveau weinig te bieden in aquaponics. Slechts de laatste jaren is de leer van aquaponics in onze omstreken zichzelf beginnen ontplooien. Zo passen tal van scholen in Vlaanderen aquaponics toe in het leerplan. Wat de vraag naar educatief schoolmateriaal rond de techniek doet stijgen.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

CONCLUSIE LEZINGEN

Dieter Anseeuw, docent agricultuur bij Vives Roeselare, kaartte het probleem wederom aan dat er gebrek aan educatief schoolmateriaal is om de theorie over te brengen aan de studenten. Bestaande systemen zijn niet op te bergen en moeten stopgezet worden tijdens vakanties. De systemen die op de meeste scholen voorkomen zijn uitsluitend van hoge complexiteit en zijn bedoeld voor studenten hogeschool of voor onderzoek op de universiteit. Zo komen middelbare school leerlingen haast niet in contact met aquaponics. Terwijl dit juist een mooie opportuniteit zou zijn.

3.OBSERVATIE 3.1 OBSERVATIE 1 Bezoek bij hobbykweker Valentijn Schepens van aquaponics.be, 23 november 2013 te Ursel.

REDEN OBSERVATIE

Hiermee willen we verder onderzoek maken rond de hiervoor beschreven eindconclusie. Het is de bedoeling om specifieker in te gaan op het onderwerp ‘educatieve aquaponics’, zodat het systeem stilaan vorm begint te krijgen. Het brengt ook met zich mee: dat informatie niet enkel op een literatuurstudie gebaseerd wordt en dat het werk niet zonder praktijkgerichte ervaring zou verlopen.

KOUD SYSTEEM

Bij het bekijken van het koud systeem, werd al snel duidelijk waarover het enthousiasme op het internet over gaat. Het is reeds eind november, de temperaturen zijn al flink gedaald en het systeem is nog steeds operatief. Het gaat hier over twee koud, ‘eb en vloed’ systemen die in de achtertuin draaiende staan. Beide vistanks woelen van de rijpe, opspringende baars. Klaar om proper gemaakt te worden en vervolgens in de keuken te bereiden. In het groeibed staan nog aardig wat groenten, die klaar zijn voor de oogst. Omdat Valentijn alles meet wat in en uit het systeem komt, kon hij precies vertellen hoeveel vegetatie- en vismassa er binnen het seizoen gekweekt werd. Dit bleek een aardige opbrengst te zijn en is daarbij een teken dat het systeem rendabel is.

Fig.17 Koud aquaponics-systeem met baars.

Het koud systeem is het basisgedachte als het gaat over aquaponics. Het draait zonder bijverwarming en heeft t.o.v. het warm systeem weinig onderhoud nodig. Hier werd telkens gebruik gemaakt van het ‘eb en vloed’ systeem (hst. 2.13.1 ‘eb en vloed’, p. 19), waar de gebruiker zeer tevreden van is.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

WARM SYSTEEM Bij het bekijken van het verwarmde systeem, blijkt het een stuk complexer te zijn dan datgene van het koude. Het water wordt verwarmd door een verwarmingselement dat gevoed wordt door een zonnepaneel. Dit heeft als voordeel dat verschillende soorten vis gekweekt kunnen worden en dat de opbrengst groter zal zijn dan bij een koud systeem. Het nadeel is echter dat er extra mechanische elementen bijkomen die elk hun kans hebben op falen. Voordat het water uit de vistank naar de waterbedden stroomt, passeert het eerst langs een mechanische filter. Deze zorgt er voor dat grof visafval niet in één van de kweekbedden terecht komt. Vervolgens zijn er verschillende type groeibedden in zijn serre opgesteld die aan de filter zijn aangesloten. Valentijn maakt hier bijvoorbeeld gebruik van: een ‘eb en vloed’, NFT en floating raft groeibed. NFT, is een buizensysteem waar het water continu doorloopt. Waarbij floating raft, een systeem is waar de planten op een vlot drijven, op een reservoir vol circulerend water. Beide systemen behoren tot de groep ‘hibryde systemen’. Fig.18 Warm aquaponics-systeem met extra mechanische filter.

RESULTAAT

Een uitstekend overzicht van: - de verschillende kweekbedden met hun voor- en nadelen. - het verschil tussen een koud- en warmwater systeem. - voorkeur van vegetatie en vis.

CONCLUSIES

Een middelbaar aquaponics systeem kan: - op kleine schaal heel wat betekenen als leermateriaal. - het systeem best zal werken op een koudwater systeem. - verschillende soorten kweekbedden bevatten. Zo brengt het systeem een breder gamma aan informatie over naar de student. Bv. de combinatie van ‘eb en vloed’, NFT en floating raft in één systeem.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

3.2 OBSERVATIE 2 Bezoek bij KATHO te Roeselare. Docent Dieter Anseeuw geeft samen met zijn collega Annelies Flamang uitleg over het geschaald industriële systeem.

REDEN OBSERVATIE We willen zoals bij observatie 1, specifieker onderzoek maken rond onze eindconclusie. Dit door zo veel mogelijk Vlaamse scholen, welke les geven in aquaponics, een bezoek te brengen. Vives te Roeselare geeft dan wel les op hogeschoolniveau. De lessen, maar ook het gebruikte systeem zijn al een stuk complexer dan hetgeen dat we in een middelbare school willen zien verschijnen. Wat het bezoek bijzonder interessant maakt is, om in dialoog te gaan met Dieter Anseeuw en zijn collega Annelies Flamang. Zij maakte me warm om met mijn thema verder te werken op één van hun studenten, genomineerde werk over ‘aquaponics in de klas’. Dit wordt uitvoerig besproken in “hst. kwalitatief diepte interview 2”. Het KATHO te Roeselare heeft twee soorten aquaponicssystemen in een proefopstelling: Een eb- en vloedsysteem en een floating raft systeem. Het floating raft, dat jammer genoeg niet in bedrijf is, is het belangrijkste systeem en wordt daarom verder verduidelijkt.

INDUSTRIEEL SYSTEEM

Fig.19 Systeem met vlotten, KATHO Roeselare.

Het floating raft of in het Nederlands, systeem met vlotten bestaat uit: twee vistanks (1), een waterbed met vlotten (2), een biofilter (3) en een mechanische (voor)filter. Het afvalwater van de vis, krijgt een eerste filtering in de (voor)filter. Waarbij men door vertraging van het water de vuilpartikels laat bezinken. Het tweede element is de biofilter, waarin

de bacteriën hun werk doen. Tenslotte loopt het voedingswater in het waterbed (2), waar het blijft circuleren tot het door de planten is opgenomen en vervolgens verdampt. De planten drijven hier met een vlot op het wateroppervlak en nemen zo de voeding uit het water op.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

LESSEN

Het systeem wordt in gebruik genomen door 18 tot 23 jarige studenten uit de hogeschool. De gebruikerstijd hangt af van de klas welke er op dat moment les krijgt. Maar doorgaans volgen de studenten het systeem nauwlettend op. Ze voeren prartica’s en maken de nodige metingen. Ook de biologische evolutie wordt volledig in kaart gebracht vanaf het proefdraaien tot het einde van de groei. Het systeem is een geschaald industrieel model dat een uitstekende tussensprong maakt tussen de schoolse opleiding en de daarop volgende aquaponics-industrie.

RESULTAAT

Naast een uitstekende uitleg over het systeem zelf, kreeg ik een mooi overzicht hoe studenten op hogeschoolniveau met aquaponics omgaan.

CONCLUSIES

Het systeem dat hier opgesteld staat, is een mooi systeem om in de industrie te implementeren en om te benutten bij lessen op de hogeschool. Het systeem is echter te complex en te groot en daarom niet bruikbaar op middelbaar onderwijsniveau.

Fig.20 Overzicht systemen, KATHO Roeselare.

Een nadeel van dit systeem is dat er geen volledig gesloten ecologisch evenwicht wordt verwezenlijkt. Het is zo dat er geen terugloop is van proper water naar de vistank. Dit om op industrieel vlak geen compromissen te moeten sluiten op het vlak van waterkwaliteit. De aquaponicsboer kan in het groeireservoir in dit geval extra toevoegingen maken van nutriënten. Tenslotte leidde het gesprek over het onderwerp “aquaponics in het middelbaar” direct naar goede informatie en een reeks specificaties voor het product idee. Zie (zie hst. 4.4 Specificaties, p.44 & hst. 3.4 Diepte interview 2, p.36).

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

3.3 KWALITATIEF DIEPTE-INTERVIEW 1 De eerste bevraging gebeurde via survio.com en werd geplaatst op â&#x20AC;&#x153;The aquaponic gardening communityâ&#x20AC;?. Dit is een platform waar enorm veel aquaponic specialisten op te vinden zijn. link: http://www.survio.com/survey/d/ X2S4V7L6D8L5G6R5W

RESULTAAT

RESPONDENT

If you educate aquaponics, how does it happen? As practical as possible. A quick lesson on theory, then a hands on interactive session, then a building component if necessary and questions throughout. What type of aquaponic system do you recommend to give classes in school when there are some school holidays? And why? Use tilapia for the fish. Or gold fish. They can go for 3-4 months without eating and are tolerant of nutrient build ups. But you will still need someone to check the system in case of issues. Which parameter do you think that are the most important to bring forward out of the monitoring for the students? pH, temperature, ammonia, nitrite and nitrate are excellent for demonstrating the nitrogen cycle. Logging these during cycling and graphing the changes on excel is really enlightening for students and show the development of the bacterial colonies. Which features are the most important for the system to give a good education? 1. Quickly and efficiently be stored at holidays 2. Clear and transparant 3. Compact 4. Safe 5. A visual monitor system with tasks/errors/ statistics

Tim Day Aquaponics Teacher Melbourne, Australia

BESLUIT

Uit het gesprek met Tim Day en enkele andere aquaponics-leerkrachten, blijkt dat: elk lesverloop min of meer hetzelfde verloopt, dat de metingen overeen komen en dat het probleem met de opstelling het grootst is. Daarom is het wenselijk om een modern gestandaardiseerd lessenpakket in het product te integreren. Tim Day benadrukt ook dat goudvis een uitstekende keuze is om binnen een schoolse omgeving te gebruiken.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

3.4 KWALITATIEF DIEPTE INTERVIEW 2 AANZET

Het tweede diepte interview werd gemaakt vanwege een voorstel dat me werd gedaan. Dieter Anseeuw en zijn collega Annelies Flamang blazen heel wat leven in het thema ‘educatieve aquaponics voor Vlaanderen’. Ze stelden me voor, na voorgaande interview en gesprekken, om hier aan deel te nemen. Dit om op het genomineerde werk van één

van hun studenten, Melodie Casier, verder te bouwen. Haar werk getiteld ‘Aquaponics in de klas’, beschrijft het topic dat ik wil behandelen. Hoe aquaponics integreren in een middelbare klasomgeving. Melodie beschrijft dit als een systeem op basis van recuperatiemateriaal; waar ik het eerder over een geïntegreerd, compact systeem heb.

RESPONDENT Dieter Anseeuw, docent op de hogeschool Vives in Roeselare, heeft op het vlak van agroen biocultuur enorm veel kennis. Voordien deed hij onderzoek voor ILVO & INBO en assisteerde hij lessen op de KULeuven Campus in Kortrijk. Vandaag de dag zet hij zichzelf ook in voor vele projecten die aquaponics in Vlaanderen meer educatief onderbouwen.

CONCLUSIES

Leeftijd doelgroep is 15-16 jaar, maar kan ook in ander jaren in gebruik worden genomen. Dit hangt af van welk vak er gegeven wordt. De omgeving bestaat uit standaard middelbare school leslokalen. In een leslokaal heeft het systeem nood aan artificiële bijverlichting.

Het systeem moet verplaatsbaar zijn en opbergbaar tijdens vakantieperioden. De klusjesman moet het systeem kunnen herstellen. Het systeem moet zeer autonoom kunnen werken. Een school wil niet investeren in iets wat problemen oplevert.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

De werking moet volledig transparant en duidelijk zijn. Het systeem mag maar een beperkte massa en afmetingen hebben. Spatvrij zijn wanneer er schokbewegingen veroorzaakt worden tijdens het verplaatsen. Als er geen lichtwering voor de vistank is, treedt er algenvorming op.

4.SYNTHESE 4.1 PRODUCT IDEE MIDDELBAAR ONDERWIJS

15-16 JARIGE STUDENTEN

SCHOOL

PRODUCT IDEE

ICT-TOEPASSING

CURSUSSEN

PRODUCT IDEE Een educatief aquaponic-systeem ontwikkelen dat middelbare scholen moet bijstaan in de educatie rond aquaponics.

in disciplines van de chemie, fysica, biologie en milieukunde uit het tweede jaar van de tweede graad.

Het zal dienen als onderwijs en research tool dat interactief in gebruik zal worden genomen door 15-16 jarige studenten.

De aard van het onderwerp biedt de mogelijkheid tot het integreren van online- en ICT-toepassingen in de klas.

Het aquaponic-systeem kan in algemene en geavanceerde cursussen geïntegreerd worden

Fig.21 Product idee.

PRODUCT IDEE ACHTERGROND Hoewel er nog veel onderzoek nodig is om ‘aquaponics’ algemener toe te passen, sluiten de basisconcepten van deze teelttechniek naadloos aan bij een nieuw ecologisch bewustzijn, waarbij duurzame ontwikkeling centraal staat. Het behoort tot de pedagogische opdracht van het onderwijs om rond deze thema’s met jongeren te werken. Dit onderwerp zal in het bijzonder jongeren aanspreken met interesse voor ecologie, wetenschappen en landbouw. Zo vergroot het draagvlak voor deze teeltmethode en algemener voor duurzame landbouwmethode.

Na toetsing van de leerplannen en het onderzoek naar integratie van aquaponics in het lessenpakket biologie en natuurwetenschappen, blijkt dat dit succesvol kan geïntegreerd worden in: aso: alle richtingen tso: richting Biotechnische weten schappen, Techniek-wetenschappen, Plant-, Dier- en Milieutechnieken, Toerisme bso: Plant, dier en milieu.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

4.2 DESIGN DRIVERS // AANVAARDBAAR BINNEN SCHOOLBUDGET // MOBIEL, OPBERGBAAR // EENVOUDIG HERSTELBAAR

// EENVOUDIGE MONITORING

// AANGEPAST AAN EEN KLASOMGEVING

// EDUCATIEF VOOR 15-16 JARIGEN

// VEILIG IN GEBRUIK & VAKANTIEPERIODE

// VERSCHIL IN TECHNIEKEN NAAR VOOR BRENGEN // ZO AUTONOOM MOGELIJK // ZONWERING TEGEN ALGVORMING

// VOORZIE ARTIFICIﾃ記E VERLICHTING

// TRANSPARANTE WERKING

4.3 SMART AQUAPONICS

Met smart aquaponics bedoelen we dat het systeem een bepaalde intelligentie heeft. Deze intelligentie moet de gebruiker van de nodige informatie voorzien. We gaan er van uit dat de gebruiker weinig tot geen ervaring heeft met het kweken van planten of het houden van vissen. Het systeem zal daarom moeten kunnen bijstaan in het gebruik met leerkrachten of studenten zonder al te veel ervaring. Zo zal het systeem op een duidelijke manier de beginnende gebruiker op de hoogte brengen van belangrijke informatie omtrent het gebruik.

4.3.1 MICRO-MANAGING

SYSTEEM

Hiermee bedoelen we het controlesysteem dat ons micro aquaponics-systeem zal monitoren. We laten enkele sensoren los op de verschillende delen

van de cyclus. Zodat we een klein overzicht van de belangrijkste informatie krijgen en dat actuators of de gebruikers de nodige bijsturing kunnen maken. De sensoren worden ook gebruikt om een bron van informatie te creﾃｫren. We slaan de informatie simpelweg op in een logbestand, waar we nadien terug beroep op kunnen maken. Belangrijker noch is de manier waarop deze informatie worden gevisualiseerd naar de gebruiker. Wat verder wordt besproken in het hoofdstuk 4.3.2 Social gardening (p. 40).

Het monitoren kan goedkoop verwezenlijkt worden door het implementeren van bv. een arduino. Dit is een programmeerbare chip welke liefst op een opensource draait, op die manier kunnen scholen

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

aanpassingen maken moest dit gewenst zijn. De chip is voorzien van de nodige sensoren welke een input genereren voor de bijhorende actoren. Dit zijn onderanderen: de pomp, beluchtingspomp en misschien een extra verwarming of voeder. Hiernaast heeft de chip nog een output naar een extern protocol voor het opslagen of het uploaden van gegevens.

SENSOREN

Het volgende wordt met sensors gemeten: • • • • • • •

pomp vermogen groeibed waterlevel vistank waterlevel groeibed drainage lekken temperatuur lichtintesiteit

SCHEMA

SENSOREN

VERWERKING

ACTOREN

waterloop

vijverpomp

tanklevel

zuurstofpomp microprocessor

waterkwaliteit

art. verlichting

O²-oplossing

verwarming

wireless router

internet

Fig.22 Smart aquaponics schema.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

4.3.2 SOCIAL GARDENING

Door het micromangement uit te breiden met een ICT-ondersteuning is het mogelijk om iets nuttigs te gaan doen met de verworven gegevens. Een digitalisering van de gegevens zorgt voor een zinvolle output zoals: een sociaal platform, visualisatie, real-time data en grafieken. Deze zaken zijn ideaal voor het opstarten van een sociaal systeem waarbij we het internet betrekken.

INTERNET PLATFORM

Het opstarten van een online platform brengt tal van voordelen met zich mee. Zo spreken we van een micro, internet geconnecteerd aquaponicssysteem, waar data over het internet verstuurd wordt. We kunnen systemen van verschillende scholen met elkaar laten communiceren. Zo kunnen data, experimenten of foto’s met elkaar gedeeld worden. Op deze manier kunnen gebruikers elkaar verder helpen en kunnen studenten van elkaar iets leren.

TUINVISUALISATIE

Het platform krijgt van elk systeem een continue livestream van gegevens. Zo kan er een duidelijk live schema van het systeem in bedrijf in kaart worden gebracht. Bijvoorbeeld kan er de cyclus van het water perfect in beeld worden gebracht door de exacte positie coördinaten van de sensoren. Studenten krijgen zo een duidelijk beeld hoe het systeem fysisch in zijn werking treedt. Vragen zoals: ‘Hoe werkt de auto-syphon? Hoe werken communiserende vaten? Hoe werkt het systeem stapsgewijs? Welke waterlevels worden er gehanteerd? Wat is de cyclustijd?’ worden hier mee verduidelijkt. Wanneer er een probleem moest optreden is het eveneens duidelijk waar het zich plaatsvindt.

Fig.23 Social gardening schema.

Bovendoen kunnen leerkrachten snel en eenvoudig het kleine systeem opvolgen. Bij mogelijke problemen krijgt de leerkacht een real-time waarschuwing. Dus mocht er een probleem zijn wordt dit onmiddelijk per e-mail naar de gebruiker verzonden. De gebruiker krijgt deze melding vervolgens op zijn smartphone inbox te zien zodat hij kan ingrijpen.

Fig.24 Tuinvisualisatie.

REAL-TIME DATA

De sensorgegevens worden in een log bijgehouden. Maar studenten moeten ook de mogelijkheid krijgen om zelf gegevens in te kunnen brengen.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

Zo moeten ze na het opmeten van bv.: pH, nitraat of andere waarden de gegevens in het systeem kunnen invoeren d.m.v. een persoonlijk of klassikaal gebruikers acount.

DATA GRAFIEKEN

Tenslotte worden alle real-time gegevens en de persoonlijk bekomen gegevens door practica en metingen verwerkt en gevisualiseerd in grafieken. Zo krijgen de leerlingen een duidelijk overzicht van het verloop van de cyclus. Bv. de wijzigingen van organismen binnen het systeem zoals die van ammonia naar nitriet.

4.3.3 START-UP

Bij aankoop van het systeem ontvangt de school een aquaponics bouwpakket. Een bijhorende video of manual zal de studenten stapsgewijs uitleggen hoe ze het bouwpakket in elkaar moeten steken. Dit mede onder toezicht van de leerkracht die kijkt of alle componenten op de juiste plaats en juiste manier worden gemonteerd. Wanneer de bouwstukken zoals de vistank, het groeibed, de auto-syphon, de vijverpomp en het zuurstofpompje geplaats zijn is het tijd voor het plaatsen van de sensorkit. De sensors worden bevestigd op hun toebehorende bouwstuk en verbonden met de centrale controller. Vervolgens kunnen we het groeimedium (bv. kleikorrels) toevoegen aan het groeibed. Het systeem is klaar om te vullen met water en om bacteriën toe te voegen. Wanneer het juiste waterniveau bereikt is kunnen we kijken of er geen lekken aanwezig zijn en of de componenten correkt met elkaar verbonden zijn. Nu het plug and play systeem in elkaar zit is het klaar om in het stopcontact te steken voor een testrun.

INHOUD

Algemene bouwstenen zoals de vistank en het groeibed, hebben een aansluitbare productie techniek die ervoor moet zorgen dat de bouwstenen modulair, plug n play en kostbesparend zijn. Andere bouwstenen zoals de artificiële groeiverlichting, de auto-syphon, de vijver- of zuurstofpomp en de sensorkit kunnen we beschouwen als standaardcomponenten.

Start-up handleiding

Bestaat uit een geïllustreerd stappenplan om het systeem met de bijgeleverde bouwstenen in elkaar te steken. Het geeft ook aan hoe het uiteindelijk samengestelde pakket in werking wordt gebracht. Maar ook hoe extra additieven zoals: groeimedium, bacteriën, plantjes en vissen worden toegevoegd om de cyclus te vervolledigen. De handleiding zou in een gedrukte vorm bij het bouwpakket geleverd kunnen worden. Maar kan even goed mee in het online platform ingebouwd worden. Deze verduidelijkt met illustraties of een instructiefilm zal een eenvoudige start-up moeten verwezenlijken.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

Leerpakket

Het voordien besproken gedigitaliseerde leerpakket dat draait op een online platform: heeft inhoudelijk een ruim arsenaal aan pratica, een duidelijk instructie/ informatie manual, visualisaties, een log en grafieken. Zo vormt het een volledig uitgebouwd systeem dat overzichtelijk en eenvoudig de gebruiker informeert en met hen communiceert.

Fig.25 Digitaal leerplatform.

Additieven Het systeem is niets zonder bijkomend additieven zoals: groeimedium, bacteriĂŤn, plantjes en vissen. Daarom worden ze bij het pakket meegeleverd en kunnen ze stapsgewijs worden toegevoegd. Om te beginnen kiezen we als groeimedium een proper en lichte materie zoals kleikorrels. Hierdoor blijft de massa van het geleverde pakket beperkt voor het transport. Daarbij zijn kleikorrels een eenvoudig en snelgroeiend groeimedium voor de planten.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

Fig.26 Hydrokorrels.

De bijkomende bacteriën kunnen we compact en droog aan het pakket bijvoegen. Op deze manier kunnen ze bij de start van het systeem worden toegevoegd aan het water en kan er zich binnen de 24 uur een ecologische evenwicht vormen (Ringer, 1999)

Als volgend willen we de gebruiker voorzien van jonge, gezonde plantjes op een compacte en veilige manier. Hiervoor hebben we enkele opties:

Fig.27 Zaai- en stekpluggen.

De eerste optie is het gebruik maken van zaailingen. Zaadjes worden in een gesloten zakje met bijhorende zaaipluggen (soms ook pitpots genoemd) geleverd. In dit geval steken we in elke plug een zaadje één cm diep en zetten we vervolgens elke plug in het groeimedium. Op die manier zal het zaad ontkiemen onder de artificiële verlichting waar het zich voor de komende weken zal volgroeien tot een volwassen plant.

Fig.28 Vijverbacteriën.

Een tweede optie is het bijleveren van stekken. “Een plantendeel zonder wortels, dat van een plant gesneden wordt om een nieuw individu te krijgen.” (encyclo.nl, 2013). Het voordeel hiervan is, dat het plantje zich al verder in het groeistadium bevindt en dat het systeem sneller van start kan gaan. Het nadeel is echter dat stekken tijdens het transport beschadigd kunnen worden of simpelweg de rit niet overleven.

De bijgeleverde plantensoort moet: sterk, eenvoudig en ziektebestendig kunnen groeien. Zo komen we uit bestaande testen te weten dat waterkers, maar ook sla extreem potentiële soorten zijn (Casier, 2013, p. 62). De reden voor het gebruik van een eenvoudige plantensoort heeft alles te maken met de gebruiker van het systeem. Zoals voodien al besproken, wordt het systeem in gebruik genomen door mensen zonder al te veel ervaring met planten. Op deze manier is de kans op falen een stuk kleiner en kan de werking optimaal worden aangetoond. Zo scheppen de goed ontwikkelde wortels een duidelijk beeld, hoe de planten zonder enige hulp van aarde, hun voeding uit het water halen.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

Tenslotte heeft het pakket een aantal kleine vissen nodig. Hierbij besluiten we dat de twee ideale soorten: tilapia en de befaamde goudvis (hst. 2.9 kweeksoort, p. 13) gebruikt kunnen worden. Zij vragen een zeer beperkte zorg en kunnen lange tijd zonder voedsel of licht. Een stevige verpakking en een korte transporttijd is hier een noodzaak.

4.4 SPECIFICATIES OPTIONEEL

Uit het onderzoek en de analyse komen de volgende productspecificaties naar voor. Het zijn deze specificaties die de basis zullen vormen van het systeemontwerp dat hierop volgt.

SYSTEEM

GROEIBED

breedte 0,7-1,40m, diepte 0,4-0,7m, hoogte max. 1,7m

implementatie van NFT, floating raft, eb en vloed

massa maximum 200kg

De industriële standaarddiepte die we moeten gebruiken is minstens 30 cm. Dit laat toe om het breedst aantal variabele planten te kweken en het bed te voorzien van een complete filtratie.

voedingssyteem tijdens vakantieperioden koud water systeem met goudvis of tilapia mogelijkheid om vervangstukken te gebruiken

Zorg voor een controle input/output van het groeibed als tool voor het onderhoud. Zo kunnen auto-sifons en fittingen van het bed gereinigd worden.

zuinige artificiële belichting verrolbaar backup batterij voor stroomuitval gebruik van transparant materiaal om een zichtbare werking te hebben online en ICT-toepassing

GROEIBED EN VISTANK Plaats een groeibed in verhouding 1:1 tot het volume van de vistank. Als het systeem na opstarttijd (4-6 weken) in balans is gebracht kan deze verhouding gewijzigd worden naar 2:1. Een sterk frame is nodig om zijwaartse en neerwaartse krachten van het medium, water en plantwortels tegen te houden.

VISTANK Volume 30-100l. Dit volume is niet van toepassing op consumptievis van l=30cm, maar op siervissen zoals goudvissen of guppy’s.

POMP De pomp(en) die gebruikt worden, moeten in staat zijn het watervolume minimum binnen één uur gecirculeerd te krijgen. Hierbij moet rekening gehouden worden met de hoogte van het groeibed.

ICT-TOEPASSING

Het groeibed en de vistank moeten gemaakt zijn uit een voedsel-veilig materiaal.

staat in verbinding met het aquaponicssysteem

Ze moeten spatvrij zijn tijdens verplaatsing.

verwerkt sensor en input gegevens

Er moet een lichtwering voorzien worden tegen algvorming.

staat in verbinding met het internet bevat een digitaal leerplatform met practica’s en leerinhoud maakt gebruik van een programmeerbare chip, bv. arduino

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

5.SYSTEEMONTWERP Het systeemontwerp bevat de verdere uitwerking van de uit het onderzoek bekomen specificaties voor het product. Het doel is om de productidee verder uit te werken tot op een al dan niet concreet systeemniveau.

5.1 IDEATION

Na de omschrijving van de productdefinitie en -specificaties volgt de ontwerpfase. Een eerste stap is de organisatie van twee sessies waarbij ideationtechnieken werden toegepast binnen een workshopcontext. Op die manier werd het thema verder open getrokken. Bij de eerste workshop werd beroep gedaan op zes 1stemaster studenten. Samen met hen werd er gëexploreerd rond het thema ‘educatieve aquaponics’. Dit gebeurde aan de hand van enkele ideationtools zoals mindmaps, brainwalking en quickdesigns. Tijdens de tweede workshop werd beroep gedaan op enkele studiegenoten uit eigen jaar. Hierbij lag vooral de focus op het maken van quickdesigns. Deze sessies werd als een grote luxe ervaren: ze zorgden niet alleen voor tal van potentiële conceptideeën, maar ook voor een duidelijk overzicht van alle deelfacetten van en rond het kweeksysteem. Fig.29 Workshop ideation.

LOCATIES

TRANSPARANTIE

SOCIAL GARDENING

OPBERGEN

TOI’S

VISSEN EINDE SEIZOEN

BOUWPAKKET

LESPAKKET

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

5.2 FUNCTIE-ANALYSE

Het product zal voornamelijk aan vier hoofdfuncties moeten voldoen. Daarnaast brengt de Eduponics een ongelimiteerde lijst van nevenfuncties en bijkomende voordelen met zich mee.

FUN

Het ‘fun-aspect’ is heel belangrijk. Als de studenten er geen plezier in beleven zullen de hierop volgende functies ook niet vervuld worden. Om dit te verzekeren moet het product de studenten steeds blijven verrassen. Daarom bieden we bijvoorbeeld het product aan als bouwpakket en hoort er nadien ook een informatieve verhaallijn bij. Kennisopbouw, samenwerken, plezier hebben in het kweken van eigen producten en het in contact brengen van jongeren met de natuur zijn belangrijke functies. Vooral voor stadskinderen, die deze mogelijkheden vaak niet hebben, is dit erg interessant. In tijden van groei zal de interactie tussen het product en de jongere eerder beperkt zijn, maar in tijden van zaai, stek of bloei zal deze interactie langer en intensiever zijn.

ONDERWIJSINNOVATIE

Het product brengt vernieuwde educatie rond duurzame ontwikkeling op de Vlaamse schoolbanken. Scholen hebben een grote invloed op de sociale ontwikkeling van hun leerlingen: waarden, normen en gewoonten worden vroegtijdig bijgebracht en zijn zeer effectief voor de ontwikkeling van de student. Aquaponics wordt daarom van bij het begin van de ontwikkeling als pedagogisch hulpmiddel binnen de schoolomgeving aangereikt.

JEUGD EDUCEREN OVER ECOSYSTEMEN

dat vele abiotische factoren hun invloed zullen hebben op de organismen. Voorbeelden hiervan zijn bodemgesteldheid, temperatuur, klimaat, zuurstofgehalte, licht en stroming. Het moet de student duidelijk worden dat samenlevingsvormen zoals deze het best functioneren als al deze factoren in evenwicht zijn.

JEUGD IN CONTACT BRENGEN MET VOEDSELBRON

De huidige jeugd staat alsmaar minder stil bij de herkomst van hun dagelijkse geconsumeerde voedsel. Kennis over duurzaam en gezond voedsel gaat veelal verloren door een groeiende afstand tussen landbouw en burger (Tacken, 2014). Eduponics is één van de initiatieven die deze verbinding kan herstellen. Het product zal de nieuwe generatie vertrouwd maken met de herkomst van hun voedsel door het kweken van vegetatie en vis.

AANZET TOT AUTONOME VOEDSELPRODUCTIE

We geven de trend ‘stadslandbouw’ - ook wel ‘urban farming’ genoemd - een boost door duurzaam bewustzijn hip aan te brengen. De Eduponics is een duidelijk voorbeeld van hoe een basis aquaponics systeem in elkaar zit. Binnen de leerapplicatie wordt nadien verder aangetoond dat dergelijke systemen eenvoudig home-made in elkaar kunnen worden gepuzzeld. Aan de hand van deze informatie en ervaring zal de student getriggerd worden om zelf groenten, fruit en vis te gaan kweken.

De tweezijdige cyclus tussen waterdieren en vegetatie geeft een duidelijk zicht op hoe organismen elkaar beïnvloeden binnen hun milieu. Tijdens de ingebruikname zullen vele biotische factoren zichtbaar worden. Voorbeelden hiervan zijn ziektewekkers en diverse planten vissoorten. Verder zal ook duidelijk worden

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

5.3 INTERACTIESCHEMA

Om de entiteiten met hun bijhorende interacties van het product duidelijk in kaart te brengen is het nodig om een interactieschema op te stellen. Het schema is opgedeeld in vijf grote entiteiten: het plantje, de vis, de gebruiker, de computer en de onderneming Eduponics. Al deze entiteiten staan met elkaar in verbinding en interageren met elkaar. De wijze waarop deze met elkaar interageren hangt af van de entiteiten. Zoals eerder gezegd bestaat het product uit een fysisch en een virtueel gedeelte. We nemen daarom het voorbeeld van de interactie tussen mens en plant. Dit is duidelijk een fysische of tactiele interactie. Een ander groot deel van de interacties bevindt zich op virtueel vlak. In dit geval spreken we niet van een fysische handeling, maar van een data-overdracht tussen de entiteiten.

TACTIELE INTERACTIE DATA-OVERDRACHT

ENTITEITEN De plant

Hiermee bedoelen we de plant met zijn bijhorende kweekbed.

De vis

Ook hier bedoelen we de vis inclusief zijn gehele kweektank.

De gebruiker

Met de gebruiker bedoelen we niet alleen de student, maar ook de lesgever. Beiden hebben een andere interactie met het fysisch en virtueel gedeelte van het product. De 15-16 jarige student staat centraal en in rechtstreeks contact met zowel de entiteit van de plant en de vis als met die van de virtuele applicatie.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

De computer met Eduponics applicatie

De computerapplicatie welke draait op een tablet of vaste computer brengt de eindgebruikers in contact met de virtuele tuin. De virtuele tuin zal met alle andere entiteiten communiceren en interageren.

Onderneming Eduponics

Buiten de gebruiker zal ook de onderneming de systemen kunnen opvolgen. Zo kunnen ze het succesverhaal vastleggen en deze gebruiken binnen hun marketingcampagne. Maar kunnen ze ook problemen detecteren en hierop repliceren.

5.3.1 INTERACTIE ZONDER MEDIUM Data-overdracht

Zoals eerder besproken bevat het systeem een bepaalde intelligentie (zie hst. 4.3 Smart aquaponics, p. 38). Binnen het micro-management, het controlesysteem dat ons micro aquaponics-systeem zal monitoren, wordt data afkomstig van sensoren doorgegeven aan de virtuele tuin. Op deze manier kunnen de gebruikers of actoren van het systeem reageren op de binnenkomende data (Fig.22 Smart aquaponics schema). Dit is van belang omdat zowel planten als vissen verschillende noden hebben inzake temperatuur, licht, groeitijden en zuurstof.

maken werken met een radiofrequentie in de 2,4 GHz of 50 GHz-band en heeft een maximaal bereik van 30 meter. Dit komt overeen met de klasomgeving waar het zich in zal bevinden. De bandbreedte van WiFi geeft het protocol als voordeel de belangrijkste toegangsmethode tot draadloos internet te zijn (Mitchel, 2014). Een relatief goedkope WiFi ethernet module (+/- â&#x201A;Ź 3) zorgt voor de draadloze verbinding met het internet. Hij doet dit door verbinding te maken met een nabijgelegen draadloze router. De WiFi-module zal nadien de student of lesgever toegang verschaffen tot het product via het internet of op rechtstreekse basis via het protocol (ENC28J60, 2014).

Draadloos/automatisch

Er zijn verschillende mogelijkheden om de overdracht tussen de sensoren en het virtueel gedeelte van het product te verwezenlijken. Zo is er een lange lijst van welgekende protocollen zoals bijvoorbeeld WPAN, Zigbee, bluetooth 4.0, UWB, IrDa, WLAN en WiFi.

KLAS 1

Voor de werking van de Eduponics wordt geopteerd voor een constante verbinding. Op deze manier wordt door de continuĂŤ data-overdracht het verloop van het systeem mooi weergegeven. Voordelen: - De virtuele tuin is steeds up-to-date - De gegevens zijn te raadplegen via het internet - De verbinding komt eenvoudig en zonder bijkomende stappen tot stand - Het systeem houdt de lesgever op de hoogte van belangrijke allerts. Hij krijgt rechtstreeks een bericht op zijn smartphone of netbook. Nadeel: - Stijgende kostprijs

WiFi

Dit is het protocol dat we zullen gebruiken om de zo juist vermelde eigenschappen te verwezenlijken. WiFi werkt volgens de internationale standaard IEEE 802.11. Producten die hiervan gebruik

KLAS 2

KLAS 3

GANG Fig.30 WiFi-netwerk met Eduponics.

5.3.2 INTERACTIE MENS - PLANT/VIS

Het onderhouden en in gebruik nemen van het fysisch product, gebeurt door de gebruiker op een tactiele wijze. De interacties hebben een brede invalhoek omdat ze te maken hebben twee zeer verschillende entiteiten. Vis en planten welke op hun beurt dan weer verschillende stadia doorlopen. Motorische competenties zoals zaaien, stekken, oogsten, controleren op ziekten of het detecteren van problemen van de zelfkweek, omvat de interacties tussen mens en plant. Enkele mens-plant interacties worden gemaakt via de virtuele tuin. Het micro-management laat toe om bepaalde actoren, zoals de groeiverlichting of pomp, in te stellen. Zo kan de student bepalen op welk tijdstip er water door het systeem vloeit,

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

wanneer de LED-verlichting zal branden, of op welk vermogen deze twee zouden functioneren.

5.3.3 HUMAN-COMPUTER- INTERACTION

Tactiele handelingen tussen mens-vis hebben een geheel andere vorm. Van dieren kunnen we zeggen dat ze ogenschijnlijk onafhankelijker zijn van het milieu waarin ze leven dan planten. De aanpassing aan temperatuurverschillen is daarvan een goed voorbeeld. Het grootste verschil is echter dat dieren hun energie niet halen uit fotosynthese. De vis moet dus de gehele kweek manueel gevoed worden door de gebruiker zelf. Dit wordt ondersteund door de virtuele tuin, maar de eindverantwoordelijke blijft de gebruiker zelf.

Virtuele tuin

Tenslotte zal de gebruiker naast het voeden ook wekelijks moeten toezien of de leefomgeving van de vis optimaal is. Dit gebeurt aan de hand van testen waarbij bijvoorbeeld staaltjes genomen worden van de conditie van het water.

De al uitvoerig besproken leerapplicatie (zie hst. 4.3.2 Social gardening, p. 40) centraliseert alle entiteiten. De app dient als draaischijf voor allerhande informatie en als bijhorende ondersteuning van het product. De software kan gedownload worden op een ruime reeks devices en kan website-gewijs geraadpleegd worden via het internet. Verder in dit hoofdstuk wordt een volledig systeemontwerp van de applicatie weergegeven.

WORKSHOP: MINDMAP 27 JAN. TACTIEL

Handleiding Coördinatie onderhoud

Om deze belangrijkste fysieke handelingen aantrekkelijk te maken, wordt er verwacht dat het product er esthetisch aantrekkelijk uitziet. Zo wordt er een impressie van gebruiksvriendelijkheid gegeven.

Studenten opdelen in groepen Competitie opstarten Systeem en logboeken controleren via smartaquaponics LEERKRACHT

Logboek bijhouden foto’s & verslagen op smart aquaponics

Vis voederen Vis disecteren

INTERACTIE MET PRODUCT

Vis ergens tegen inruilen Kiemen/stekken Klein meeneem prototype bouwen om samen met het logboek mee naar huis te nemen. Zo wordt vis- en plantmateriaal van het systeem verwijderd en op het einde verdeeld.

Studieniveau instellen Lesgeven adhv de bijgeleverde lessen

Proeven afleggen Practica’s maken

HUMAN-COMPUTER

Opvoeden/informeren over duurzame voeding en oorsprong ervan

Klanten feedback STUDENT ONDERNEMING

Kwaliteits controle via smart aquaponics Gëintegreerde Facebook App Prijzen voor scholen: -- bezoek aquaponics industrie -- schoolstand op beurs

Chemische stalen opnemen met testkitje Lichtspectrum instellen met LED-armatuur

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

5.4 TE ONTWIKKELEN ITEMS HOOFD TOI’s //BEHUIZING MET GROEIBED Deze moet alles bij elkaar houden. We kunnen het frame en/of de vistank mee integreren.

//FRAME Deze moet de stevigheid van de constructie garanderen en kan los of mee in de behuizing worden verwerkt.

//IRRIGATIESYSTEEM Eén of meerdere soorten systemen integreren om het groeibed te irrigeren.

//VISTANK Kan geïntegreerd worden in de behuizing of als los element gekoppeld zijn aan het systeem.

//DIGITAAL PLATFORM Positionering van de TOI.

TOI’s //KWEEK-ARMATUUR Een aangepast armatuur met een duurzaam gestandaardiseerde groeilamp. //SENSOR-KIT Samenstelling en integratie van de juiste elektronische sensoren. //BOUWKIT Een belangrijke factor is dat het goed transporteerbaar is en door studenten kan worden opgezet.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

5.5 PRODUCTCONFIGURATIE

De belangrijkste te ontwikkelen items hebben allemaal een modulaire eigenschap. Deze zorgt ervoor dat van deze items een ruim aantal configuraties gevormd kunnen worden. Zowel het groeibed, het frame, het irrigatiesysteem en de vistank worden op verschillende manieren ten opzichte van elkaar geplaatst.

‘Eb en vloed’ systeem

Om te beginnen wordt er gebruik gemaakt van het belangrijkste irrigatiesysteem: ‘eb en vloed’ (zie hst. 2.13.1 ‘eb en vloed’ systeem p. 19). Hierbij worden kleikorrels of argrex gebruikt als groeimedium. Door gebruik te maken van deze techniek wordt het meeste voordeel gehaald wat betreft kennis over teelttechniek, opbouw en gewichtsbesparing. ‘EB EN VLOED’ SYSTEEM

EXTRA

Fig.31 Overzicht configuraties: ‘eb en vloed’.

Watercultuur systeem

Het verschil tussen het ‘eb en vloed’ en het watercultuur systeem heeft te maken met het groeimedium en de manier waarop de irrigatie verloopt. We maken hier geen gebruik meer van een groeimedium, maar de planten groeien rechtstreeks met hun wortels in het water. Het water dat op constante basis vanuit de vistank naar het kweekbed wordt gepompt, vloeit op zijn beurt weer over naar de vistank (Westwood, 2009). Dit systeem heeft echter enkele nadelen ten opzichte van het ‘eb en vloed’ systeem: het water uit het kweekbed zal sneller verdampen en het kweekbed zal opmerkelijk meer wegen. WATERCULTUUR SYSTEEM

EXTRA

Fig.32 Overzicht configuraties: watercultuur.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

N.F.T. systeem

De afkorting N.F.T., Nutrient Film Techniek, staat voor een irrigatiesysteem dat al eerder werd gezien tijdens een observatie in het KATHO te Roeselare. De systemen hebben een constante stroom van voedende oplossing lopend door kanalen. De wortels van de plantjes die in de wand van de buis zitten nemen de voeding op uit deze oplossingsstroom. Een groot nadeel van de N.F.T. systemen is dat ze zeer vatbaar zijn voor stroomuitvallen en pompmislukkingen. De wortels drogen zeer snel uit wanneer de stroom van de voedende oplossing wordt onderbroken. De voordelen van het systeem zijn dan weer dat ze geen gebruik maken van een substraat en dat hier dus geen rekening mee gehouden moet worden. Naast dit feit is het systeem zeer eenvoudig op te schalen of uit te breiden (Lennard, 2010, p. 16-19). NFT SYSTEEM

Fig.33 Overzicht configuraties: N.F.T..

COMBINATIE SYSTEEM

VOORKEUR

EXTRA

Fig.34 Overzicht configuraties: combinaties.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

BESLUIT

Nu we de voor- en nadelen van elke configuratie op een rijtje hebben gezet kunnen we concluderen dat het gebruik van het ‘eb en vloed’ systeem het meeste voordeel biedt. Daarom wordt besloten om enkel dit irrigatiesysteem te integreren binnen het product.

Op die manier worden mogelijke negatieve eigenschappen en mislukkingen vermeden en wordt het product gebruiksvriendelijker. Uit de workshops is gebleken dat gecreëerde concepten rekeninghoudend met de specs, automatischerwijs toeleunen bij een bouwpakket dat op tafel opgesteld kan worden.

tafelmodel

systeem voorstel 1

systeem voorstel 2 MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

5.6 SYSTEEMVOORSTEL 1

Het eerste voorstel is, net zoals het tweede, gebaseerd op een vooraf vastgelegde ontwerpstrategie. De basis hiervan wordt teruggevonden in de productietechniek: het vacumeren van kunststof. De keuze voor deze techniek heeft hoofdzakelijk economische redenen. De thermovormingstechniek heeft buiten zijn beperkingen op het vlak van gecompliceerde 3D-vormen en zijn beperking in oplage, tal van voordelen voor ons type product.

We houden ons niet bezig met massaproductie en ontwerpen van bij de start voor een middelgrote, specifieke niche. Daarnaast is het mogelijk om lokaal met een relatief korte ‘time to market’ en een lage investeringskost van start te gaan. Na het maken van een fysiek ontwerp kan men dit gaan vertalen in een prototype waarvan de matrijskosten een stuk lager zijn dan die van bijvoorbeeld de ‘spuitgiettechniek’.

kweekverlichting

vistank

kweekbed

SUMP-tank

Fig.35 Systeemvoorstel 1: presentatie.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

Breadboarding

De body van het model wordt gevormd door drie basis modules, twee L-vormen en een centraal koppelgedeelte. Het koppelgedeelte heeft als functie het viscompartiment afscheiden van datgene van de planten en omgekeerd. Hiernaast is het de ruggengraat van het model en bevat het alle aansturingen van de te ontwikkelen items.

De dimensies van het bouwpakket zijn zo gekozen dat het geplaatst kan worden op een tafel, kast of schap. Zoals in de figuur aangegeven bedraagt de hoogte van het model 300, de breedte 700 en de diepte 400 mm. Als we verder kijken vinden we terug dat het 5de percentiel van 14-jarigen een reikdiepte heeft van 617. Hierdoor is de diepte overbrugbaar.

700

300

zone P5 928 14J P95 1490 15J

Wanneer we dit punt met hoogte 1050 tussen de gevonden percentielen van P5 928 (14j) en P95 1490 (15j) plaatsen dan valt deze mooi binnen de voorziene zone. Hierdoor heeft de gebruiker het nodige comfort dat hij nodig heeft om te werken met het product (Dinbelg.be, 2014).

Fig.36 Systeemvoorstel 1: breadboard.

750

Voor de hoogte van het product is het voornamelijk van belang dat we kijken naar de ergonomische werkzone waar we ons in bevinden. Deze kunnen we terugvinden tussen het 5de ellebooghoogte percentiel van een 14-jarige en het 95ste schouderhoogte percentiel van een 15-jarige (gemengd). De hoogte van het werkvlak van het product is de hoogte van een tafel opgeteld met die van het product zelf. Het is dit punt en het gedeelte erboven waar we interageren met het product.

003

400

Fig.37 Systeemvoorstel 1: Ergonomische werkhoogte.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

Opbouw

De door vacu端mtechniek gerealiseerde behuizingen kunnen als bouwpakket, plug and play ge誰nstalleerd worden. Basiscomponenten zoals de vistank, het kweekbed of het centraal gedeelte bestaan uit UV-gestabiliseerde Polypropyleen (PP). Een materiaal dat slagvast en sterk is zodat de body, mits een verstandig vac端umdesign, een stevige structuur vormt. Hiernaast is PP bestendig tegen bacteriegroei, het is waterafstotend en het heeft anti-hechtingseigenschappen (Wsvkunststoffen. nl, 2014). Op deze manier zijn de volumes 100% waterdicht en kunnen ze gemakkelijk gereinigd worden. Omdat we aan een product werken dat als ecologisch voorbeeld zal dienen, moet ook

vermeld worden dat PP goed te hergebruiken is als grondstof. PP is namelijk een oliehoudend materiaal dat uitstekend te recycleren is. Verder wordt zowel de vistank als de SUMP-tank voorzien van een kijkgat uit glas of plexy. Zo wordt het waterleven beleefd en ervaren als iets esthetisch aantrekkelijk en worden problemen binnen de reservoirs onmiddelijk gedetecteerd. Een conclusie die we over de onderstaande illustratie nu al kunnen maken, is dat er een toename aan inkijk verwezenlijkt mag worden. Dit kan gebeuren door in de vrije wanden extra ramen bij te plaatsen.

kweekbed

vistank

centraal gedeelte kijkraam Fig.38 Systeemvoorstel 1: exploded view.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

Plug-and-play

EĂŠn van de specificaties die we voorop stelden was dat de studenten het zelf in elkaar moeten steken: een bouwpakket waar stukken steeds vervangen, gereinigd of opgeborgen kunnen worden. Dit bereiken we het liefst zonder bouwfrustraties of onnodige complicaties. We proberen er dan ook alles aan te doen om het systeem zo plug-and-play mogelijk te maken. Dit wil ook zeggen dat we zo weinig mogelijk gebruik maken van bijkomende verbindingsattributen. Fig.39 Systeemvoorstel 1: plug-and-play.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

Opbergen

Het voordeel aan de L-vormige geometrie en hun hellingsgraad van 4° is dat ze mooi in elkaar passen. Op die manier besparen we aanzienlijk aan transportkosten en worden de stukken veilig en compact verzonden.

350

520

Fig.40 Systeemvoorstel 1: bouwpakket.

Controle dieptrekverhouding

Om te weten te komen of we de L-vormige geometrie kunnen vacumeren is het nodig om de dieptrekverhouding van het onderdeel te weten te komen. Deze wordt bekomen door de diepte van het stuk te delen door de kortste breedte van de opening. Dit is een kritisch punt dat bij vacumeren moet worden nagekeken. diepte 300 draw ratio = = = 1,67 kortste zijde opening 180

Bij een mannelijke mal houden we bij het vacumeren rekening met de w≥h verhouding 1≥1. Bij de diepste en smalste afstand ligt dit bij ons op 180≥300. We zouden dit kunnen realiseren door middel van een ander type vacumeertechniek toe te passen, zoals plug-assist vacuümvormen. Hier worden resultaten van om en bij de 1≥4 behaald. Aangezien we de kwaliteit van de materiaalstructuur en van de wanddikte willen garanderen blijven we echter vasthouden aan de de 1≥1 verhouding (The Ubiquitous Draw Ratio, 2005).

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

180 300

Fig.41 Systeemvoorstel 1: draw ratio.

5.7 SYSTEEMVOORSTEL 2

Het tweede systeemvoorstel is voortgekomen uit het eerste. Het neemt daarom bijna alle tot nu toe uitgewerkte entiteiten op systeemniveau over. De bevinding over een onjuiste dieptrek-verhouding bij het eerste model, doet ons een stap terug zetten tot aan de productconfiguatie (zie hst. 5.5 Productconfiguratie, p. 51).

de vistank te positioneren, zetten we deze nu boven op de vistank. De SUMP wordt er op zijn beurt ondergeplaatst. Dit geeft als voordeel dat de verhouding diepte/openingszijde in ruime zin verkleint zodat de stukken deze keer wel gevacumeerd kunnen worden. Daarnaast hebben we ook het voordeel dat de hoeveelheid vegetatieoppervlakte verdubbelt.

Het is hier dat we een andere configuratie kiezen om het probleem in verband met het vacumeren op te lossen. In plaats van het kweekbed naast kweekverlichting

display/electronica

kweekbed

vistank

Fig.42 Systeemvoorstel 2: presentatie.

SUMP-tank

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

Vroegtijdige controle op dieptrekverhouding Om niet twee keer dezelfde fout te maken, gaan we deze keer van bij het begin na of het meest kritische punt gevacummeerd kan worden. We onderzoeken hierbij de het stuk met de grootste verhouding en dat is de vistank. diepte 210 draw ratio = = = 0,58 kortste zijde opening 360

Bij een mannelijke mal houden we bij het vacumeren rekening met de w≥h verhouding 1≥1. Bij de diepste en smalste afstand ligt dit bij ons op 360≥210. Dit wil zeggen dat het product kan verwezenlijkt worden aan de hand van de standaard vacuümtechniek (The Ubiquitous Draw Ratio, 2005).

360

210

Fig.43 Systeemvoorstel 2: draw ratio.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

5.8 HOOFD-ASSEMBLY

Om het systeem uit te leggen starten we met het blootleggen van de gehele productstructuur. Zoals je kan zien bevat het tweede systeem, net zoals het eerste, haast enkel ‘plug and play’ verbindingen.

De bodies zoals het kweekbed (4), de kweekbed case (6), de vistank (7) en de SUMP (10) fitten rechtstreeks in elkaar. De wanden hebben stuk voor stuk een hellingshoek van 5°. Deze zorgt ervoor dat de stukken tijdens het produceren lossen van de mal. Daarnaast zorgt de hellingshoek er ook voor dat de spanning op de wanden geleidelijk wordt opgevangen door de aanliggende body. Zo garandeert de structuur dat de massa van het groeimedium of het water uit de vistank wordt opgevangen. Nr.

Stuknaam

# Stuks

sub-assembly kweekarmatuur

sub-assembly auto-sifon

sub-assembly watervoorziening

sub-assembly display/electr.

kweekbed

kweekbed case

vistank

kabelgoot

tankrubber

SUMP

voetje

3 4 6

Tabel 1 Stuklijst hoofd-assembly.

De vier assemblies zullen van bij de start deels geassembleerd zijn zodat ze met enkele tankkoppelingen gepositioneerd kunnen worden in één van de bodies. Bij een defect van één van deze onderdelen kan men ze zelf snel en efficiënt vervangen.

11 10

Fig.44 Hoofd-assembly.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

400

110 600 Fig.45 Metrische projectie product.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

460

180

660

PRODUCT AFMETINGEN

SECTION A-A

5.9 IRRIGATIESYSTEEM

Het irrigatiesysteem wordt beschouwd als het hart van de Eduponics. Zonder pomp of auto-siphon zal het geheel niet werken. De plantwortels zullen droog komen te staan en de vissen zullen geen proper water meer krijgen.

Het soort irrigatiesysteem dat we gebruiken is een CHOP-systeem (constant height one B pump). Zoals reeds gezegd wordt bij dit systeem een extra bezinktank, of in het Engels “SUMP-tank”, toegevoegd. Het water van de vistank loopt door gravitatie verder door naar Fase1 de SUMP-tank. De bedoeling hiervan is dat bij constante doorstroom van water het waterniveau steeds gelijk blijft (gecontroleerde overflow). Een vlotterpomp in de SUMP zorgt ervoor dat wanneer het water een bepaalde level bereikt, deze wordt doorgepompt naar het groeibed. Wanneer het niveau binnen het kweekbed zijn maximale waarde bereikt, laat deSolidWorks auto-sifon het Student Edition. propere water weer doorlopen naar de vistank. For Academic Use Only. B

MAX

Meer uitleg over het CHOP-systeem en de auto-sifon is raadpleegbaar in hoofdstuk ‘2.11 Auto-sifon’, p. 14 en ‘2.13.2 CHOP systeem’, p.20

Fase1

Om onze cyclus uit te leggen, starten we met de fase waarin het kweekbed tot op zijn maximum gevuld is. Het voedingsrijke water uit de SUMP werd naar boven gepompt tot de hoogte van de standpipe van de sifon. De sifon drijgt hierdoor over te vloeien (zie hst. 2.11 Auto-sifon, p. 14). Let wel op: de hoeveelheid volume water binnen de kweekbak zal aanzienlijk lager zijn dan op de illustratie. Dit omdat de tank in werkelijkheid gevuld is met een poreus groeimedium.

Fase2

A-A Fig.46SECTION Sub-assembly watervoorziening Section A-A - maximale tanklevel.

Fase2

Hier treedt de auto-sifon in actie (zie hst. 2.11 Auto-sifon, p.14). Het volledige volume water uit de tank vloeit door de auto-sifon in de vistank. Het propere water komt nu terecht bij het bezoedelde SECTION water uit de vistank en A-A doet op zijn beurt de overflow van de vistank overlopen. De vuile emulsie loopt hierdoor geleidelijk over in de SUMP.

MASTERTHESIS A

SolidWorks Edition. JeroenStudent Van Dooren For Academic Use Only.

SECTION B-B Fig.47 Sub-assembly auto-sifon Section B-B - auto-sifon stroomt.

Fase3

Om de cyclus te sluiten moet het kweekbed terug gevuld worden. Dit gebeurt door het vijverpompje dat in de SUMP-tank bevestigd zit. De vlotter van het pompje zal aangeven wanneer het waterniveau in de SUMP-tank te hoog wordt. Is dit het geval dan pompt het de SUMP leeg om het kweekbed opnieuw te vullen zodat de gehele cyclus zich herhaalt.

Fase3

A-A Fig.48SECTION Sub-assembly watervoorziening Section A-A - stijgend waterniveau kweekbak.

5.10 IRRIGATIE-DISPLAY

Het irrigatiesysteem vertaalt zich verder in een display op het product. Dit is voor de gebruiker van essentieel belang om het systeem te begrijpen. Op deze manier wordt kennis verworven over hoe de techniek op grote schaal binnen de industrie wordt toegepast. De display is als het ware een â&#x20AC;&#x2DC;eyecatchâ&#x20AC;&#x2122; die inhoudelijk meer over het product vertelt. A

SolidWorks Student Edition. For Academic Use Only. Aan de linkerkant is zichtbaar hoe hoog het waterlevel in het kweekbed is. Op die manier is het duidelijk voor de student met welke frequentie en tijd de wortels gevoed worden.

Fig.49 Irrigatie-display.

In het midden wordt de gehele cyclus weergegeven. Om het simplistisch voor te stellen ben je een druppel water, die als het ware door een ecologische wereld reist. Je wordt in de eerste plaats geboren als een propere druppel. Later word

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

je in de vistank besmeurd met ammonium, nitriet of nitraat waardoor je rijk wordt aan plantenvoeding. Vervolgens word je verder geslingerd tot je in de kweekbak terecht komt. Het is hier waar je kan genieten van een reiniging en waar je voeding wordt afgegeven aan het gewas. Om het verhaal af te maken word je tenslotte meegetrokken door de gravitatie en beland je opnieuw in de vistank.

Het is dit verhaal dat op dezelfde wijze ook wordt ge誰llustreerd op de digitale display. Digitaal in die zin dat hij digitaal wordt aangestuurd. Sensoren geven aan in welke fase het product zich bevindt. Op deze manier weten we wanneer hetzelfde water de pomp passeert en met welke frequentie dit gebeurt. Een lichtgevende contour verspringt elke keer wanneer een fase of stap wordt doorlopen.

POWER SIGN WIFI SIGN

130

lichtstrook

120 Fig.50 Cyclusdisplay schaal 1:1.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

Na toelichting van het irrigatiesysteem is het tijd om de desbetreffende ondersteunende componenten van naderbij te bekijken. Zowel de sub-assemblies van de auto-sifon als die van de watervoorziening worden in dit onderdeel besproken.

sub-assembly watervoorziening sub-assembly auto-sifon

5.11 SUB-ASSEMBLY AUTO-SIFON

De auto-sifon die besproken werd binnen het hoofdstuk ‘2.11 Auto-sifon, p. 14’, wordt hier nog eens volledig uit elkaar getrokken. De aangepaste auto-sifon voor het schaalmodel is volledig opgebouwd uit standaardonderdelen zodat het een goedkope, maar ook efficiënte manier van construeren is. Als basis wordt gestart met de standpipe (A), die een vaste fitting krijgt in de bodem van het kweekbed. Om deze vaste fitting te realiseren wordt een PVC-ring (B) rond de standpipe gelijmd en wordt een afdichtingsrubber (C) tot op de

PVC-ring geschoven. Door de afdichtingsrubber in de bodem van het kweekbed te duwen komt de standpipe in zijn juiste posititie. Vervolgens wordt de bell dome over de standpipe (D) geschoven en wordt er een kap op gelijmd (E). Voor de ontluchting van de auto-sifon wordt in de wand van de lijmkap een gat voorzien. Om de sifon te kunnen laten ontluchten, wordt een airtube in het gatje gestoken zodat de lucht van onder naar boven wordt geleid (F). Om het geheel tenslotte af te schermen van het groeimedium en de werking niet te belemmeren, wordt de PVC pebble blocker over het geheel geplaatst.

G F E D C B A

Fig.51 Opbouw auto-sifon.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

Nr.

Stuknaam

Artikel gegevens

# Stuks

rubber afdichtring

vdl 8.03.04

PVC lijmring

d=22, l=10

PVC standpipe

d=20, l=200

PVC bell dome

d=32, l=160

PVC lijmkap

vdl 3.55.032

PVC pebble block

d=50, l=180

airtube

d=4, l=120

Tabel 2 Stuklijst sub-assembly auto-sifon.

5 Uit de stuklijst kan duidelijk opgemaakt worden dat er enkel standaardonderdelen gebruikt worden. De bewerkingstechnieken om de stukken te verwezelijken zijn niet hoogtechnologisch en vereisen ook geen grote investeringskost.

7 4

De standaard PVC buizen worden op de juiste lengte gezaagd en worden vervolgens als nabehandeling geboord of gefreesd. De flens aan de standpipe wordt eenvoudig gecreĂŤerd door het uiteinde van de PVC-buis op te warmen en over een grotere buis heen te trekken. Tenslotte worden de onderdelen zoals de ring , bell dome, airtube en kap verlijmd met elkaar zodat de auto-sifon klaar is voor gebruik. Aangeboden aan gebruiker De afgewerkte stukken komen los van elkaar tot bij de eindgebruiker. Om het bouwpakket te starten zal de student een verpakking moeten openen met de desbetreffende assembly-onderdelen. Hij zal aan de hand van duidelijke instructies op de app de stukken verlijmen en in elkaar steken zodat de sifon in het kweekbed bevestigd kan worden.

2 1

Fig.52 Sub-assembly auto-sifon.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

5.12 SUB-ASS. WATERVOORZIENING

De watervoorziening die besproken werd binnen het hoofdstuk ‘5.9 Irrigatiesysteem, p.63’, wordt hier ook geheel op basis van zijn bouwstenen uit elkaar getrokken. Net zoals bij de auto-sifon bestaan deze bouwstenen vooral uit standaardonderdelen van het bedrijf VDL: een Europese producent van een uitgebreide serie spuitgegoten en uit buis vervaardigde fittingen voor leidingsystemen.

Nr.

Stuknaam

Artikel gegevens

# Stuks

PVC sproeibocht

custom

PVC knie 45°

vdl 2.30.011

PVC buis

d2=16, l=250

PVC moer

vdl 8.11.025

PVC draadeind

vdl 3.20.055

PVC lijmring

vdl 3.10.025

PVC filter

custom

kamerfonteinpomp

Pontec, type 57506

pomp voetje

Pontec, type 57506

slangpilaar type 2

vdl 3.57.017

rubber afdichtring

vdl 8.03.04

slangpilaar type 1

vdl 3.57.012

10 4

5 B

6 12

Tabel 3 Stuklijst sub-assembly watervoorziening.

De sub-assembly bestaat uit drie delen die plug-and-play in elkaar gezet kunnen worden. Het is de taak van de student om deze delen vooraf te verbinden en ze later op de bodies te monteren.

Deel A

Het eerste en bovenste deel (A) omvat de volgende stukken: sproeibocht (1), knie 45° (2) en de top PVC buis (3). Nadat deze aan elkaar gelijmd zijn, is het bovenste deel klaar om op een eenvoudige manier bevestigd te worden aan deel B. Het deel A dat zich in het kweekbed bevindt, wordt eenvoudigweg op de slangfitting (10) van deel B geschoven.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

7 8 9

Fig.53 Sub-assembly watervoorziening.

Deel B

Vervolgens schroeven we de PVC moer (4) op de schroefdraad van het draadeind (5). Op deze manier worden de drie bodies waterdicht met elkaar gelinkt. Om de waterdichtheid te garanderen, plaatsen we tussen de koppeling een rubberen afdichtring (11).

Om te beginnen omvat het nummer 5: het draadeind. Hierin verlijmen we een kleinere bus, de lijmring (6) zodat we in het geheel, langs twee zijden, slangfittingen kunnen schroeven. Het stuk is vervolgens klaar om op de overflow van de vistank geplaatst te worden. Hebben we dit gedaan, dan is het tijd om de vistank en zijn case over de schroefdraad van de fitting heen te zetten.

Deel C

Dit gedeelte van de sub-assembly maakt een doorstroom mogelijk tussen het kweekbed en de vistank. Het is als het ware een centrale tankkoppeling die het geheel bij elkaar houdt.

Het laatste en onderste deel bestaat uit een lengte PVC buis (3), een verluchtingsfilter (7), de vijverpomp (8) en zijn voetjes (9). Dit gedeelte overbrugt de SUMP-vistank hoogte en fit op dezelfde manier als deel A op dat van B.

Detail koppeling deel B kweekbed

Detail koppeling deel C

kweekbed case

B vistank

C SUMP

SECTION A-A

Fig.54 Doorsnede watervoorziening.

SECTION A-A

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

5.13 SUB-ASSEMBLY DISPLAY/ELEKTRONICA

Tot nu toe hebben we het irrigatiesysteem uitvoerig besproken. Hierbij werden zijn fasen stap voor stap uitgelegd en vervolgens gevisualiseerd op de display. Maar wat drijft de irrigatie en hoe worden zijn tijdsgebonden fasen gevisualiseerd? Om dit uit te leggen moeten we bij het hart van de Eduponics beginnen. Deze bevindt zich net achter de display van de sub-assembly. De sub-assembly in kwestie kan vergeleken worden met een orgaan dat in staat is om informatie te meten, op te slaan, door te sturen en te visualiseren. De elektronica binnen deze assembly is verbonden met een reeks sensoren die verspreid zitten over het gehele product (zie hst. 4.3.1 Micro-management, p. 38). Fig.56 Montage sub-assembly display/electronica 2.

Op deze manier kunnen we het kleine aantal belangrijk binnenkomende informatie monitoren. Bij het detecteren van een probleem worden actuators bijgestuurd of worden gebruikers gewaarschuwd. Dit kan gebeuren via de display op het product of rechtstreeks via de digitale Eduponics applicatie. Op deze manier worden gebruikers zonder al te veel ervaring bijgestaan in het kweken van vegetatie en vis.

Aangeboden aan gebruiker

De gehele sub-assembly komt geassembleerd tot bij de eindgebruiker. De afgewerkte case met bijgeleverde kabelboom kan op deze manier bevestigd worden door de gebruiker. Hiervoor is een uitsparing in de vistankcase voorzien. Het andere gedeelte, de sub-assembly, is voorzien aan beide zijden van een lip. Op deze manier kan de sub-assembly in de vistankcase opgehangen worden. Om te verkomen dat het geheel nog zou loskomen, is bovenaan een schroef met draaidop voorzien. Deze vergrendelt beide cases aan elkaar.

Opbouw

Fig.55 Montage sub-assembly display/electronica 1.

De case van de assembly wordt opgebouwd uit polypropyleen. Dit is hetzelfde materiaal als de bodies van het gehele product. De front (4) waar alles op gemonteerd wordt is gefreesd uit volkernplaat. Hierop worden de voedingsklep (1) en de displays (2) en (3) bevestigd. Vervolgens is er een printplaat (5) voorzien, zodat alle actoren en sensoren er hun aansluiting op kunnen terugvinden. De datageleiders lopen van daaruit door de kabelboom naar buiten. De gegevensverwerking gebeurt door een arduino uno (12) en kan draadloos verbinding maken met een router via de ethernet module (14).

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

2 10 3

12 13 14

11 6

7 Fig.57 Sub-assembly display/electronica.

Nr. Stuknaam

Artikel geg.

Nr. Stuknaam

Artikel geg.

voedingsklep

custom, PP

bovenzijde

custom, PP

display cyclus

PP, PMMA

opstaande zijde

PP, PMMA

display waterniveau PP, PMMA

rubber

front

kernplaat

kabelboom doorsteek

printplaat

custom, LED’s

arduino uno

Rev3

printplaat schroef

DIN

arduino schroef

custom, LED’s

onderzijde

ethernet module

ENC28J60

achterzijde

Tabel 4 Stuklijst sub-assembly display/electronica.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

5.14 SUB-ASSEMBLY KWEEKARMATUUR We verwachten van het product dat het gedurende het gehele schooljaar optimaal plantjes kan grootbrengen. Helaas hebben we in BelgiĂŤ geen constant klimaat en hebben we in de winter slechts een gering aantal lichturen. Net zoals de grootschalige serreteelt elders in de Lage Landen, wordt het gewas regelmatig bijverlicht. Op deze manier bepaal je zelf het aantal lichturen voor het gewas en heb je bijzonder veel controle over het klimaat. Voor de Eduponics willen we een veilige, maar ook ecologisch verantwoorde oplossing. Op deze manier komen we uit op een LED-module van Philips. De GreenPower research module is een verreiking voor het product. Dit mede omdat het gaat over een nieuwe technologie die zijn intrede maakte binnen de bestaande serreteeltmarkt.

De Philips GreenPower is een onderzoeksmodule die gebruikt wordt om na te gaan welk lichtspectrum er bij een bepaald gewas past. Een plant heeft de juiste combinatie van blauw en rood licht nodig om goed te kunnen functioneren. Daarom installeren we twee modules, rood en blauw in het armatuur van de Eduponics. De blauwe doet het gewas hoofdzakelijk groeien en de rode zorgt voor een goede bloei ((Growing value. Philips GreenPower LED research module Opens up new opportunities for multilayer cultivation, 2014). Omdat we te maken hebben met een research module, hebben we de mogelijkheid om hun vermogen afzonderlijk af te stellen. Het is de taak van de student om de juiste kleurenmix af te stellen en de juiste hoogte van het armatuur te bepalen.

Bedrijfsduur per jaar = 18u x 30 dagen x 9 maanden = 4860 uur/jaar Levensduur levensduur LED-armatuur = bedrijfsduur 25000u = 5,1 jaar 4860u Verbruik per jaar = 4860u x 0,22kWu x 24W = 25,7 eur/jaar

Fig.58 Eduponics met Philips GreenPower.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

5 1 2

3 4

8 9

Fig.59 Sub-assembly lichtarmatuur.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

Nr.

Stuknaam

Artikel gegevens

# Stuks

armatuurcase top

custom, PP

Philips GreenPower

diep rood, 10W, ISO 9001-2000, ISO 14001

Philips GreenPower

blauw, 14W, ISO 9001-2000, ISO 14001

L-profiel

custom, Al

L-profiel schroef

DIN

armatuurcase bottom

custum, PP

case schroef

DIN

dekplaat buitenkant

custom, PP, zeefdruk logo

dekplaat binnenkant

custom, PP

dekplaat schroef

DIN

buiten geleider

kunststof U-profiel

binnen geleider

kunststof U-profiel

elektrische geleider

koper

2 Tabel 5 Stuklijst sub-assembly lichtarmatuur.

Het armatuur is bedacht met dezelde ontwerpfilosofie als die van het gehele product. De onderdelen zijn zo ontworpen dat ze verwezenlijkt kunnen worden door vacuümtechniek. Om economische redenen worden zoveel mogelijk onderdelen geproduceerd in één en dezelfde productietechniek. Onderdelen zoals de armatuurcase top en bottom of dekplaat binnen- en buitenkant, worden door vacuümtechniek of thermovorming gerealiseerd. Omdat het belangrijk is om LED’s op de juiste afstand boven de planten te houden, werd er een instelbare hoogte voorzien. In elkaar passende U-profielen zijn verstelbaar en hebben een geleidende kern die de LED-mudulen van de nodige stroom voorzien. De stroom is afkomstig van een ‘LED power driver’ die 100W aan 24V DC kan aansturen. Deze bevindt zich binnen het elektronica gedeelte.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

6.SYSTEEMONTWERP: APPLICATIE

Het systeemontwerp van de Eduponics applicatie bevat het verder uitwerken van de uit het onderzoek bekomen specificaties. Het doel is om alle besproken functie-ideĂŤen samen te bundelen en verder uit te werken tot een ICT-ondersteuning, uitgewerkt tot een al dan niet concreet systeem niveau.

APPLICATIE

De applicatie, die voor 50% deel uitmaakt van het gehele product, wordt net zoals het fysische ontwerp op systeemniveau uitgewerkt. Op deze manier breiden we het micro-management uit met een ICT-ondersteuning waardoor de hieruit nuttig verworven informatie gedigitaliseerd wordt tot een zinvolle output. Voorbeelden hiervan zijn:

- real-time data - grafieken - log - tuinvisualisatie - sociaal leerplatform

Dit alles wordt tenslotte vervolledigd tot een leerpakket met toevoeging van:

- lessen - practicaâ&#x20AC;&#x2122;s - instructie manual - groei/kweek manual - groei verslagen

Op die manier vormt het een volledig uitgebouwd systeem dat overzichtelijk en eenvoudig de gebruiker informeert en ermee communiceert (zie hfst. 4.3.2 Social Gardening, p. 40).

Fig.60 Flash applicatie in gebruik.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

6.1 APPLICATIE-ARCHITECTUUR

Om de applicatie weldegelijk gebruiksvriendelijk te maken, starten we met het in kaart brengen van de gehele structuur. Enkel op deze manier kunnen we zo volledig mogelijk zijn en komen we eventuele problemen tegen.

DEEL1: INLOG EN REGISTRATIE

We kunnen het draadmodel in drie grote delen opdelen: inlog/registratie, student en leerkracht. De twee gebruikers krijgen inhoudelijk een andere content te zien en genieten vervolgens ook van andere functies.

ADD PROF ACCOUNT setup account:

supplied registration key for teacher login student registration student

ADD WORKGROUP ACCOUNT setup account:

surname

add/invite workgroup members

name

add school/organisation

add courses

add class

picture

privacy terms and conditions

CONFIRM EMAIL account info link

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

DEEL2: LEERKRACHT

PROF HOME edit account lesson preparation tests grow workgroup gardens social gardening online shop

LESSON PREPARATION

TESTS

list:

list: subject

make a test

class

student results

year

work area

level

corrections

LESSON information pictures/movies presentation > export pdf/ppt print file

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

DEEL3: STUDENT

STUDENT HOME learn about test yourself grow your garden social gardening

LEARN ABOUT list with lessons:

TEST YOURSELF list with tests:

subject

explanation

teacher

associated course

accomplish date score

TEST multiple choice rank order LESSON

open question visual

information pictures/movies presentation > export pdf/ppt

CORRECTION

print file

answered questions correction score time

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

GROW YOUR GARDEN

SOCIAL GARDENING

overview:

garden info: school, season, schedule

ask a gardener on Facebook

calendar: highlights, history

give advice on Facebook

circulation: live waterflow, log

contact company

list growtasks

GROW REPORT

CONTACT COMPANY

add text

choose subject

add pictures

add question

automatic time

add annex

share link on Facebook

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

6.2 APPLICATIE ONTWIKKELING

Om na te gaan of de applicatie al dan niet handig in gebruik is, is het voor de hand liggend de applicatie verder te visualiseren. Op deze manier kunnen we de gebruiker vragen wat hij van de tot nu toe ontworpen applicatie vindt. De centrale vraag die we hier stellen is â&#x20AC;&#x153;Wat vindt de gebruiker van de opmaak van deze informatie qua plaatsing, kleur en typografie?â&#x20AC;?. Door nog een stap verder te gaan en de applicatie in adobe flash beweeglijk te maken kunnen we nagaan of de dynamiek van de informatie, met name de opvraag, plaatsing en speciale effecten,

duidelijk is. Daarnaast kunnen we de onderlinge interactie tussen informatie testen. Hierbij staan linking en terugkoppeling centraal. De antwoorden op deze vragen in combinatie met de tot nu toe genomen ontwerpbeslissingen vormen de key content voor de verdere ontwikkeling van de applicatie. Op deze manier kan een duidelijk verslag worden opgemaakt om verdere softwareontwikkelaars te brieven.

Fig.61 Eduponics applicatie: login.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

Fig.62 Eduponics applicatie: add workgroup account.

INLOG & REGISTRATIE

Om een idee te geven van hoe de applicatie er zal uitzien, geven we enkele belangrijke pagina’s weer. De applicatie in kwestie is vervolgens werkend gemaakt, wat concreet wil zeggen dat er gebrowsed kan worden binnen de applicatie-architectuur (zie hst. 6.1 Applicatie-architectuur, p. 76). Op de eerste afbeelding (Fig.61) is de ‘inlog’ te zien. We proberen van bij het begin Facebook mee te integreren in het geheel. Voor de inlog betekent dit dat haast geen enkele nieuwe gebruiker een nieuw account moet aanmaken, waardoor eventuele ergernis bij de gebruiker vermeden kan worden.

Voor de gehele applicatie wil dit niet alleen zeggen dat we aan populariteit winnen, maar ook dat het gedeelte ‘Social gardening’ aan Facebook uitbesteed kan worden. Studenten kunnen op die manier hun aquaponicsplezier met vrienden op Facebook delen. Verder kunnen vragen gesteld worden binnen een welbepaalde Eduponics Facebookgroep of kan er advies gegeven worden. De volgende afbeelding (Fig.62) geeft aan hoe een werkgroepaccount wordt aangemaakt. Hierbij is belangrijk dat de student de privacycondities doorneemt en goedgekeurt. Wanneer het werkgroepaccount door alle groepsleden is geaccepteerd kan met de applicatie aan de slag gegaan worden.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

Fig.63 Eduponics applicatie: home.

HOME

Na de registratie en het inloggen van de gebruiker komt deze bij het hoofdmenu terecht. Hier wordt een overzicht gegeven van de vier grote functieblokken: ‘learn about’, ‘test yourself’, ‘grow your garden’ en ‘social gardening’. Om de gebruiker wegwijs te maken in de applicatie wordt de student ondersteund door ‘notifications’. Dit zijn aanwijzingen die de werkvolgorde van de student ondersteunen.

Elke keer als een les doorlopen wordt, wordt er een test over het desbetreffende onderwerp ontgrendeld. Vervolgens wordt na afname van deze test een verbetering ontgrendeld. Op die manier wordt een gevoel van ‘gamification’ gecreëerd: spelprincipes en speeltechnieken worden in een niet-spelcontext toegepast om de gebruikers te stimuleren hun taken te vervullen. Concreet betekent dit dat telkens wanneer een stap wordt volbracht de student in rang stijgt.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

LEARN ABOUT

De leeromgeving bestaat uit een eenvoudige lijst van gerelateerde aquaponics onderwerpen. Buiten de titel wordt het onderwerp toegelicht met een korte beschrijving, afbeelding en gerelateerde cursus. Lessen welke reeds doorlopen werden, krijgen na afloop een donkere kleur.

De content van de les kan bestaan uit een informatieve video, bewegende afbeeldingen, schemaâ&#x20AC;&#x2122;s, een afbeelding of louter tekst: de mogelijkheden op vlak van leerboeken zijn eindeloos.

Fig.64 Eduponics applicatie: learn about.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

TEST YOURSELF

De testpagina is op dezelfde manier opgebouwd als die van de lesomgeving. Na elke doornomen les komt er een digitale test. De test wordt op de hoofdpagina aangegeven met een ‘notification’. Op deze manier kan de gebruiker rechtstreeks aan de

test beginnen, zonder der ‘test yourself’ pagina te passeren. Op de ‘test yourself’ pagina zelf wordt de test ontgrendeld en wordt er aangegeven door welke leerkracht de test wordt opgedragen.

Fig.65 Eduponics applicatie: test yourself 1.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

Na het invullen van de test wordt deze verbeterd door de applicatie zelf. Op die manier krijgt zowel de student als de lesgever een verbeterde versie te zien. De student krijgt naast zijn score ook zijn aflegtijd en datum te zien. De lesgever krijgt een

overzicht van alle studenten met hun afgelegde scores. Op die manier is het snel duidelijk als een student een achterstand heeft en kan er efficiĂŤnt ingegrepen worden waar nodig.

Fig.66 Eduponics applicatie: test yourself 2.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

GROW YOUR GARDEN

Fig.67 Eduponics applicatie: grow your garden 1.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

De subgroep ‘Grow your garden’ omvat tal van functies. Beginnend beschikt het over een reeks opdrachten die betrekking hebben op de mens-plant/vis interacties (zie hst. 5.3.2 Interactie mens - plant/vis, p. 48). De eerste opdracht in rij omvat de instructies van het bouwpakket. Op de vorige pagina is te zien hoe de ‘to-do-melding’ zich vertaalt in een instructievideo. Hier krijgt de student stapsgewijs te zien hoe het product moet worden opbouwd. Om een idee te geven over welke handelingen het hier nog kan gaan, worden er op volgende pagina enkele voorbeelden opgesomd. De handelingen, gemaakt door de studenten in kwestie, worden vervolgens in groep vastgelegd in een kweekverslag. Werkgroepen dienen hun aquaponics-proeven en handelingen met foto’s en tekst vast te leggen. Op die manier wordt van de gehele kweek een verslag opgebouwd dat nadien door de leerkacht beoordeeld kan worden. Daarnaast kan het verslag ook als leuk uithangbord dienen dat op Facebook of opendeurdagen geplaatst en gebruikt kan worden. Op die manier werkt de school aan zijn groen imago en wint het aan populariteit.

Fig.66 Eduponics applicatie: grow your garden - calendar.

Het laatste tabblad is ontworpen om de gebruiker van een live waterflow te voorzien. Door constant in verbinding te staan met het fysische product kunnen we het product uitlezen en de watercyclus van het proces mee volgen.

Naast het kweekverslag is er ook een informatief gedeelte terug te vinden. Dit wordt onderverdeeld in drie categorieën. Beginnend bij het tabblad ‘Garden info’ is een overzicht terug te vinden van de gekweekte entiteiten. Welke vegetatie werd er klassikaal besloten om te gaan kweken? Of welk soort vis werd er in het water losgelaten? Dit soort informatie valt allemaal terug te vinden onder het tabblad ‘Garden info’. Het tweede tabblad ‘Calendar’ spreekt ook voor zich. De geplande highlights die besproken werden in de vorige paragrafen, zoals: lessen, testen, to do’s of grow reports, worden hier in een planning gegoten. Highlights kunnen op deze manier aangeklikt worden om meer informatie weer te geven. Fig.68 Eduponics applicatie: grow your garden - circulation.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

VOORBEELD LESSEN & HANDELINGEN Nr. Les

Nr. Handeling

pH & planten.

Setup bouwpakket.

Plantenbouw & terminologie.

Zaailingen & kiemkracht.

Groeimedium proper sproeien voor te gebruiken.

Het stekken van planten, vegetatieve vermeerderingswijzen van planten, steksoorten.

Vis en SUMP-tank vullen met water.

Kweekbed met groeimedium vullen.

Bijgeleverde nitro-bacteriën toevoegen aan het systeem om het ecosysteem op gang te brengen: ammonium > nitriet.

Test draaien, voor de werking van de nitrobacter bacterieën op zijn minst 13u laten draaien.

De leefcirkel van planten.

Plant classificatie.

Zuurstof oplossing.

Visbouw & terminologie.

Ammonium > nietriet > nitraat.

Plantjes in pitpots ontkiemen.

De leefcirkel van vis.

Vis in de vistank loslaten.

Vis metabolisme.

Ammonium piek meten.

Viszorg.

Nitriet piek opmeten.

Aquacultuur.

Groeimedium vs grond.

Gewortelde plantje in het groeimedium plaatsen.

Bacterie.

Op constante basis pH-controle.

Klimaat & agricultuur.

Ecosystemen.

Duurzaamheid.

Zelfvoorzienende voedselproductie.

Aangezien het nitrificatie proces verzuurt het water, niet- natrium basen zoals kaliumhydroxide of calciumhydroxide kunnen worden toegevoegd voor het neutraliseren van het water pH.

Gezonde voeding.

Bij het vertoon aan voedingstekort, toevoegen van calcium, kalium en ijzer.

Waterlevel nakijken.

Wormen toevoegen aan het groeimedium.

Op constante basis vis voeden.

Tabel 6 Voorbeelden: learn about - classes.

Tabel 7 Voorbeelden: grow your garden - to do’s.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

7.GEBRUIKSSCENARIO Het gebruiksscenario van het Eduponics bouwpakket bevat een ge誰llustreerde handleiding die het gebruik van het product stap voor stap weergeeft. Het doel is om besproken onderdelen in hun ruimere context te bekijken. Hoe zetten we het geheel in elkaar en hoe nemen we het product van bij de start in gebruik? Dit zijn vragen die in het volgende hoofdstuk behandeld worden.

Fig.69 Bouwpakket.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

PRODUCT ORDER

WATCH BUILD UP

SETUP BASE

DELIVERY

UNWRAP

HIGH SCHOOL

ADD WATER AND NITROBACTER Vul de vistank tot aan de overflow met water. Voeg nitrobacter toe en stabiliseer pH. Wacht 13u alvorens de vissen in het water te zetten.

PUMP HERE

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

ADD GOLDFISH

ADD TANK CLUTCH

PLUG GROWBED CASE

PLUG DISPLAY & ELECTRONICA

PLUG GROWBED IN CASE

ADD CABLE TRAY & CONNECT PUMP

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

LOCK TANK CLUTCH

INSTALL TAP

INSTALL AUTO-SYPHON

CLEAN HYDRO CLAY

FEED THE FISH

FILL GROWBED WITH HYDRO CLAY

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

INSTALL GROWLIGHT

INSERT PLUG

WATER PITPOTS

SOWING THE SEEDS

PUT SEEDLINGS UNDER GROWLIGHT

25 SEEDLINGS READY TO TRANSPLANT

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

PUT PITPOTS IN HYDRO CLAY AND YOU’RE READY TO GO

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

8.VERIFICATIE De verificatie van de Eduponics bestaat uit drie onderdelen: een economische, een technische en een menskundige verificatie. De verschillende onderdelen worden in het volgend hoofdstuk getest en verfijnd. Bij de verificatie worden zowel prototypes als veldonderzoek toegepast om de betrouwbaarheid en de prestatie van het geheel te testen. Ook de productintroductie wordt in deze fase voorbereid (Baelus C., 2009-2010, p. 67).

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

8.1 ECONOMISCH

Om de economische haalbaarheid van het product na te gaan wordt er een overzicht opgesteld van de te maken kosten. Om te beginnen geven we een overzicht van de kosten die de verkoopprijs doen bepalen. Dit doen we door een kostprijsberekening op te stellen van het fysieke product. De kost van de applicatie kunnen we niet rechtstreeks doorrekenen naar de klant omdat de verkoopprijs van de applicatie bijna verwaarloosbaar is. Deze kost wordt echter wel opgenomen als investering. We starten dus met het berekenen van de verkoopprijs van het fysieke product. Hiervoor brengen we alle aangekochte grondstof, materiaal en marketingkosten per product in rekening en tellen deze nadien op bij de winstmarge. Deze winstmarge is twee keer de waarde van de bekomen variabele productkost, waarbij rekening is gehouden met een B2B-aankoopvoordeel (factor 2).

MATERIAALKOST Kunststof plaatmateriaal:

De gevacumeerde behuizing bestaat uit polypropyleen en methylmethacrylaat. Polypropyleen is een relatief goedkope semi-kristalijne kunststof en is zoals PMMA goed vacumeerbaar. PMMA met zijn transparante eigenschap, is in vergelijking met PP een stuk duurder, maar voor zijn functie is deze acrylaat de goedkoopste en meest geschikte oplossing. Omdat we een wanddikte willen behouden van 1,5 tot 2 mm is het belangrijk om de geschikte plaatdikte aan te kopen. Na het vacumeren zal de wanddikte namelijk niet meer dezelfde zijn als de initiële plaatdikte. Hiervoor maken we een wanddikte/diepte berekening (draw ratio= opp.1/ opp.2) waaruit we kunnen concluderen dat we moeten starten met een plaatdikte van 4 tot 5 mm.

Hoeveelheid en materiaalkost polypropyleen d=4mm

We bekomen een vrij exacte plaatoppervlakte van 14903 cm² polypropyleen waaruit onze vacuüm stukken verwezenlijkt zullen worden. Vervolgens worden het restafval en de niet te benutten gedeelten uit een standaardplaat in rekening gebracht. 25%, een extra 3725 cm², wordt bij het subtotaal gerekend waardoor we een eindtotaal van om en bij de 1,86 m² bekomen. Nr.

Stuknaam

Wandopp. (cm2)

# Stuks Subtotaal (cm2)

kweekbed case

5090

kweekbed

4660

SUMP-tank

3976

armatuur top

563

armatuur bottom 298

298

display

168

voedingsklep

151

Tabel 8 Polypropyleen materiaalkosten.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

Tenslotte wordt de kostprijs berekend voor alle PP onderdelen. Hiervoor wordt de kostprijs van € 18,15 per meter² (excl. 21% BTW) vermenigvuldigd met de totale PP oppervlakte van 1,86 m² waardoor we € 33,75 bekomen (Merremkunststoffen.nl, 2014).

Hoeveelheid en materiaalkost methylmethaclylaat d=4mm Nr.

Stuknaam

Wandopp. (cm2)

# Stuks Subtotaal (cm2)

vistank

5170

display waterlevel

Tabel 9 Methylmethaclylaat materiaalkost.

Ook hier voegen we bij de exacte oppervlakte van 5247 cm² PMMA, 25% extra materiaal toe. Het 0,66 m² totaal aan oppervlakte PMMA vermenigvuldigen we met zijn kostprijs van € 84,15 per m² (excl. 21% BTW). Zo bekomen we voor de acrylaat-stukken een kostprijs van € 55,5 (Merrem-kunststoffen.nl, 2014).

Hoeveelheid en materiaalkost HDPE d=10mm Nr.

Stuknaam

Wandopp. (cm2)

dekplaat armatuur 96

192

display front

408

# Stuks Subtotaal (cm2)

Tabel 10 HDPE materiaalkost.

Een klein aantal onderdelen zoals de case van de display en die van de buitenbegeleider zijn gefreesd uit HDPE. We spreken hier over een kleine oppervlakte van 600 cm², plus een extra 5% verlies, waardoor de kostprijs ontstaat uit de oppervlakte 0,063 m² vermeerderd met een prijs van € 44,45 per meter² (excl. 21% BTW). Dit geeft als aankoopprijs HDPE per product € 2,8.

Hoeveelheid en materiaalkost Al d=1mm

Er worden twee eenvoudige hoekprofielen geplooid uit aluminium met een plaatdikte van 1 mm. De oppervlakte van één profiel is 2173 mm². Als we een afvalwaarde van 25% inrekenen door het frezen, komen we op 2716 mm² of 0,003 m². Zo bekomen we door 0,003 m² te vermenigvuldigen met 50 eur/m², € 0,15. Het totaal van € 0,3 is dus te verwaarlozen. De productiekost zal hier dus het belangrijkste zijn.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

AANKOOP VAN STANDAARDONDERDELEN De kamerfonteinpomp van Pontec, type 57506, wordt gebruikt om het water van de SUMP naar de vistank te pompen. De particuliere kostprijs komt hier op € 24,99 incl. BTW. We gaan er vanuit dat we de 50 pompen die we het eerste jaar moeten aankopen door B2B voordeel aan € 15 kunnen verkrijgen (Conrad.be, 2014).

Het aansluiten van de waterkoppelingen gebeurt hoofdzakelijk door standaardfittingen van VDL. Deze komen per stuk nooit boven een waarde van € 0,50. Daarom schatten we de prijs in zijn geheel op € 3. Onderaan wordt een oplijsting getoond van de standaardonderdelen. De auto-siphon die dient om het water van het waterbed te doen fluctueren bestaat op zijn beurt ook uit standaard PVC buizen. Hierdoor is de prijs relatief goedkoop en worden de onderstaande onderdelen in hun geheel geschat op € 5. Het licht armatuur bestaat uit een combinatie van twee PHILIPS GreenPower LED modules: één met de kleur diep rood (10W) en de andere blauw (12W). Voor het geheel vermogen van 24W komen we op een aankoopprijs van € 25 (Johan Vermeulen, Mais Automatisering, persoonlijke communicatie, 7 maart 2014).

Arduino Uno Rev3 is het moederbord van de elektronica. Hier worden alle sensoren en de WiFi-connector aan vastgekoppeld. De kostprijs is € 16,86 en deze prijs kan gereduceerd worden tot € 10 door een B2B voordeel (Rev3, 2014). Ethernet module ENC28J60 zorgt voor een draadloze verbinding met het internet en is aan te koppelen aan een Arduino. De kostprijs is € 2,79 en de transportkost voor 50 stuks is € 10 (ENC28J60, 2014). SHARP GP2Y0A21YK IR PACKAGE, twee ultrasone sensors, gaan informatie over het waterlevel van de SUMP-tank en het kweekbed geven. Samen met de bevestiging en kabels komt dit uit op een totaal particulier bedrag van € 16,13. Ook hier nemen we aan dat we als bedrijf een aankoopvoordeel van 50% kunnen verwezenlijken. We komen dus uit op € 8 (Acroname.com, 2014).

Nr. Stuknaam

Artikel geg.

PVC sproeibocht

vdl 7.03.04

PVC knie 45°

vdl 2.30.011

PVC buis

d2=16, l=250

PVC moer

vdl 8.11.025

Nr. Stuknaam

Artikel geg.

PVC draadeind

vdl 3.20.055

rubber afdichtring

vdl 8.03.04

PVC lijmring

vdl 3.10.025

PVC lijmring

d=22, l=10

PVC filter

custom

PVC standpipe

d=20, l=200

pomp

Pontec 57506

PVC bell dome

d=32, l=160

pomp voetje

Pontec 57506

PVC lijmkap

vdl 3.55.032

slangpilaar type 2

vdl 3.57.017

PVC pebble block

d=50, l=180

rubber afdichtring

vdl 8.03.04

airtube

d=4, l=120

s langpilaar type 1

vdl 3.57.012

Tabel 11 Standaardonderdelen sub-assembly auto-sifon.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

Tabel 12 Standaardonderdelen sub-assembly watervoorziening.

BEREKENING VERKOOPPRIJS

Nu de gehele materiaal- en halffabrikaatkosten voor één te maken product bekend zijn, kunnen we de verkoopprijs berekenen. De omzetmarge dient om de indirecte kosten te dekken en om Eduponics als handelaar te vergoeden. productkost = materiaalkost + 5% marketingkost = € 168 + € 8,5 = € 176,5 omzetmarge = 2 x productkost = € 353 verkoopsprijs = € 530

Besluit

De prijs van € 530 is te verantwoorden als het product vergeleken wordt met andere producten binnen de educatieve markt. Omdat we binnen de markt een specifieke vraag beantwoorden wordt onze verkoopprijs spontaan prijsinelastisch en relatief hoog ten overstaan van gelijkaardige producten binnen andere markten. Onderwijsmateriaal is over het algemeen vrij prijzig. De overheid en enkele instellingen verlichten deze kost door het geven van subsidies. Aankopen van duurzame educatieve producten hebben meer kans om gefinancierd te worden (Vlaamse Overheid, 2009-2014, p. 46-47), waardoor de aankoop van de Eduponics voor een school haalbaar is.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

8.2 TECHNISCH

Na een jaar te werken aan het product, zou het een gemiste kans zijn om geen prototype te bouwen. Daarom werd er voor gekozen om een aquaponicsinstallatie in gebruik te nemen. Op die manier kunnen de vele voordelen van aquaponics zelf ondervonden worden en kan het prototype in een latere fase zijn doel vinden bij de menskundige verificatie (zie hst. 8.3 Menskundig verificatie p. 107). Voor we van start gaan met de bouw van een prototype, beginnen we met het opstellen van een plan. Bij het maken van dit plan bekijken we welke materialen voor handen zijn en welke aquaponics technieken er eenvoudig te bouwen zijn. Belangrijk op te merken is dat dit prototype niet overeenkomt met het initieel ontwerp. Het prototype is louter bedoeld om het principe van aquaponics aan te tonen. Het belangrijke verschil tussen het product en het prototype in kwestie is dat het prototype gebruik maakt van het NFT-systeem, waar het initieel ontwerp gebruik maakt van een ‘eb en vloed’ systeem. Het ‘eb en vloed’ systeem is in alle opzichten het meest gebruikte en belangrijkste aquaponics irrigatiesysteem (zie hst. 2.13.1 ‘Eb en vloed’ systeem, p. 19). Om het prototype op een efficiënte manier te kunnen realiseren werd echter gebruik gemaakt van het NFT-systeem omdat de materialen hiervoor ter beschikking stonden (zie hst. 3.1 Observatie 1, p. 31).

Fig.70 Prototype 3D-model.

PRINCIPE PROTOTYPE

Onderaan bevindt zich de vistank. Van hieruit wordt water naar de top van de torens gepompt. Door de gravitatie valt het nitraatrijke water binnen de toren op de wortels van de planten. Op die manier worden de plantjes gevoed en wordt het water uit de tank gefilterd.

100

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

PROTOTYPE DIMENSIES

670

1500

R170

230

Fig.71 Prototype dimensies.

Het frame van het prototype bestaat uit een in elkaar geschroefde stalen structuur. Het houdt alle onderdelen van het model bij elkaar en staat onderaan met zijn basis in de vistank. Op die manier bevindt het zwaartepunt zich net boven het center van de tank en blijft het geheel stabiel. Op het frame worden twee groeitorens bevestigd. Deze uit vierkante regenpijp geconstrueerde torens worden over de gehele lengte voorzien van ovale

gaten. 45Â° gezaagde flenzen, verwezenlijkt uit een standaard pvc-buis, worden vervolgens bovenop de gaten gelijmd. Op die manier worden houders voor plantpotjes gecreĂŤerd. Tenslotte wordt de vistank afgesloten door een op maat gezaagd blad zodat de tank outdoors wordt beschermd tegen regenval en zodat de vissen beschermd worden tegen loslopende huisdieren.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

101

Op de bodem is een aquariumpomp bevestigd die het water naar de bovenkant van de torens pompt. Bovenaan de toren wordt het water vervolgens opgesplits zodat het gelijk verdeeld wordt tussen de twee torens. Bij de ingebruikname van het prototype is de eerste stap het vullen van de vistank met water (1). Op die manier komt er voldoende druk op de pomp te staan en kan deze zijn vereiste pomphoogte behalen. Vervolgens dienen de torens gevuld te worden met plantpotjes (2). Deze bestaan uit netpotjes gevuld met groeimedium (bv. Hydro korrels). Als de gaten opgevuld zijn met plantpotjes is het tijd om de torens volledig te vullen met groeimedium. Op die manier kunnen de wortels van de plantjes zichzelf in het medium nestelen en wordt het water gefilterd.

Fig.72 Prototype doorsnede.

102

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

0.INHOUDSTAFEL

Fig.73 Prototype in omgeving.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

103

ADDITIONS

104

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

GROW FISH FOR FOOD

Fig.74 Prototype in werking.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

105

ERVARING

Wanneer we vervolgens het groeimedium, de vis en de planten aan het prototype toevoegen komt het geheel tot leven. Na twee weken komt het systeem helemaal tot zijn recht en is de ammoniumpiek verdwenen. De vorming van nitraat doet de planten bijzonder snel groeien.

groeien in de schaduw van de toren. De Eduponics daarentegen heeft een horizontaal kweekbed en geniet daarom over zijn gehele oppervlak van daglicht. In geval van weinig of geen zonlicht kan het kweekbed voorzien worden van artificieel licht door het kweekarmatuur.

De bouw van het aquaponics prototype was een tijdrovend werk, maar bijzonder leerrijk en lucratief. Bezoekers en voorbijgangers zijn steeds door het systeem gefascineerd en vinden het een charmant en huiselijk product. Opvallend is echter dat elke bezoeker volledig onbekend is met het fenomeen van aquaponics (zie hst. 2.17 Eindconclusie, p. 30).

Een bijkomend pluspunt van de Eduponics is dat dit product opgebouwd is als bouwpakket (zie hst.7 Gebruiksscenario, p.89). Dit geeft het voordeel dat het systeem in tijden van vakantie uit elkaar gehaald kan worden, afzonderlijke stukken gereinigd kunnen worden en dat het geheel gestockeerd kan worden in een kast of berging. Het prototype daarentegen is niet demonteerbaar en kan niet gemakkelijk weggezet worden.

Het prototype is ondertussen twee maanden werkzaam en heeft een plaats gekregen in een appartement waar het door de bewoners beschouwd wordt als een entertainend en nuttig product. De vistank is uitgerust met acht guppy’s, drie kleine en één grote goudvis. De vissen bewegen enorm veel en leven duidelijk in een gezonde omgeving. Nadat het water uit de planttorens in de vistank stroomt zit het boordevol zuurstof en is het bemerkelijk proper. Het prototype vertoont echter op veel vlakken nadelen in vergelijking met de Eduponics. Op het vlak van entertainment zou het een stuk interessanter zijn geweest moest de vistank van het prototype transparant zijn geweest. Het blijft leuk om ‘s ochtends de vissen eten te geven en ze te zien spartelen. De vistank van de Eduponics is geheel transparant, zodat de gebruikers wel het aquariumeffect kunnen waarnemen. Daarnaast wordt bij het prototype gewerkt in de hoogte waardoor de interactie met de planten bemoeilijkt wordt. Een stoel of ladder is vereist om de torens van hun groeimedium te voorzien. In dit opzicht is de Eduponics veel meer gebruiksvriendelijk. Een ander minpunt is dat het bij het prototype onmogelijk is om de gehele toren van artificieel licht te voorzien. Planten die aan de tegenovergestelde zijde van het raam groeien,

106

Tot slot is er ook het verschil tussen de twee systemen: bij het prototype wordt gebruik gemaakt van het N.F.T.-systeem en bij de Eduponics van het ‘eb en vloed’ systeem. Nadelig aan het N.F.T.systeem is dat we tijdens de werking van de pomp het waterlevel doen dalen. Dit kan tot gevolg hebben dat de vissen gestresst worden. Het ‘eb en vloed’ systeem heeft dit niet omdat het gebruik maakt van de SUMP-tank.

BESLUIT

Het bouwen van een prototype dat een geheel andere verschijningsvorm heeft dan het initiële ontwerp heeft een aantal implicaties. Enerzijds is het een test in de praktijk waaruit duidelijk is gebleken dat het systeem werkt en erg interessant is voor gebruik. Anderzijds is een belangrijke bevinding dat bepaalde keuzes die gemaakt werden tijdens het ontwerpproces van de Eduponics hier verantwoord worden. Voorbeelden hiervan zijn de keuze voor het design en het gebruikte systeem.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

8.3 MENSKUNDIG

Tenslotte hebben we het gedeelte waarbij we het werkend prototype en de dynamische Eduponics applicatie voorstellen aan een potentiële gebruiker. De gebruiker in kwestie is Tuur Wissels, vijftien jaar oud en student in het secundair onderwijs. Hij volgt de opleiding industriële wetenschappen, een studierichting waar technologie, wetenschap en vooruitgang deel uitmaakt van een algemene visie.

Voor de applicatie in kwestie willen we te weten komen hoe gebruiksvriendelijk de algemene opbouw is en wat de student vindt van de lay-out. Op die manier kunnen we een ontwerpopdracht uitschrijven aan een extern ontwerper wiens corebusiness de ontwikkeling van applicaties is. Het bestaande ontwerp, dat reeds voorzien werd van een productarchitectuur en basis lay-out, wordt aangevuld met een verslag bekomen uit deze enquête. Op die manier wordt de ontwerper voorzien van de juiste visie, basisfuncties, veronderstellingen, beperkingen en vormelijke aspecten om de applicatie volledig tot in de puntjes uit te werken.

Aquaponics als leermiddel

De eerste vraag waar we steeds nieuwsgierig naar zijn, is of het principe van aquaponics al dan niet gekend is bij de student. Hier blijkt dat de gebruiker nooit eerder gehoord heeft van de teelttechniek. Dit is positief, in die zin dat de Eduponics hem deze techniek kan aanleren. Het initieel doel van ons product is op deze manier nog eens bevestigd en kan voor Tuur binnen zijn klassen fysica, biologie en chemie zijn intrede maken. Daarbij gaf Tuur aan dat hij de Eduponics vooral tijdens zijn lessen chemie erg interessant zou vinden. Meer specifiek vindt hij het product erg nuttig met het oog op het verwerven van kennis over nieuwe mogelijkheden van eco-systemen.

Ontwerp fysiek model Fig.75 Proefpersoon: Tuur Wissels.

De mening van Tuur Wissels wordt aan de hand van een kwalitatieve enquête getoetst. Hoe tevreden is de student over het systeemdesign van de Eduponics en van zijn bijhorende applicatie? Dieze vraag wordt als onderzoeksvraag naar voor geschoven. De reden van deze terugkoppeling is om positieve en minder positieve aspecten van het ontwerp te weten te komen en kansen naar de toekomst in kaart te brengen.

Door de Eduponics te presenteren is het mogelijk om na te gaan of het product voldoet aan de normen wat betreft esthetiek, interface of gemaakte handelingen. Esthetisch kan besloten worden dat het gebruikte wit in combinatie met de planten als iets mooi en modern beschouwd kan worden. Qua vormgeving blijkt het design er leuker uit te zien dan een traditionele visbak. De kleurcombinatie die doorheen het gehele ontwerp (Eduponics, applicatie, presentatie) doorgetrokken wordt, wordt eveneens ervaren als iets positief. Wat Tuur echter wel opmerkte was dat hij betwijfelde dat de witte kleur in de praktijk ook een dergelijk strak effect zal hebben.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

107

Applicatie vs gebruiker De applicatie die tijdens het systeemontwerp werd voorzien van een algemene opbouw en lay-out, werd daarnaast ook dynamisch verwezenlijkt. Dit gebeurde in die zin dat de applicatie door middel van adobe flash interactief en beweeglijk werd gemaakt. Op die manier kan onze proefpersoon nagaan of de dynamiek van de informatie, de opvraag, plaatsing, en speciale effecten duidelijk is (zie hst.Systeemontwerp: applicatie, p. 75). Zo lieten we Tuur van op een iPad de applicatie stap voor stap doorlopen zodat problemen door ‘trail and error’ aan het licht zouden komen. Hieruit kunnen we besluiten dat de login, het aanmaken van een groepsaccount en de verscheidene subcategoriën een duidelijke opbouw hebben. Minder positief blijkt de homepagina te zijn. Dit komt door een overvloed aan aanwezig geometrie op deze pagina.

De manier van werken - het eerst doornemen van digitale informatie om deze vervolgens weer digitaal te laten toetsen - wordt daarentegen als iets positief ondervonden. Het werken in groepsverband tijdens het uitvoeren van ‘to do’s’ en het opstellen van een kweekverslag wordt eveneens als een pluspunt beschouwd. Dit zou volgens de student een juiste sfeer binnen het klasgebeuren scheppen en het zou goed aansluiten bij de moderne manier van lesgeven. Algemeen werd de opbouw en de lay-out van de applicatie positief bevonden. De opbouw is duidelijk en overzichtelijk en het kleurenpallet van de lay-out is zoals bij het fysisch model leuk en bij elkaar passend. De applicatie wordt door de student voor 60% beschouwd als een deel van het gehele product (fysisch model + applicatie). Het belang van het bij aansluitende, digitale leerpakket is dus weldegelijk belangrijk.

Fig.76 Applicatie in gebruik.

108

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

9.BESLUIT Voor dit eindwerk werd onderzoek gevoerd naar een ecologisch kweeksysteem en de toepassing ervan binnen de educatieve sector. Concreet werd een oplossing gezocht voor het actuele probleem dat heerst binnen het Vlaamse onderwijs: studenten hebben te weinig kennis van het bestaan en de toepassing van aquaponics. Aquaponics is een kweeksysteem waarbij hydrocultuur (het kweken van planten op waterbasis) en aquacultuur (het kweken van waterdieren) gecombineerd wordt in een ecologisch evenwicht. Deze kweektechniek zou binnen bepaalde studiedomeinen optimaal ingezet kunnen worden binnen het secundaire onderwijs. ‘Eduponics’, het product dat binnen de context van dit eindwerk werd ontwikkeld, biedt de oplossing voor dit probleem. Kort samengevat is Eduponics een ecologisch kweeksysteem dat volledig op zichzelf werkt en gebruikt wordt binnen een schoolomgeving. De theorie en het concept van de Eduponics sluit naadloos aan bij het leerplan van het Vlaams secundair onderwijs. Studenten puzzelen het zoals een bouwpakket in elkaar en kweken op zelfstandige basis. De bijhorende applicatie fungeert enerzijds als digitaal leerplatform en anderzijds als ondersteunende gebruiksaanwijziging. Hierdoor wordt de brug gevormd tussen de theorie van aquaponics en de kweekervaring in de praktijk. Om na te gaan of dit product in de praktijk effectief gebruikt kan worden, werden een aantal analyses, observaties en bevragingen uitgevoerd en werden de design drivers en de specificaties tot een degelijk systeemontwerp vertaald. Verificaties, zowel op economisch als op technisch en menskundig vlak, toonden aan dat het systeemontwerp aan alle eisen en voorwaarden voldoet. Het product kan met andere woorden perfect geïntegreerd worden in een klaslokaal of schoolomgeving.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

109

10.BIJLAGEN 10.1 KWALITATIEF DIEPTE INTERVIEW 1 1. Where are you from?

6. What type of aquaponic system do you recommend to give classes in school when they need to translocate the system? And why?

Melbourne, Victoria, Australia 2. Do you teach aquaponics? Yes 3. If you educate aquaponics, how does it happen? As practical as possible. A quick lesson on theory, then a hands on interactive session, then a building component if necessary and questions throughout. 4. What type of aquaponic system do you recommend to give classes in school when there is a lack of space? And why? The bigger the system, the easier it is to manage. This is because water, temperature and nutrient levels change more slowly for larger volumes of water. I would recommend 1 IBC for the system (275 gallons, footprint of about 9*12 feet). If there isnâ&#x20AC;&#x2122;t enough space for that, a 20 gallon (or similar) sh tank with plants above it, would still be good to demonstrate the concept; but will likely require more regular maintenance. 5. What type of aquaponic system do you recommend to give classes in school when there are some school holidays? And why? Use tilapia for the sh. Or gold sh. They can go for 3-4 months without eating and are tolerant of nutrient build ups. But you will still need someone to check the system in case of issues. For example, if a sh dies and sits there for a while whilst nobody is there the ammonia given o as it decomposes can overwhelm the system. Again, bigger is easier to maintain. Ideally a 3 IBC tote system (google Murray Hallam 3 tote system for examples).

110

Small enough that you can lift it. They get heavy. I would use a traditional sh tank and expanded clay as the media for the grow beds as it is the lightest reliable option. 7. Which parameter do you think that are the most important to bring forward out of the monitoring for the students? pH, temperature, ammonia, nitrite and nitrate are excellent for demonstrating the nitrogen cycle. Logging these during cycling and graphing the changes on excel is really enlightening for students and show the development of the bacterial colonies. 8. Do you think disassembly would affects the learning proces? No. But the system works best if the bacteria colonies are given time to mature. It usually takes 6-12 months for a system to reach itâ&#x20AC;&#x2122;s full potential. 9. Which features are the most important for the system to give a good education?

1. Quickly and efficiently be stored at holidays 2. Clear and transparant 3. Compact 4. Safe 5. A visual monitor system with tasks/ errors/statistics 6. Fun factor 7. Ability to follow it up online for the weekend

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

10.2 KWALITATIEF DIEPTE INTERVIEW 2 SYSTEEM 1. Van welk type aquaponic systeem maakt u gebruik op uw school? Een op een industrieel gebaseerd systeem, bestaande uit afzonderlijke gedeelten. Het eerste deel bestaat uit twee vistanken waar vissen worden in opgekweekt. Hierna wordt het bevuilde water naar een biofilter gestuurd, waar de ammonia zal worden afgebroken. Tenslotte wordt het water doorgepomt in een groot groeibed. In dit derde gedeelte circuleert het water continu in een groot kweekbed zonder media, tot het water volledig verdampt is. Er is dus geen terugstroom naar deel 1. 2. Hoeveel groeibedden zijn er aangesloten op het systeem? één

7. Maakt het systeem gebruik van artificiële kweekverlichting? Ja, omdat we vroeg moeten beginnen kweken vanwege de zomerstop, is het noodzakelijk om bij te belichten. Dit gebeurt aan de hand van een hoge natrium lamp. 8. Uit wat bestaat de huidige monitoring? Buiten de monitoring van de biofilter, wordt temperatuur en pH bijgehouden. De rest gebeurt allemaal handmatig met teststrips. Hier gaat het bijvoorbeeld over de natrium, nitriet-, ijzer- of zoutwaarden die in het systeem voorkomen.

GEBRUIK

3. Wat zijn de nadelen van het bestaande systeem? Het is zo groot dat het een extra biofilter nodig heeft om solidafval te verwijderen.

1. Wat is de leeftijd van de studenten? Dit systeem wordt gebruikt door studenten van de hogeschool VABI, dus tussen de 18 en de 23 jaar.

4. Op welk moment wordt het systeem stilgelegd en voor welke duur gebeurt dit? Dit systeem wordt stilgelegd tijdens de zomervakantie. Er wordt dus al vrij vroeg in het seizoen aangeplant.

2. Met welke frequentie en tijdsduur wordt er lesgegeven? Dit hangt af van klas tot klas. Maar in het algemeen wordt er doorgaans regelmatig van het systeem gebruik gemaakt.

5. Wat was de investeringskost? Voorziene subsidies? De kost van het gehele systeem was om bij de 5000eur. De subsidie die hier voor voorzien was zou ik niet weten. 6. Welke afmetingen bevat het bestaande systeem? De afmetingen van de gehele oppervlakte is zes op zeven meter. Dit omdat het gaat over een basis industriëel systeem.

3. Wordt er op een groeimedium gekweekt of maakt men gebruik van een groeibed met enkel water of een NFT systeem (hybride systeem)? Het groeibed bevat enkel water. De planten drijven hier met een PUR vlot op het wateroppervlak en nemen zo met hun wortels de voeding op.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

111

4. Hoe gaat u van start met de leerlingen? Wat zijn de vereisten tijden de 6 weken opstart tijd? (bv; het spoelen van het groeimedium, testdraaien zonder vis, toevoeging ammonium) De opstarttijd wordt gezien als een leerrijke periode. Hier wordt duidelijk hoe aquaponics in zijn werk gaat. Hoe de ammonium zich geleidelijk gaat omvormen naar nitriet en vervolgens de nitriet weer wordt omgezet in nitraat. Het systeem wordt in deze periode dan ook nauw opgevolgd. 5. Maakt u gebruik van een programma waar leerlingen op kunnen nakijken wat er hun te doen staat, wat gebeurt is en wat de resultaten er van zijn? Dit wordt min of meer met practica fiches opgelost. 6. Welke toevoegingen moeten er nog tijdens het gebruik gebeuren? Ijzer, alkanine, mineraal zouten 7. Welke gewassen verkiest u om te kweken met uw studenten? en waarom? stevia, sla, basilicum, kervel, ... 8. Is het een vereiste dat parameters zoals luchttoevoer manueel gewijzigd kunnen worden? Nee, niet speciaal. 9. Welke parameters zijn het belangrijkst om gecontroleerd te worden? Vooral de pH, ijzer, zouten moeten worden nagemeten. De planten zijn daar ook wel min of meer een aanwijzer voor. Aan de kleur van de bladeren kan veel worden opgemaakt.

112

10. Van welke voeding maakt u gebruik? We proberen goedkope visvoeding gebruiken om het budget laag te houden.

11. Kan u me nog iets meer over het verloop van de lessen vertellen? Dat leerlingen uit eigen ervaring met het systeem alleen al een heleboel zaken kunnen leren begrijpen. Het systeem moet hiervoor transpartitie bevatten zodat de werking ervan duidelijk is.

OMGEVING 1. In welke omgeving wordt het systeem geplaatst. In een serre opstelling, indoor, outdoor of een combinatie? serre opstelling 2. Als het systeem in een serre- of indooromgeving komt te staan, hoe ziet deze omgeving er dan uit? De serreomgeving bevat alle standaarden die een doorsnee serre ook aanwezig heeft. Een ruimte met verluchting, belichting, warmte regeling en de nodige werkruimte. 3. Welke afmetingen heeft deze omgeving? De gehele serre heeft een afmeting van om bij de 120mÂ˛ 4. Zijn er bepaalde veiligheidsregels die aan de omgeving moeten voldoen, bv; stabiliteit, waterafvoer, brandveiligheid,...? Bij deze omgeving valt dat mee. De ruimte is voorzien op het kweken van planten. Alles is hier dus voor handen. Bij een lek kan het water aflopen in een afvoer.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

10.3 BOUW PROTOTYPE TORENS

De torens waren een serieuze klus omdat ik de machines binnen de schoolmuren niet mocht/kon benutten. De fittingen werden dus telkens onder 45째 gezaagd en vlak geschuurd. Vervolgens werden de fittingen op de voorziene gaten op de regenpijp met pvc-lijm verlijmd. Nadien werden deze dicht gekit met tek 7, om lekken te voorkomen.

Tenslotte kregen de torens als afwerking een witte primer en een laag vernis.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

113

FRAME

Voor het frame werd een oud stalen rek gebruikt. Dit werd op maat van de tekeningen geslepen en vervolgens met Hammerite metaalverf in de lak gezet. Als alle L-profielen op maat zijn geslepen en gelakt, dient het frame te worden gemonteerd. Nadien is het mogelijk om de torens op het frame schroeven. .

MONTAGE

114

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

VISTANK DEKPLAAT

De dekplaat werd gezaagd uit twee vloerplanken die in elkaar passen. Zo kunnen ze eenvoudig los gemaakt worden en kunnen de vissen gevoed worden.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

115

10.4 KWALITATIEF DIEPTE INTERVIEW 3 GEBRUIKSANALYSE

Met het maken van een kwalitatieve enquête en het toetsen van inclusieve gebruikshandelingen a.d.h.v. een werkend prototype en applicatie, willen we een antwoord vinden op de algemene onderzoeksvraag. Hoe tevreden is de student over het systeemdesign en hoe verbeteren we het product in de fase van conceptdesign? Inleiding voor respondent: voorlezen Tuur Wissels, Deze kwalitatieve enquête ‘Aquaponics in de klas’ vloeit voort uit de groeiende sector rond aquaponics in Vlaanderen en de overtuiging van het nut om een micro - aquaponicsinstallatie als leermiddel in het middelbaar onderwijs in te voeren. Deze interactieve onderwijstool kan zowel lesondersteunend als - dragend ingezet worden in de vele leerstofonderdelen waar aquaponics een aansluiting bij vindt. Wij zijn benieuwd naar uw interesse in en bereidheid om een toekomstige aquaponicsleerkit in gebruik te nemen. Dit geeft mij, laatstejaarsstudent industriële productontwikkeling de nodige input voor een systeemontwerp. Ik dank u van tevoren! Algemene uitleg enquête: voorlezen Tijdens de enquête zal je gebruik maken van een tablet waarop een béta versie van een Eduponics-applicatie draait. Deze applicatie is volledig geschreven om het product in questie te ondersteuenen en het zal je tijdens de enquête informeren over het systeem. Tijdens het lezen van de enquêtevragen, zal je op constante basis gevraagd worden enkele handelingen op de applicatie uit te voeren. We observeren hierbij of handelingen efficiënt verlopen en proberen te detecteren waar mogelijke problemen zich voordoen. Tenslotte zijn we benieuwd naar jou mening over het product, het systeem en de applicatie. Deze zullen dan ook doorheen de enquête worden getoest.

116

Enquête Hebt u al eerder gehoord van aquaponics? Onderstaande afbeelding legt kort het principe van aquaponics en het productvoorstel uit. Nee In welk graad binnen het middelbaar studeer je? 2de graad Welke richting studeer je? Industriële Wetenschappen Maken je leerkracht(en) tijd en ruimte voor het maken van proeven en/of praktische voorbeelden tijdens je lessen? Ja, vooral tijdens fysica, biologie, chemie Zou je het aquaponics systeem als onderwijstool en als verduidelijking van je lessen willen gebruiken? Ja, Vooral de chemie lijkt me interessant. De nieuwe mogelijkheden, ecosysteem Gebruik applicatie > Open app met naam ‘Eduponics’ op het hoofdmenu. > Log in als student. Nu je ingelogd bent, was de menu duidelijk? Log in was duidelijk > Maak je groepsacount aan en submit. Wat vind je van het werken in groepsverband binnen het kader van de testen? Wat vind je van het idee dat andere groepen, scholen en kennissen je groeiverslag kunnen volgen? Betere sfeer. Positief > Nu je op de hoofdmenu komt, klik je de notifications aan om te zien wat er gedaan moet worden. > Klik op ‘introduction’ om rechtstreeks naar ‘learn about’ te gaan en neem de introductie door.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

Wat vind je van het hoofdmenu en is de onderverdeling van hoofdfuncties duidelijk? Teveel kaders, nutteloze geometrie. > Ga vervolgens terug naar de home en klik op ‘test yourself’, een notification zou weer zichtbaar moeten worden. > Maak de test over de introductie en submit > Ga vervolgens je verbetering na door terug naar het ‘test yourself’ menu te gaan en opnieuw op de test te klikken. Wat vind je van deze manier van werken? Eerst het doornemen van digitale informatie om deze vervolgens weer digitaal te toetsen? De zal wel beter zijn omdat de leerkracht extra informatie bij vragen kan stellen. > Ga vervolgens terug naar de menu en klik op ‘grow your garden’ > Neem uw tijd en bekijk alle mogelijk tabbladen zoals: garden info, calendar, water circulation, grow alerts of het maken van grow reports. > Tenslotte mag u de applicatie uitloggen. De waterflow is nog niet erg duidelijk.

Algemene vragen model De volgende vragen gaan over het fysisch aquaponicsmodel dat binnen de applicatie wordt getoond: > Product fiche Wat vind je esthetiek van het model? Als het wit proper blijft, mooi modern, de combinatie plant met wit is super. Gaat dit in het echt ook zo zijn? Een stuk leuker dan de traditionele visbak. Wat vind je van de interface? Zelfde kleuren van het design doorgetrokken, duidelijk. Wat vind je van de to do’s die je moet uitvoeren om het systeem optimaal te laten werken? Kan een probleem veroorzaken als er een vis die dood is er uit te halen.

Algemene vragen applicatie Buiten de vragen die tijdens de handelingen werden getoets worden er nog enkele bijkomende vragen over de applicatie gesteld: Wat vind je van de algemene opbouw? Overzichtelijk, duidelijk, Wat vind je van de lay-out? Kleurrijk en leuk bij elkaar passend. Wat vind je van de opties om met het systeem te interageren, zoals bijvoorbeeld: De virtuele tuin, of het kweekverslag? De gebruiksuren zullen niet extreem veel zijn. Voor de rest vind ik het meegaan met zijn tijd. In welke mate beschouw je de applicatie als deel van het gehele product? 60% van het gehele product

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

117

11.FIGURENLIJST Fig.1 Bionics Rio de janeiro: Casa verde, 2011. Fig.2 Aquaponics in Bilingual Elementary School in Tucson, 2012. Fig.3 Corpus schema. Fig.4 Basic thinking schema. Fig.5 Praktische werking, Aquaponics gardening, 2011. Fig.6 Chemische cyclus schema. Fig.7 Water quality in aquaponic systems, Shultz Fig.8 Pomp debiet uitgang, Inc. Fig.9 Auto-sifon. Fig.10 Basis ‘eb en vloed’ systeem, Aquaponics gardening, 2011. Fig.11 CHOP systeem, Aquaponics gardening, 2011. Fig.12 Tweepomp systeem, Aquaponics gardening, 2011. Fig.13 Micro-farm designed by: Ivo Bonacorsi, 2012. Fig.14 Workshop Deborah Meibergen, 2013. Fig.15 Schoollocatie Vlaanderen. Fig.16 Leerplan ASO, vvkso, 2013. Fig.17 Koud aquaponics-systeem met baars. Fig.18 Warm aquaponics-systeem met extra mechanische filter. Fig.19 Systeem met vlotten, KATHO Roeselare. Fig.20 Overzicht systemen, KATHO Roeselare. Fig.21 Product idee. Fig.22 Smart aquaponics schema. Fig.23 Social gardening schema. Fig.24 Tuinvisualisatie. Fig.25 Digitaal leerplatform. Fig.26 Hydrokorrels. Fig.27 Zaai- en stekpluggen. Fig.28 Vijverbacteriën. Fig.29 Workshop ideation. Fig.30 WiFi-netwerk met Eduponics. Fig.31 Overzicht configuraties: ‘eb en vloed’. Fig.32 Overzicht configuraties: watercultuur. Fig.33 Overzicht configuraties: N.F.T.. Fig.34 Overzicht configuraties: combinaties. Fig.35 Systeemvoorstel 1: presentatie. Fig.36 Systeemvoorstel 1: breadboard. Fig.37 Systeemvoorstel 1: Ergonomische werkhoogte. Fig.38 Systeemvoorstel 1: exploded view.

118

Fig.39 Systeemvoorstel 1: plug-and-play. Fig.40 Systeemvoorstel 1: bouwpakket. Fig.41 Systeemvoorstel 1: draw ratio. Fig.42 Systeemvoorstel 2: presentatie. Fig.43 Systeemvoorstel 2: draw ratio. Fig.44 Hoofd-assembly. Fig.45 Metrische projectie product. Fig.46 Sub-assembly watervoorziening Section A-A - maximale tanklevel. Fig.47 Sub-assembly auto-sifon Section B-B - auto-sifon stroomt. Fig.48 Sub-assembly watervoorziening Section A-A - stijgend waterniveau kweekbak. Fig.49 Irrigatie-display. Fig.50 Cyclusdisplay schaal 1:1. Fig.51 Opbouw auto-sifon. Fig.52 Sub-assembly auto-sifon. Fig.53 Sub-assembly watervoorziening. Fig.54 Doorsnede watervoorziening. Fig.55 Montage sub-assembly display/electronica 1. Fig.56 Montage sub-assembly display/electronica 2. Fig.57 Sub-assembly display/electronica. Fig.58 Eduponics met Philips GreenPower. Fig.59 Sub-assembly lichtarmatuur. Fig.60 Flash applicatie in gebruik. Fig.61 Eduponics applicatie: login. Fig.62 Eduponics applicatie: add workgroup account. Fig.63 Eduponics applicatie: home. Fig.64 Eduponics applicatie: learn about. Fig.65 Eduponics applicatie: test yourself 1. Fig.66 Eduponics applicatie: test yourself 2. Fig.67 Eduponics applicatie: grow your garden 1. Fig.68 Eduponics applicatie: grow your garden - circulation. Fig.69 Bouwpakket. Fig.70 Prototype 3D-model. Fig.71 Prototype dimensies. Fig.72 Prototype doorsnede. Fig.73 Prototype in omgeving. Fig.74 Prototype in werking. Fig.75 Proefpersoon: Tuur Wissels. Fig.76 Applicatie in gebruik.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

12.TABELLENLIJST Tabel 1 Stuklijst hoofd-assembly. Tabel 2 Stuklijst sub-assembly auto-sifon. Tabel 3 Stuklijst sub-assembly watervoorziening. Tabel 4 Stuklijst sub-assembly display/electronica. Tabel 5 Stuklijst sub-assembly lichtarmatuur. Tabel 6 Voorbeelden: learn about - classes. Tabel 7 Voorbeelden: grow your garden - to doâ&#x20AC;&#x2122;s. Tabel 8 Polypropyleen materiaalkosten. Tabel 9 Methylmethaclylaat materiaalkost. Tabel 10 HDPE materiaalkost. Tabel 11 Standaardonderdelen sub-assembly auto-sifon. Tabel 12 Standaardonderdelen sub-assembly watervoorziening.

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

119

13.REFERENTIES Acroname.com, (2014). SHARP GP2Y0A21YK IR PACKAGE. [online] Available at: http://www.acroname.com/products/R301-GP2Y0A21YK.html [Accessed 5 Jun. 2014]. Baelus, C. (2009-2010). Methodologie van het ontwerpen 1. 1st ed. Antwerpen: Artesis Productontwikkeling. Bernstein, S. (2011). Aquaponic gardening. Gabriola, BC: New Society Publishers. Bernstein, S., (2010). Aquaponics Explained â&#x20AC;&#x201C; Part 2. [Online] Available at: Urban garden magazine: http://urbangardenmagazine.com/2010/11/aquaponics-explained%E2%80%93-part-2/ [Accessed 5 Jun. 2014]. Bradley, K. (2010). Construction of Automatic Bell Siphons for Backyard Aquaponic Systems. [e-book] Hawai: College of tropical agriculture. http://www.ctahr.hawaii.edu/oc/freepubs/pdf/BIO-10.pdf [Accessed: 10 Dec 2013]. Casier, M. (2013). Aquaponics in de klas. [e-book] p. 62. [Accessed: 10 Dec 2013]. Conrad.be, (2014). Pontec 57506 in de Conrad online shop | 1180174. [online] Available at: http:// www.conrad.be/ce/nl/product/1180174/Pontec-57506;jsessionid=8D7BBA9D1FCAD171DC59934FD1 C353B3.ASTPCEN30?ref=list [Accessed 5 Jun. 2014]. Dinbelg.be, (2014). Maten 2 jaar gemengd. [online] Available at: http://www.dinbelg.be/2jaartotaal.htm [Accessed 4 Aug. 2014]. ENC28J60, E. (2014). Ethernet Module ENC28J60 | Electrodragon. [online] Electrodragon.com. Available at: http://www.electrodragon.com/product/ethernet-enc28j60/?added-to-cart=1079 [Accessed 5 Jun. 2014]. Encyclo.nl. (2013). Betekenis stek. [online] Available at: http://www.encyclo.nl/begrip/stek [Accessed: 10 Dec 2013]. Growing value. Philips GreenPower LED research module Opens up new opportunities for multilayer cultivation. (2014). 1st ed. [ebook] s.l.: Royal Philips N.V. Available at: http://www.lighting.philips.com/pwc_li/main/shared/assets/downloads/pdf/horticulture/leaflets/cl-g-led_ research_module-en.pdf [Accessed 2 Aug. 2014]. Jacoby, A. & Keignaert, K. (2013). Productontwikkeling: toegepast onderzoek. Leerplan D/2001/0279/010. 2001. [e-book] Brussel: LICAP. Available through: vvkso-ict.com http://ond.vvkso-ict.com/leerplannen/doc/Biologie-2001-010.pdf [Accessed: 5 Dec 2013]. Leerplan D/2003/0279/026. 2013. [e-book] Brussel: LICAP. Available through: vvkso-ict.com http://ond.vvkso-ict.com/leerplannen/doc/Biologie-2003-026.pdf [Accessed: 1 Dec 2013].

120

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

Leerplan D/2011/7841/012. 2011. [e-book] Brussel: VVKSO. Available through: vvkso-ict.com http://ond.vvkso-ict.com/leerplannen/doc/Plant,%20dier%20en%20milieu-2011-012.pdf [Accessed: 5 Dec 2013]. Leerplan D/2012/7841/003. 2013. [e-book] BRUSSEL: VVKSO. Available through: vvkso-ict.com http://ond.vvkso-ict.com/leerplannen/doc/Biologie-2012-003.pdf [Accessed: 4 Nov 2013]. Leerplan D/2012/7841/003. 2012. [e-book] Brussel: VVKSO. Available through: vvkso-ict.com http://ond.vvkso-ict.com/leerplannen/doc/Biologie-2012-003.pdf [Accessed: 5 Dec 2013]. Leerplan D/2012/7841/084. 2013. [e-book] Brussel: LICAP. Available through: vvkso-ict.com http://ond.vvkso-ict.com/leerplannen/doc/Biologie-2012-084.pdf [Accessed: 18 Nov 2013]. Leerplan D/2012/7841/085. 2013. [e-book] Brussel: VVKSO. Available through: vvkso-ict.com http://ond.vvkso-ict.com/leerplannen/doc/Biologie-2012-085.pdf [Accessed: 5 Dec 2013]. Rev3, A. (2014). Arduino Uno Rev3 | Modern Device. [online] Moderndevice.com. Available at: http://moderndevice.com/product/arduino-uno-rev3/ [Accessed 5 Jun. 2014]. Ringer, H. (1999). Waarom bacteriĂŤn toevoegen. [online] Available at: http://www.pondlibrary.com/vijverwater/artikel/132/waarom-bacterien-toevoegen.htm [Accessed: 10 Dec 2013]. Lennard, W. (2010). A New Look at NFT Aquaponics. Aquaponics Journal, 1(56), pp.16-19. Merrem-kunststoffen.nl, (2014). PMMA plaat - Merrem Kunststoffen. [online] Available at: http://www.merrem-kunststoffen.nl/shop/details.aspx?p=02656004&g=1011^20065^20066 [Accessed 5 Jun. 2014]. Merrem-kunststoffen.nl, (2014). PP plaat - Merrem Kunststoffen. [online] Available at: http://www.merrem-kunststoffen.nl/shop/details.aspx?p=02820049&g=1003^20012^20014 [Accessed 5 Jun. 2014]. Mitchell, B. (2014). Useful Facts About How Wi-Fi Works. [online] About. Available at: http://compnetworking.about.com/od/wireless/tp/how-wifi-works_useful-facts-about-wireless.htm [Accessed 13 Aug. 2014]. Shultz, C. (2013). Water quality in aquaponics. [e-book] http://ag.arizona.edu/ceac/sites/ag.arizona.edu.ceac/files/Water%20Quality%20in%20Aquaponic%20 Systems%20-%20Shultz.pdf [Accessed: 12 Nov 2013].

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren

121

Tacken, G. (2014). Voorbij het broodtrommeltje, Hoe jongeren denken over voedsel. 1st ed. [ebook] p.118. Available at: http://www.convenantgezondgewicht.nl/download/63/lei_voorbij_het_broodtrommeltje_hoe_jongeren_ denken_over_voedsel.pdf [Accessed 13 Aug. 2014]. The Ubiquitous Draw Ratio. (2005). A Technical Article, [online] 24(4), p.36. Available at: http://thermoformingdivision.com/wp-content/uploads/thermo101_drawratio.pdf [Accessed 14 Jul. 2014]. Vanhoestenberghe, S.,(2013).Duurzame aquacultuur: Omega baars.presentatie KUL [Online] Available at: http://www.aquacultuurvlaanderen.be/attachments/article/889/omega%20baars,%20KUL%20 Stijn%20Vanhoestenberghe.pdf. Vermeulen, J. (7 maart 2014). Mais automatisering. Persoonlijke communicatie. Vlaamse Overheid, (2009-2014). Beleidsnota 2009-2014. Onderwijs: samen grenzen verleggen voor elk talent. Brussel: Vlaamse Overheid, pp.46-47. Westwood, N. (2009). Urban Aquaponics - Floating Raft Construction - All about Rafts. [online] Urbanaquaponics.com. Available at: http://www.urbanaquaponics.com/content.php?127-Floating-Raft-Construction-All-about-Rafts [Accessed 15 Aug. 2014]. Wsvkunststoffen.nl, (2014). PP â&#x20AC;&#x201C; Polypropeen | WSV Kunststoffen. [online] Available at: http://wsvkunststoffen.nl/polypropeen/ [Accessed 12 Aug. 2014].

122

MASTERTHESIS Jeroen Van Dooren