홍화와 쪽 기르기에 자동양액공급장치 적용 결과(2021년)

  푸르메스마트팜 서울농원(남양주 소재)의 비닐하우스 안에서 홍화와 쪽을 수경재배로 키우고 있습니다. 거리가 멀어 일주일에 한 번 가서 돌보기로 했습니다. 일주일 동안 양액이 부족하지 않게 미리 양액을 만들어 저장해 놓고, 양액이 줄어들면 자동으로 공급하는 장치가 필요했습니다. 적용결과를 소개합니다.

 

 

1. 설계

(1) 재배방식

저면급액법을 적용했다.(2021.05.22 @푸르메스마트팜 서울농원) {옮겨심은 쪽_modified_2021-05-22.jpg}

  처음에 실외에서 기를 것으로 예상하여 실외에서 장점이 많은 저면급액법을 택했습니다. 기를 장소가 비닐하우스 안으로 바뀌었지만 저면급액법을 그대로 사용하기로 했습니다. 저면급액법은 트레이(녹색 쟁반같이 생긴 것)에 양액을 붓고 재배용기(흰색 화분) 속에 배지를 넣고 배지 속에서 식물의 뿌리가 자라도록 하는 방법입니다. 재배용기 아랫부분에 구멍이 뚫려있어 구멍으로 양액이 배지로 스며들어갑니다. 토경재배에서 화분 받침대와 화분이 있는 구조와 동일합니다. 다만 토경재배는 (흙+물)로 키우지만 수경재배는 (배지+양액)로 키우는 것이 다릅니다. 일반인이 접근하기 쉬운 다양한 수경재배 방식에 대해서는 "도시농부를 위한 수경재배"(박영기 저, 혜지원)를 참조 바랍니다.

 

 

(2) 자동으로 양액을 공급하는 원리

 

  식물을 돌봐주러 일주일에 한 번 가는 것을 목표로 했습니다. 식물의 몸집이 커지고 햇빛이 많이 들 때는 양액을 많이 소모하여 일주일에 한 번 가는 것으로는 식물에 충분한 양액을 공급하지 못하게 되는 문제가 예상되었습니다. 이 문제에 대한 대책으로 양액을 자동으로 공급하는 장치가 필요했습니다.

자동으로 양액을 공급하는 방법 {볼탭을 이용한 양액 수위 조절_저면급액방식_2021-07-08.jpg}

  수위유지장치에는 볼탭(ball tap)이 있어 양액의 수위가 일정 이하가 되면 볼탭에 달려있는 밸브가 열려 양액저장조로부터 양액이 공급됩니다. 수위유지장치와 트레이는 관으로 연결되어 있어 수위유지장치의 수위와 트레이의 수위가 서로 같게 됩니다(빨간색 점선). 그러므로 식물이 양액을 흡수하여 트레이의 양액수위가 낮아지면 수위유지장치에서 트레이로 양액이 공급되고, 수위유지장치의 양액수위가 떨어지므로 양액저장조에서 수위유지장치로 양액이 일정 높이만큼 공급됩니다.

 

 

(3) 배치

하나의 수위유지장치에서 여러 트레이로 양액이 공급되도록 했다. {여러 트레이에 공급_2021-07-09.bmp}

  식물이 양액을 급격히 소비하는 것은 아니므로 수위유지장치 하나에 여러 트레이를 연결했습니다. 실제 모습은 아래와 같습니다.

자동으로 양액을 공급하는 천체 구성 {두 번째 자동화_modified_2021-05-26.jpg}

 

양액공급의 핵심이 되는 수위유지장치 {수위조절장치_modified_2021-05-12.jpg}

 

 

2. 부품

  핵심이 되는 수위유지장치는 성북50플러스센터 옥상에 있던 수경재배텃밭에 적용하기 위해 만들어두었던 것입니다. 사용한 부품 소개합니다.

 

(1) 휴지통

 

인터넷을 통해 구입한 휴지통 {M-뽀삐휴지통_2021-07-10.jpg}

  수위유지장치의 용기는 "M-뽀삐휴지통"이라고 판매되는 휴지통을 인터넷으로 구입했습니다. 덮개가 분리되고, 덮개에는 뚜껑이 있어 여닫을 수 있습니다. 부품을 고정할 때는 덮개를 분리해서 하면 작업이 쉬워지고, 사용 중 점검할 때는 뚜껑을 열어서 확인할 수 있습니다.

 

 

(2) 볼탭(ball tap)

수위를 유지하는 핵심부품인 볼탭 {볼탭 수직 소형_MT-1150_2021-07-10.jpg}

  수위를 유지하는 핵심부품인 볼탭은 입수부가 위쪽에 있는 수직형을 사용했습니다. 결과적으로 수평형이 좋은데, 구입 당시 실수로 수직형을 선택했던 것 같습니다. "볼탑 수직 소형 MT-1150"이라는 상품명으로 인터넷에서 구입했습니다. 입수구가 옆에 있는 것은 "볼탑 수평 소형 MT-2250"이라는 상품명으로 팔고 있습니다. "볼탭"을 "볼탑"으로 많이 부르고 있네요. 국어사전에는 "볼탭"이라고 되어 있습니다. 링크

 

 

(3) 원터치피팅

원터치피팅. 왼쪽은 PC형, 오른쪽은 PL형 {PC형과 PL형 원터치피팅_modified_2019-11-25.jpg}

  원터치피팅은 폴리우레탄튜브 외경 10mm에 맞는 것으로, PC10-02와 PL10-02를 사용했습니다. 메이커에 따라 GPC, GPL 등과 같이 표현하기도 합니다.  원터치피팅 종류, 규격 보기

 

 

(4) 폴리우레탄튜브

폴리우레탄튜브. 외경 10mm인 것을 사용 {우레탄튜브_modified_2021-04-11.jpg}

  외경 10mm인 폴리우레탄튜브를 사용했습니다. 내경을 중시하는 것은 호스라 하고 외경이 중요한 것은 튜브라 합니다.

 

 

(5) 75L 만능용기

75L 만능용기

  여러 용도로 사용하는 75L 만능용기를 양액저장조로 사용했습니다.

 

 

3. 적용결과

하우스 입구에서 봐서 오른 쪽 {양액공급자동화 완료-1_2021-06-02.jpg}

 

하우스 입구에서 봐서 왼쪽 {양액공급자동화 완료-2_2021-06-02.jpg}

 

(1) 수위유지장치의 높이를 맞추기가 어려웠다.

  수위유지장치는 불투명하게 되어 있어 밖에서 보아 수위를 확인할 수 없었습니다. 간접적인 방법으로 수위유지장치를 손으로 잡아 높이를 맞추어보려고 했지만 수위유지장치의 볼탭 밸브를 통해서 들어오는 양액의 시간당 유량이 너무 작아 한참을 기다려야 볼탭밸브가 잠길만큼 양액이 찼습니다. 이렇게 하고 난 후 수위유지장치의 높이를 바꾸어보면서 트레이로 들어가는 양액을 확인해야 했습니다. 그런데 수위유지장치로부터 트레이로 들어가는 시간당 유량이 수위유지장치로 들어오는 양보다 훨씬 커서 한 트레이를 테스트하고 나면 수위유지장치의 양액이 많이 빠져나가버려 다음 테스트를 진행하기 위해 수위유지장치에 양액이 차도록 또 기다려야 했습니다. 계속 이럴수는 없어서 대충 맞추어 놓고 다음 주에 결과를 보고 조정하기로 했습니다.

 

(2) 트레이마다 높이가 달랐다.

  일주일 후 확인해보니 같은 나무틀에 같은 트레이를 사용했지만 어떤 트레이에는 양액이 가득 차 있고 어떤 트레이는 말라 있었습니다. 비닐하우스 바닥이 평평하지 않아 그런 것이었습니다. 이것은 우드락조각을 트레이 밑에 끼우는 방법으로 조절했습니다. 

 

(3) 수위유지장치의 볼탭 입수관이 자주 막혔다.

  푸르네스마트팜에는 펌프로 지하수를 끌어올려 큰 통에 모아서 사용하는데, 펌프로부터 나오는 물은 깨끗하지만 통 속의 물에는 흙, 식물 조각 등이 많았습니다. 아마 물조루를 쓰고 흙바닥에 놓았을 때 붙은 흙이 물조루로 물을 긷기 위해 통에 넣는 과정에서 물통으로 들어간 것 같습니다. 이 물을 길어다가 양액저장조로 쓰는 75L 만능용기에 넣고 양액을 만들었습니다. 그러다보니 양액저장조에 흙과 식물 찌꺼기가 있게 됩니다. 걱정한 대로 양액저장조에서 수위유지장치로 연결된 튜브가 막혀 수위유지장치로 양액이 흘러들어가지 못했고, 그 수위유지장치에 연결된 전체 트레이에 양액이 공급되지 않는 일이 몇 번 발생했습니다.

 

 

4. 문제점에 대한 대책

(1) 볼탭의 특징에 따른 문제

볼탭이 수위를 일정하게 유지하는 것이 오히려 식물 기르는 데에 어려움으로 작용한다. {볼탭을 이용한 양액 수위 조절_저면급액방식_2021-07-08.jpg}

   볼탭을 사용하면 수위를 일정하게 유지하는데, 이것이 식물을 기르는 데는 오히려 좋지 않은 특성으로 작용했습니다. 위 그림에서 볼탭과 트레이의 수면이 같게 유지됩니다. 그러므로 처음의 설정이 중요합니다. 트레이에 약간 많은 양의 양액이 맞추어지면 계속 그 수위를 유지하므로 포트 아랫부분의 식물 뿌리는 배지 속에서 계속 양액에 잠겨있게 되어 뿌리가 썩기 쉽습니다. 반대로, 수위가 약간 낮은 상태에 맞추어지면 배지가 계속 건조한 상태로 있게 됩니다. 볼탭의 위치와 양액의 수위가 이력현상(hysteresis)을 갖는 것이 좋습니다. 즉 최소 수위 이하가 되었을 때 최대 수위까지 양액이 공급되고, 점점 줄어들다가 최소 수위 이하가 되었을 때 다시 최대 수위까지 공급되는 식입니다. 이렇게 되면 트레이의 양액 수위가 높아졌다 낮아졌다 하기 때문에 뿌리가 계속 양액에 잠겨있는 일을 피할 수 있습니다. 하지만 일반적인 볼탭은 그런 기능을 갖지 않으므로 그런 기능을 갖기 위해서는 부가적인 장치를 달아야 하는데, 번거로울 뿐만 아니라 다른 문제도 함께 해결해야만 하는 상황이라 크게 동기부여가 되지 않는다 할 수 있습니다.

 

 

(2) 수위유지장치로 들어가는 시간당 유량이 작다.

   양액저장조에서 수위유지장치로 들어가는 시간당 유량이 작은 문제는 입수구가 큰 볼탭을 사용하는 방법으로 해결할 수 있습니다.

 

양변기 볼탭: 양변기에 사용하는 볼탭은 시간당 유량이 큰 편이고, 구하기 쉽고, 값싸지만 양변기에 맞추어져 있는 부품이라 크기가 크고 고정하기 위해 수위유지장치 아랫부분에 큰 구멍을 뚫어야 합니다. 그 큰 구멍으로 볼탭의 부품이 끼워져 아래로부터 양액이 위로 들어가야 합니다. 그런데 수위유지장치는 설치하는 높이가 중요한 장치인데, 아랫부분에 돌출부가 있으면 평평하게 놓기가 어렵습니다. 이는 수위를 정확히 맞추기 어렵다는 것을 뜻합니다. 그래서 쓰기가 곤란하다고 생각됩니다.

 

물탱크용 볼탭:  물탱크용 볼탭을 사용할 수 있습니다. 그러기 위해 수위유지장치의 가로 길이가 30cm 이상인 용기가 필요합니다. 그러면 수위유지장치에 꽤 많은 양의 양액이 들어갈텐데, 수위의 설정치를 맞추느라 올렸다 내렸다 하는 데에 힘이 많이 드는 새로운 문제가 생깁니다.

 

 

5. 결론

 

  문제점마다 해결책을 적용한는 방법이 있으나 문제점이 여러 가지이고, 해결책을 적용하면 또다른 문제가 생기고 있습니다. 이렇게 하면 점점 장치가 복잡해지기 때문에 부품 수도 많아지고 만들기도 어려워집니다. 그러므로 앞으로는 저면급액방식에서 양액을 자동으로 공급하기 위해 볼탭을 이용하는 방식을 사용하지 않고 다음과 같이 하려고 합니다.

 

  저면급액 방식에서 양액공급을 자동으로 하고 수위가 이력현상을 갖도록 하기 위해 수중펌프를 이용하여 1시간마다 15분씩 양액을 공급하는 방식을 적용한다.

 

1. 전기가 들어오는 곳에서는 콘센트 타이머와 220V용 수중펌프를 이용한다.

2. 전기가 들어오지 않는 곳에서는 태양전지, 아두이노, DC용 수중펌프를 이용한다.

 

 

위 2를 종암동새날도서관에 적용했습니다. 내용 정리되면 링크하겠습니다.