Urban odling
ANNA SVENSSON PER LARSSON
Examensarbete Stockholm, Sverige 2012
Urban odling
Anna Svensson Per Larsson
Examensarbete IDEB 053 MMKB 2012:08 KTH Industriell teknik och management
Maskinkonstruktion SE-100 44 STOCKHOLM
Examensarbete IDEB 053 MMKB 2012:08 Urban odling
Anna Svensson Per Larsson
Godkänt
2012-05-29
Examinator
Carl Michael Johannesson
Handledare
Carl Michael Johannesson
Uppdragsgivare
Carl Michael Johannesson
Kontaktperson
Carl Michael Johannesson
Sammanfattning
Detta är en kandidatexamensavhandling som avlades på KTH, VT 2012 som omfattar urban odling. Projektet inriktas på en produkt för hydroponisk odling, där växterna drivs upp i enbart näringslösning istället för konventionell odling i jord. Fördelarna är bland annat att det är mer tidseffektivt, det är renare, lämpar sig väl inomhus, kan vara mycket enkelt och ger effektivare tillväxt och större skördar.
Men det är inte bara därför ämnet intresserar oss, utan även på grund av att människor spenderar allt mer tid inomhus, att urbaniseringen stegrar, att grönområdena minskar och stressrelaterade sjukdomar ökar. Efter långa resor och växter som vissnar föddes en idé att utveckla en produkt som är självgående under ett par veckors semester och bidrar till en hälsosammare hemmiljö som skulle kunna minska de stressrelaterade problemen. Genom att odla växter som effektiviseras av tekniska tillämpningar, med ett hydroponiskt system, där hela modulen integreras i hemmiljö på ett yteffektivt sätt.
Med hjälp av designutvecklingsprocessen, modifierad efter behov och förutsättningar, kan produkten följas från idé tills produkten är färdig för tillverkning. Till exempel går det att finna hur produkten skall tillverkas, hur man använder den samt återvinner den. I rapporten redogörs varför produkten set ut som den gör och på vilka grunder besluten fattats. En kvalitetsjämförelsematris mot befintliga produkter och dess konkurrenskraft återges och analyseras. Det går även att finna instruktioner för framställning av enklare prototyper, samt exakta ritningar med toleranser för att tillverka produkten med alla dess ingående komponenter.
Bachelor Thesis IDEB 053 MMKB 2012:08 Urban growing
Anna Svensson Per Larsson
Approved
2012-05-29
Examiner
Carl Michael Johannesson
Supervisor
Carl Michael Johannesson
Commissioner
Carl Michael Johannesson
Contact person
Carl Michael Johannesson
Abstract
This bachelor thesis was submitted at the Royal Institute of Technology in Stockholm, Spring 2012 covering urban gardening. The project was then directed towards a product for hydroponic cultivation, where plants are grown in nutrient solution, instead of conventional growing in soil.
Benefits of hydroponics include less maintenance, less time consuming, more efficient growth and greater yields.
This is not only why the topic interests us, but also because that urbanization increases, more time are spent indoor, the green areas decreases and stress-related maladies are more common.
After a long journey and withering plants an idea was born, to develop a product that is basically self-sustaining for a couple of weeks vacation and contribute to a healthier home environment.
By growing plants more efficient with technical applications, a hydroponic system, where the entire module is made for compact living and integrated into the home environment.
Using a design development process, the product can be followed from idea until the product is ready for manufacturing. The thesis includes how the product should be produced, how to use and recycle it. The report describes the design decisions and product features and on witch basis they were made. A quality comparison matrix against existing products and its competitiveness is rendered and analysed. You can also find instructions for making simple prototypes, and precise drawings with tolerances to manufacture the product and all its components.
Resumé
Efter hemkomst från ett par veckors semester och trött på vissna blommor, föddes idén och en önskan av ett självbevattnande odlingssystem. Efter att undersökt möjligheter om hydroponisk odling, att odla i näringslösning utan jord, visade det sig bland annat vara både effektivare och mera tidseffektivt. Samtidigt som urbaniseringen ökar, att vi spenderar allt mer tid inomhus, grönområden och parker minskar samt att de stressrelaterade sjukdomarna blir allt vanligare fanns en vision att utveckla en produkt som skapar en hälsosammare hemmiljö. Detta genom att införa växtlighet och en möjlighet till produktion av grönsaker. Dessutom effektiviseras odlingen av tekniska tillämpningar med ett odlingssystem som kan integreras på ett yteffektivt sätt och som kräver mindre underhåll.
Det skulle kunna ge ett stort bidrag till varje hems levnadskvalité och möjlighet att kunna öka intaget av grödor och den personliga hälsan men framförallt är det väldigt roligt och passar nästan alla åldrar. Systemet skulle kunna ge en grönare och trevligare miljö i hemmet som dessutom skall vara lika produktiv året om.
För att utveckla en kvalitativ produkt valdes The Mechanical Design Process, en väletablerad utvecklingsprocess som modifierades något efter behov och förutsättningar. Efter förundersökning om bland annat odlingsmetoder, odlingsmedium, ljusåtgång och näringsbehov som växterna kräver undersöktes kundönskemål genom olika odlingsforum för att hitta kunden som skulle kunna vara intresserad av odling och växter. Med kundönskemålen och kravspecifikationen som grund togs fyra koncept fram. För att göra en rättvis bedömning och välja ett koncept att arbeta vidare med användes en utvärderings matris, Pugh-matris.
För att kunna få en uppfattning om form, ljussättning samt färgval gjordes en enkel 3D-ritning i Rhino. I och med detta kunde problemen lättare kommuniceras och produktens utformning ske med gemensam förståelse. Storleken krymptes för att karen skulle kunna få plats i en diskmaskin och på så sätt lättare kunna rengöras.
För att få en uppfattning om att odla hydroponiskt gjordes en första enkel funktionsmodell med ett näringsfilms teknik system, som bygger på cirkulerande näringslösning. Modellen gjordes av PVC-rör, en liten cirkulations pump och några plastmuggar som fick fungera som krukor.
Växterna förgroddes i jord innan rötterna sköljdes och placerades i Leca fyllda nätkrukor. Trots den korta tid prototypen användes för att influera projektet gav den en större förståelse och många uppslag och problem uppdagades. Glömd påslagen belysning och brända plantor gav ide om integrerad timer på belysningen. Flera omplanteringar visade att Leca kulor fungerade väl och var lätt att hantera både vid plantering samt byte av plantor. Vid omplantering från jord insågs även problemen med att använda för finkornigt medium, då partiklarna lätt flyter med näringslösningen.
Samtidigt som experimenten utfördes fortsatte det valda konceptet utvecklas och efter flera olika lösningar uppkom prototypen Urban, som efter vidareutveckling kom att bli den slutgiltiga produkten. För att se hur konkurrenskraftig Urban skulle vara på marknaden jämfört med befintliga konkurrenter användes en kvalitetsutvärderingsmatris, Quality Function Deployment, där vi sedan tydligare kunde se Urbans svagheter och styrkor för att göra en mera kvalitativ produkt.
Efter QFD-analys återfanns som exempel att Urban hade mycket god belysningen jämfört med konkurrerande produkter. De viktigaste faktorerna vi tog hänsyn till är synergonomi, att det ska vara gynnsamt för växternas tillväxt och trivsel, men även storlek, antal och kostnad. Därför kunde en hel del ljuskällor sållas bort och till sist var LED, Light Emitting Diode, och kompaktlysrör kvar, där LED har bättre ljusegenskaper men är både i en högre prisklass och
produkten är tänkt att monteras på väggen inomhus i hemmamiljö och vara påslagen stora delar av dygnet.
För att kunna tillverka produkten utvärderades olika tillverkningstekniker. Samtliga komponenter 3D modellerades i Solid Edge men även detaljritningar på de delar som skall tillverkas skapades i Solid Edge. 3D modellen renderades i Rhinoceros i ett modellerat kök för att få en uppfattning om dimensioner och för att få underlag till en affisch.
För att illustrerar produkten, förmedla en bättre känsla för storlek, form och funktion byggdes en prototyp. Prototypen gjordes i naturlig storlek med transparanta kar för att illustrera vattenflödet och den mekaniska lösningen. För vidare läsning om tillverkning, metoder, prototyper och bruksanvisning eller intresse för skisser och ritningar hänvisas ni till uppsatsen Urban odling, KTH 2012.
FÖRORD
I förordet vill vi tacka alla som hjälpt till under utvecklingen av produkten. De har bland annat bidragit med kunskap, råd eller material för att konstruerar prototypen och färdigställa projektet.
Tack till Carl Michael Johannesson, vår handledare, som lyssnat på våra förslag och låtit oss utveckla våra idéer, vilket gjort projektet både möjligt och roligt. Även tack till Stefan Stålberg som alltid haft sin dörr öppen vid rådfrågning av tillverkning och utformning av produkten.
Thomas Östberg, verkstadsansvarig på KTH, som hjälpt till vid svetsning av prototypen och Hampus Krantz, vattenskärningsansvarig på KTH, som hjälpt oss att vattenskära plåtsidorna samt locken till karen av prototypen. Skulle även vilja tack KTH för materialet till plåt- och plast detaljerna som använts till framställning av prototypen. Mikael Johansson skulle vi vilja tacka för sponsring av MDF-skiva till prototypen. Slutligen skulle vi även vilja tacka Freddy Svensson, leg. Optiker och specialist inom Synergonomi som både hjälpt till vid rådfrågning av belysning och synergonomi.
Anna Svensson, Per Larsson Stockholm, maj 2012
NOMENKLATUR
Sammanfattning av förkortningar där det även återfinns ett sammandrag av de datorverktyg som använts vid genomförandet av rapporten och dess omfattning.
Ordlista
Aeroponik En hydroponisk odlingsteknik.
Djupvattenkultur En hydroponisk odlingsteknik.
Droppbevattning En hydroponisk odlingsteknik.
Hydroponisk odling Är att odla med näringslösning utan jord.
LED Ljuskälla.
Näringsfilmsteknik En hydroponisk odlingsteknik.
Pughmatris Utvärderingsmatris.
QFD En kundcentrerad kvalitetsutveckling.
Förkortningar
CAD Computer Aided Design
EF Ebb och flod
LED Light Emitting Diode
MDF Medium Density Fibreboard
NFT Näringsfilmsteknik
PEH Polyeten med hög densitet
QFD Quality Function Deployment
Datorverktyg som använts
Program Funktion Information Adobe Illustrator CS4 Bildredigering adobe.com Adobe Photoshop CS4 Bildredigering adobe.com CES Edupack 2011 Materialdata grantadesign.com
Microsoft Word 2010 Ordbehandling http://office.microsoft.com Microsoft Word 2011 Ordbehandling http://office.microsoft.com Microsoft Excell 2011 Kalkylprogram http://office.microsoft.com Solid Edge ST3 CAD-modellering solidedge.se
Rhinoceros V4 CAD-modellering rhino3d.com Rhinoceros V5(mac) CAD-modellering mac.rhino3d.com
Flamingo V.2 Rendering rhino3d.com
Keyshot V.2.1 Rendering keyshot.com
INNEHÅLLSFÖRTECKNING
1
INTRODUKTION ... 1
1.1
Bakgrund ... 1
1.2
Syfte ... 1
1.3
Mål ... 2
1.4
Avgränsning ... 2
1.5
Metod ... 2
2
REFERENSRAM ... 4
2.1
Odlingsmetoder ... 4
2.2
Odlingsmedium ... 8
2.3
Näring ... 9
2.4
Belysning ... 10
3
GENOMFÖRANDE ... 14
3.1
Förundersökning ... 14
3.2
Konceptgenerering ... 14
3.3
Konceptval ... 18
3.4
Funktionsmodell ... 19
3.5
Vidareutveckling av valt koncept ... 20
3.6
Quality Function Deployment ... 21
3.7
Prototyp ... 23
4
RESULTAT OCH DISKUSSION ... 30
4.1
Prototyp ... 30
4.2
Odlingsmetod ... 30
4.4
Näring ... 31
4.5
Belysning ... 31
4.6
Pump ... 32
4.7
Samtliga komponenter ... 32
4.8
Tillverkning ... 33
4.9
Elektronik ... 35
4.10
Kostnadsanalys ... 36
4.11
Broschyr och affisch ... 37
5
SLUTSATS ... 39
5.1
Slutsats ... 39
6
FRAMTIDA ARBETE ... 41
6.1
Framtida arbete och möjligheter ... 41
7
REFERENSER ... 43
1 INTRODUKTION
Beskrivning av examensarbetets bakgrund, syfte, och avgränsning samt en kortfattad beskrivning av de metoder som använts för att lösa uppgiften.
1.1 Bakgrund
Grönområdena minskar (Johansson, 2010) och urbaniseringen ökar och omkring 75 % av invånarna i Europa bor i städer (EEA, 2011). Med större delen av befolkningen i stadsmiljö blir närheten till växter mer avlägsen och det spenderas allt mer tid inomhus samtidigt som fler undersökningar visar på en positiv inverkan av närheten till växter, vilket kan reducera stress, öka koncentrationsförmågan och ge tillfälle för återhämtning (Bringslimark, Hartig, & Patil, 2009). Stressrelaterade sjukdomar är ett stort samhällsproblem i västvärlden som ständigt ökar för barn som vuxna (P. & U.A., 2003). Därför blir det allt viktigare att skapa en miljö i våra bostäder som kompletterar denna närhet till växter vilket skulle främja invånarnas hälsa och förbättra klimatet inomhus och luftkvalitén. (Nordh, Hartig, Hagerhall, & Fry, 2009)
Det är inte bara närheten till växter som har positiva effekter då ätliga växter står för en stor del av människans dagliga närings- och vitaminbehov. Grönsakskonsumtionen i Sverige ligger under de nivåer som livsmedelverket rekommenderar och den genomsnittlige svensken skulle behöva fördubbla grönsakskonsumtionen (Bülow, 2009). Trots detta ökar intresset för närproducerat både bland konsumenter och producenter. (Länsstyrelsen I Stockholms län, 2011)
Med effektiva odlingstekniker skulle varje person kunna odla en liten del av sina grödor hemma och på så sätt få närodlade grönsaker och kanske öka sitt intag av grönsaker. Problemen med att odla hemma i sin bostad är ofta att odlingsytorna är begränsade, i genomsnitt har varje person i Stockholm 38,5 kvm boyta (Statisticon AB, 2005). Andra orsaker är att köpa jord och ta med till bostaden som helst skall bytas efter varje säsong, otillräckligt med ljus och kontinuerlig bevattning krävs. Med hydroponisk odling, odling i näringslösning, kan man lösa många av de tidsödande och jobbiga moment som förknippas med odling. Större automatisering genom självbevattning, små mängder odlingsmedium som dessutom väger mindre och består av större och rena partiklar, snabbare tillväxt och utrymmeseffektivt.
I och med att vi spenderar allt mer tid inomhus, att grönområdena i städerna minskar och att de stressrelaterade problemen ökar i samhället är det intressant att utveckla en produkt som bidrar till en hemmiljö som kan reducera dessa problem genom att införa växtlighet och produktion av grönsaker. Dessutom effektiviseras produkten av tekniska tillämpningar med ett odlingssystem som kan integreras på ett yteffektivt sätt. Det skulle kunna ge ett stort bidrag till varje hems levnadskvalité och möjligen kunna öka intaget av grödor och den personliga hälsan. Systemet skulle kunna ge en grönare och trevligare miljö i hemmet samt en produktion av önskade växter året om.
1.2 Syfte
Syftet är att utveckla en produkt för att förbättra stadsbornas kost och bostadsmiljö genom att använda etablerade design processer och metoder. Samt skapa ett intresse genom att kunna erbjuda en lättanvänd och intressant produkt som erbjuder möjlighet att odla grönsaker utanför det konventionella.
1.3 Mål
• Utveckla en produkt för odling året runt, med ett odlingssystem som skall kräva mycket litet underhåll.
• Ta fram en prototyp där odlingssystemet åskådliggörs. Prototypen skall även visa form och storlek samt inneha de viktigaste tekniska komponenterna.
• Att göra en broschyr som visar användarvänligheten.
• Att göra en affisch som sätter produkten i sitt sammanhang.
1.4 Avgränsning
Vi har begränsat oss att göra en produkt för att odla i inomhusmiljö där den skall anpassas för lägenhetsmiljö. Problematiken med storskalig odling och produktion beaktas inte. Växterna är avgränsade till lågväxande plantor. Projektet omfattning avser från idé till att produkten är färdig att produceras.
1.5 Metod
I detta projekt används som utgångspunkt The Mechanical Design Process, (Ullman, 2010), vilken är tillämpad efter projektets behov och omfattning, enligt Figur 1.
Figur 1 Överblick av projektets utvecklings process.
I första fasen väljs ett område till vilken produktens skall utvecklas. En studie av möjligt utrymme för denna typ av produkt utförs. För att gå vidare undersöks det om det går att tillföra något, både tekniskt innovativt men även kvalitativt för konsumenten. Bland annat besvaras frågor som finns det en trolig marknad eller en efterfrågan av denna typ av produkt? Produkter som redan är på marknaden inom detta område vad saknar de? Finns det utrymme för förbättring eller ett kundsegment de inte når?
Under andra fasen görs budget-, projekt- och tidsplan, med hänsyn till de resurser som finns att tillgå. Här bestäms även mål och syfte för projektet.
I nästa fas bestäms ett kundsegment för produkten. Därefter evalueras kundens specifika krav och förväntningar i en kravspecifikation som sedan används för att skapa mätbara krav på produkten.
Under konceptgenereringsfasen används resultaten från andra- och tredjefasen för att skapa och utveckla koncept. Koncepten genereras framförallt av brainstorming som sedan formas efter kravspecifikationen. Denna fas avslutas med en Pugh-matris för att välja ett koncept.
I produktutvecklingsfasen vidareutvecklas det valda konceptet från konceptgenereringsfasen.
Med hjälp av bland annat benchmarking formas produkten för att sedan viktas med hjälp av en QFD-matris med utgångspunkt från fas två och tre för att styra utvecklingen i önskad riktning, samtidigt som den analyseras och jämförs med redan befintliga produkter på marknaden. Denna fas avslutas med att produkten är färdig att tillverkas.
Sista fasen inriktas mot hantering av produkten och ett kortare utkast för marknadsföring. Där
Produkt undersökning
Projekt-‐
planering
De5iniering
av produkt Koncept-‐
generering Produkt-‐
utveckling
Produkt hantering
2 REFERENSRAM
Kortfattad sammanställning av den tillgängliga kunskap som erhållits under informationsundersöknings fasen. Här sammanställs information gällande vilka odlingstekniker, odlingsmedier, ljuskällor samt växternas behov. Kapitlet är den kunskap vi grundar våra beslut på i utformning och anpassning av produkten.
2.1 Odlingsmetoder
Valet att titta på hydroponisk odling, jordfria odlingsmetoder, det vill säga endast använda olika sätt att ge plantan näring genom näringslösning, bygger på vissa viktiga fördelar. Odlingen kan till en liten del automatiseras, ger en ökad tillväxt för plantan, slipper de parasiter som livnär sig i jorden. Odlingsmetoden som sådan är inte något nytt, men möjligheterna till automatisering samt både utbud och kunskapen om växternas näringsbehov har ökat markant, men även Babylons trädgårdar skall ha odlats hydroponiskt (J. Benton, 2005). Det finns dock flera sätt att ge plantan näring där alla har individuella fördelar. Odlingsmetoderna delas in i aktiva och passiva metoder, se Figur 2, där de passiva inte har några hjälpmedel annat än vatten och dess odlingsmedium. De aktiva metoderna kräver ett mekaniskt hjälpmedel för att fungera och att växterna skall trivas.
Sammanställning av aktiva odlingsmetoder och dess fördelar är baserade på (Douglas, 1984), (J.
Benton, 2005) och (Arijna & Dunn, 2010).
Figur 2 Aktiva och passiva odlingstekniker.
Odlingstekniker
Aktiva
NTF DWC
EF
Aeroponic
Dropp-‐
system
Passiva
Veke
Jord
Aeroponik
Aeroponik är en metod där plantan tillförs näring genom att en fin dimma av att näringslösning sprutas på rötterna. Detta ger rötterna tillräckligt med näring samtidigt som de har massor av tillgång till syre. Plantorna placeras med rotsystemet fritt hängandes ovanför munstyckena som med jämna intervall sprutar näringslösning på dem för att de skall ha en kontinuerlig tillgång på vatten och näring, se Figur 3. Aeroponik största fördel är att rötterna har väldigt stor tillgång på både syre och näring, men initialt kräver metoden fler komponenter. Aeroponik kräver även en kraftigare pump än övriga odlingsmetoder och flera munstycken som skall fördela näringslösningen jämt mellan plantorna.
Figur 3 Växternas rötter besprutas med en dimma av växtnäring.
Djupvattenkultur
Djupvattenkultur innebär att rötterna från plantan placeras direkt i näringslösningen. Krukan placeras så att nedre delen samt rötterna är nedsänkta i näringslösningen. För att rötterna fortfarande skall ha god tillgång på syre används en luftpump som med hjälp av en syresten, placerad på botten, syresätter vattnet ordentligt, se Figur 4.
Figur 4 En luftpump syresätter vattnet för att rötterna skall ha konstant tillförsel av syre.
Ebb och flod
Ebb och flod bygger på att plantornas rötter dränks i intervall. Med jämna mellanrum pumpas näringslösning upp så att rötterna blir helt dränkta. Önskad nivån fås genom att justera höjden på avrinningen, se Figur 5.
Figur 5 Näringslösning pumpas upp med jämna intervall och dränker plantornas rötter.
När pumpen stängs av tillåts lösningen sjunka undan genom pumpen och rötterna friläggs, se Figur 6. Med ett förinställt intervall pumpas näringslösning åter in igen och proceduren upprepas, vilket håller rötterna fuktiga med riklig tillgång till syre. Ebb och flod systemet har ofta Leca i hela karet som växterna placeras i, vilket gör att antalet växter som odlas kan varieras. Rengöringen blir dock något mer omfattande.
Figur 6 Näringslösningen tillåts sedan sjunka undan och rötterna får tillgång till syre.
NFT – Näringsfilmteknik
Näringsfilmtekniken baseras på att näringslösning strömmar i en tunn film under plantan.
Plantan placeras på samma sätt som i Aeroponiksystem med skillnaden att rötterna når ner till näringslösningen och på så sätt får ett kontinuerligt tillskott av vatten och näring, se Figur 7.
Figur 7 Näringslösningen rinner längs botten och växternas rötter kan absorbera näringslösning.
En tillämpning på denna metod är att ha ett något större flöde vilket skapar en reservoar av näringslösning på botten, vilket ger plantorna en chans att överleva en kortare period även om pumpen av någon anledning fallerar. När antalet plantor som planteras i rad blir större minskar även mängden syre och näring till den sista plantan vilket kan leda till ojämn tillväxt.
Droppbevattning
Droppbevattning används inte bara inom hydrokultur utan är även mycket vanlig vid konventionell odling utomhus. Vid droppbevattning utomhus placeras ett utlopp vid varje planta som förser dessa med ett kontinuerligt litet flöde av vatten, vilket medför att den lämpar sig framförallt för större plantor. Fördelen är att mycket vatten kan sparas då hela ytan inte behöver bevattnas utan varje planta får sin beskärda del. I ett hydrosystem droppas lite vatten ner på odlingsmediet vilket gör att rötterna har tillgång till vatten och näring kontinuerligt på samma sätt som vid odling utomhus, men överskottet som inte plantan absorbera tillåts rinna ner till reservoaren av näringslösningen. På detta sätt återvinns den näringslösning som inte plantan behöver, se Figur 8.
Figur 8 Näringslösningen droppas ner på plantan med ett konstant flöde.
Aspekter av aktiva odlingsmetoder
• Tid - Den mest uppenbara fördelen med hydrokultur är att du kan spara både tid och möda. Man behöver spendera mindre tid att förbereda och underhålla sina växter. Man behöver inte släpa tunga jordsäckar, utan löser enkelt den koncentrerade näringen med vanligt kranvatten. Ett enkelt hydroponiskt system kan bli mycket mera tidseffektivt än att odla på konventionellt sätt.
• Ogräs - Ogräs är inget större problem vid odling inomhus, och ett litet problem om man skulle odla på balkongen. Ogräs konkurrerar om näring, vatten och plats med plantan. I ett hydrosystem är odlingsmediet sterilt, vilket gör att det inte blir någon konkurrens om näring eller utrymme och plantan kan fokusera all sin energi på att växa.
• Sjukdomar - Ingen användning av jord och sterilt odlingsmedium samt en bra sammansättning av näring ger väldigt goda möjligheter för en frisk planta. Jordlevande parasiter och patogena bakterier saknas i det sterila odlingsmediet, vilket bereder för friska och starka rötter. Ovan jord är det lättare att upptäcka sjukdomar på plantorna och lättare att underhålla då odlingen kan göras mer kompakt.
• Ljus - Utomhus är man utlämnad till solen och det nyckfulla vädret. Inomhus finns det möjlighet att kontrollera miljön så att plantan hela tiden har rätt förutsättningar för att trivas.
• Tillväxt - Då växten konstant har tillgång till näring och vatten kan den producera ett litet och mycket kompakt rotsystem. Det gör att plantan inte behöver spendera energi till att växa långa rötter för att leta efter vatten och näring. Närheten till allt den behöver, gör att plantan kan växa fortare och skördas tidigare.
• Stress - En konstant tillväxtmiljö gör att plantan inte utsätts för växlande temperaturer, dåliga ljusförhållanden eller torka. Plantorna blir starkare och undviker lättare sjukdomar.
• Skörd - Plantorna har med dessa förutsättningar möjlighet att kunna ge större och snabbare skördar.
• Renhet - Odla växter blir inte renare än med hydrokultur. Ingen jord och ett välskött system blir inte så lätt smutsigt. Ett lättskött rent system lämpar sig väl för odling inomhus.
• Cirkulering - Samtliga växter är sammankopplade i systemet, vilket kan leda till att vattenburna sjukdomar sprids mellan växterna. Cirkulationsproblem kan resultera i att samtliga plantor dör, det gäller även feldosering av näring och pH-värde.
2.2 Odlingsmedium
Vid odling med jordfria metoder måste jorden ersättas med något annat som plantan kan stödjas sig med. Det är möjligt att odla i flertalet medier där de alla bör vara fria från näringsämnen vilket gör att det inte lika lätt bildas alger, mögel eller att ohyra trivs i materialet.
Leca
Leca är en förkortning av Light Expanded Clay Aggregate vilket är lera som expanderas vid mycket höga temperaturer. Detta resulterar i brända lerkulor som är lätta, porösa och bevarar
sig grusliknande partiklar som kan täppa igen pumpar, detta undviks enkelt genom rengöring innan odling. De kan även återanvändas mellan odlingarna om de rengörs väl och kokas (J.
Benton, 2005).
Stenull
Stenull framställs från Basalt, vilket är en vulkanisk bergart samt kalksten som vid 1500ºC smälts till lava. Därefter tillåts lavan rinna ner på roterande diskar och slungas iväg för att bilda långa trådar. Sedan pressas dessa och formas till kuber. Fördelar med Stenull är att det har en väldigt bra uppsugningsförmåga, bevarar fuktigheten samt ger rötterna tillgång till syre.
Återanvändning av mediet fungerar bra om rengöring görs mellan varje odling, detta genom tillexempel kokning Stenull används vanligen vid rotning av sticklingar och så frö i, men även för hela odlingen, dock främst i Droppsystem och NFT (J. Benton, 2005).
Kokosfibrer
Kokosfibrer är fiber från kocksnötens skal, som krossas eller rivs till en hanterbar massa.
Fibrernas storlek varieras efter behov och vad som skall odlas. Deras största fördel är att de kan hålla stora mänger fukt. Ofta blandas fibrerna med andra medier som perlit eller vermiculit.
Kokosfibrerna är ett mycket populärt odlingsmedium vid framförallt Droppsystem och undviks i stort vid odling med flödande vatten eftersom de fina partiklarna har tendens att följa med vattnet och riskerar att sätta igen rör eller pumpen (J. Benton, 2005).
Perlit
Perlit är en mineral, vulkaniskt glas som vid odling används efter att ha upphettats kraftigt, vilket förändrar strukturen så att den blir vit och porös. I det tillståndet kan perliten hålla mycket vätska. Perlit används inte bara vid hydroponisk odling utan även som jordförbättrande medium då jorden blir luftigare och kan hålla både mer syre och större mängd vatten. I hydrokultur används den både uppblandad, ofta med Kokos, eller som ensamt medium medium. Perlitens lilla kornstorlek och låga densitet gör att den lämpar sig framförallt för odlingsätt som inte har strömmande vatten, (J. Benton, 2005).
2.3 Näring
Alla växter behöver näring, men beroende på vad som odlas behövs det olika mycket av olika näringsämnen. Näringsämnena kan delas in i två grupper makro- och mikronäring, se Tabell 1.
De näringsämnen det alltid behövs mer av och som står för 75 % av all näringsupptag är kväve, fosfor och kalium (Wightman, 1999).
Tabell 1 Växternas huvudsakliga näringsämnesbehov.
Makronäringsämnen Mikronäringsämnen
Kväve (N) Järn (Fe)
Fosfor (P) Mangan (Mn)
Kalium (K) Zink (Zn)
Kalcium (Ca) Koppar (Cu)
Magnesium (Mg) Bor (B)
Svavel (S)
Det finns ett mycket stort utbud av näringar som är anpassat just för hydroponisk odling, vilket är mycket viktigt att ta i beaktande. Näring eller gödsel för jord innehåller inte alla de ämnen som en växt behöver utan är bara ett komplement av de näringsämnen som växten konsumerar mest utav. Näring för hydroponisk odling har därför mycket större innehåll av mikronäringsämnen som inte bara är viktig för tillväxt utan även för smak och växten motstånd mot sjukdomar och stress.
Näringslösningar finns i olika utföranden både som pulver eller i vätskeform. Det finns näring som är färdigblandad som koncentrat samt näring som består av flera komponenter, därutöver finns flertalet olika tillskott allt efter vad som önskas. Det som skiljer är framför allt att fler komponentsnäringen går att kombinera något efter växtens behov, beroende på art eller växtfas.
Medan den färdiga näringslösningen har en fungerande sammansättning av näringsämnen för hela växtfasen.
En viktig komponent för växternas välmående är också syreupptagningen. På samma sätt som de flesta växter trivs i en luftig jord, vill plantorna ha hög syrehalt i vattnet. Syre tillsätts ofta med hjälp av en luftpump och en syresten som placeras i tanken, men även genom att låta vattnet strömma syresätts vattnet. Vattnet blir efter ett tag mättat på syre och kan då inte absorbera större mäng syreatomer, där vattnets förmåga att binda syre begränsas till stor del av vattnets temperatur, där en lägre temperatur kan hålla större mängd syre.
pH-värdet
En viktig faktor är även pH-värdet för att växterna skall kunna ackumulera de viktiga näringsämnena. Ett bra medelvärde bör helst ligga runt pH 6, alltså svagt surt. Vanligt kranvatten är ofta svagt basiskt, riktvärdet för dricksvatten i Stockholm är ett pH-värde mellan 7,5 - 9 (Stockholm Vatten, 2011), men variera en hel del beroende på vart man får sitt vatten ifrån vilket också påverkar växternas möjlighet att tillgodose sig näring. Vissa typer av näringslösningar innehåller en pH buffert som kompenserar ett avvikande pH-värde till viss del. För att kunna skapa en optimal miljö för växterna och de skall kunna tillgodo se sig näringen lättast bör pH mätas och justeras med jämna mellanrum.
2.4 Belysning
Vid odling är ljus en av de viktigaste komponenterna för att få en bra och riklig tillväxt på plantorna. Vid odling utomhus får plantorna tillräckligt med ljus från solen, men när odling sker inomhus och framförallt på vintern är ljusförhållandena för dåliga och ljustimmarna alldeles för få. För att växterna skall växa måste rätt ljusspektrum användas för att stimulera fotosyntesen, det området ligger framförallt inom det synliga spektrumet 400-700nm. Växterna kräver framförallt ljus i det blåa och röda ljusspektrumet men stimuleras även av ett bredare spektrum, (Duysens, 1964). Vilket spektrum som är bäst varierar mellan olika växter samt i vilket stadie växten befinner sig. Men där växterna visar störst fotosyntesaktivitet ligger väldigt nära eller kring våglängderna 440nm, 620nm och 670nm (McCree, 1972), se Figur 9. Energieffektivast vore att använda lampor som endast producerar ljus med endast de effektivaste våglängderna.
Nackdelen blir att det blir mycket obehagligt ljus att ha i de utrymmen man spenderar mycket tid och lämpar sig därmed inte till bostaden.
Figur 9 Graf över det ljus som aktiverar fotosyntesen (PAR) samt absorptionsförmåga för respektive våglängd.[1]
Förutom att aktivera fotosyntesen påverkar rött och blått ljus växten olika. Ett dominant blått ljus gör växten låg och kompaktare och rött gör att växten blir längre, (Olsson, 1989). En annan viktig aspekt är att växterna även behöver en stor mängd ljus för att de skall frodas och därmed måste ljusflöde också vägas in. Det finns flertalet lampor som lämpar sig för att odla, men för att få en trivsam hemmiljö måste människans upplevelse av ljuset vägas in. För att jämföra och välja belysning tas lampornas spektrum och ljusflöde i beaktande. Glödlampans dåliga egenskaper av både ljusspektrum och ljusflöde gör att den inte tas upp i sammanställningen av lampor.
Lysrör
Lysrör och kompaktlysrör finns i flera utföranden och storlekar. Lysrören är billiga i jämförelse med övriga lampor och har ett bra ljusspektrum samt låg temperatur, (Olsson, 1989).
Högfrekvensdonsdrivna lysrör är dessutom snabbare att starta, flimrar inte, drar mindre energi och håller längre än traditionella lysrör med glimtändare. Lysrör avger mellan 80-100lm/W, en livslängd av ca 15000h och finns med varierande ljusspektrum beroende på ändamål (Osram, 2012).
Lågenergi
Lågenergilampor finns också i ett stort utbud av sorter med olika färgspektrum och varierande effekt. Färgspektrum samt livstid är mycket likt det hos lysrör men har ett något sämre ljusflöde, 60-70lm/W, (Osram, 2012). Lågenergilamporna har fördelen att ha integrerat drivdon vilket gör att den passar vanlig sockel, som dock medför att den får en stor fot som gör den ganska klumpig att montera.
Halogen
Halogenlampor har den fördelen att de är mycket små och lika så armaturerna. Det ger mycket stor frihet i att utforma och placera belysningen. Halogenlampan har det stora problemet att den
blir mycket varm och ljusavgivningen varierar mellan olika typer. Det finns dock typer som har belagts med ett ytskikt som reflekterar tillbaka en del av den infraröda strålningen, som står för en stor del av värmen, vilket både förbättrar mängden ljus som avges, sparar energi och samtidigt begränsas temperaturen. Standard halogenlampor har ett ljusflöde mellan 10-30lm/W, väldigt lite ljus i det blå spektrumet och en livslängd på ca 2000h (Osram, 2012).
LED (Light Emitting Diode)
LED lampor finns i flera utföranden där de kan vara integrerade direkt i armaturen, med vanlig sockel, monterade i band och kan köpas styckevis för att bara nämna en del av möjligheterna.
LED ger mycket stor formfrihet och avger mycket lite värme samtidigt är de miljövänligare än andra ljuskällor. Dioderna kan kombineras för att konstruera ett optimalt spektrum för växter, men det finns även dioder som avger vitt ljus vilket täcker det synliga spektrumet mycket bra.
Tittar man på standard utbudet av LED lampor idag ligger ljusflödet på ca 40-70lm/W och en livslängd på ca 20000 - 30000h men är förhållandevis dyra, (Philips, 2012). Tittar man på High Power-LEDs har de betydligt högre ljusflöde men likväl mycket dyra och varje diod ligger oftast kring ett eller ett par watt vilket gör att man är tvungen att ha ett större antal HP-LEDs för att få samma ljusflöde som andra ljuskällor som kan ha högre effekt per lampa.
Urladdningslampor
Urladdningslampor finns i flera utförande och används ofta till odling i växthus där de anpassas efter den växt som odlas. De används just för att de avger väldigt mycket ljus i jämförelse med andra lampor. Största användningsområdet är vid belysning av större utrymmen eller höga plantor för att kunna lysa ner i bladverket. Urladdningslampor har förhållandevis dyra armaturer och lampor samt avger massor med värme. Urladdningslamptyperna är metallhalogen, högtrycksnatrium och kvicksilverlampor, (Roberto, 2003).
Metallhalogenens stora fördel bland urladdningslamporna är att den har mycket god färgåtergivning och de lampor med en temperatur över 5000K har ett mycket gott ljusspektrum över alla våglängder. Utöver detta avger den väldigt mycket ljus även om den inte når upp till en högtrycksnatriumlampa. Livslängden är dock begränsad, den avger mycket värme samt att armaturerna är förhållandevis stora.
Högtrycksnatriumlampan avger mest ljus och används i stor utsträckning av yrkesodlare. Den har även lång livslängd vilket är en fördel då både armaturen och lamporna är förhållandevis dyra. Nackdelen är att det är mycket dålig färgåtergivning och saknar nästan helt det blå våglängderna. Detta gör att den lämpar sig framför allt som ett komplement till annan eller naturlig belysning.
Kvicksilverlampor är den av dessa tre typer av urladdningslampor som kan ha minst armaturer vilket gör det möjligt att ha i hemmet. Färgåtergivningen är ganska dålig men har, om än lite, ljus i både röda och blåa ljusspektrumet vilket då också kompenseras av sitt stora ljusflöde.
3 GENOMFÖRANDE
Genomförandet är en strukturerad process för produktutvecklingen som bygger på de metoder som anges i kapitel 1.4.
3.1 Förundersökning
Förundersökningen inleddes med att allmänt söka på internet med hjälp av sökmotorn Google och tittade även på flertalet filmklipp på Youtube. Efter att skaffat sig en uppfattning om begreppet hydroponisk odling lånades böcker från bibliotek, besökte diverse odlingsforum som odla.nu, swecan.org och alltomtradgard.se. Databaserna Scopus och Science Direct användes för att hitta rapporter behandlande hydroponisk odling och växters behov, söksträngar återfinns i BILAGA A. Befintliga odlingssystem eftersöktes och undersöktes.
3.2 Konceptgenerering
Koncepten gjordes utan begränsning av val av odlingsmetod, odlingsmedium eller belysning. Ur brainstormingen erhölls ett stort antal förslag där fyra koncept valdes att arbeta vidare med.
Varje koncept representerar dessutom skilda odlingsmetoder. Kravspecifikationen utformades och användes som utgångspunkt för att specificera förslagen, se BILAGA A. Genereringen av kravspecifikationen hade sitt ursprung i informationssamlingen och övergick därefter till att ta fram och diskutera förslag gemensamt. Statistik och fakta att grunda argument på och liknande produkter att jämföra med var prioriterade för att få en grund att stå på.
Tripple
En väggmonterad eller bänkplacerat koncept vilket ger kunden valfrihet att anpassa efter sina levnadsvillkor. Tripple är 90cm lång 30cm hög och 40cm djup, vilket ger generöst med utrymme åt vattentanken. En smal smidig LED-ljusramp med samma form är placerad ovanför vilken går att justera i höjdled allt eftersom plantorna växer för att ge maximalt med ljus. Växterna
planteras i nätkrukor som placeras i hål som är utskurna ur locket, se Figur 10.
Figur 10 Skiss av produktförslaget Tripple.
Tripple är utrustad med Aeroponisk odlingsteknik, där näringslösningen sprutas på rötterna.
Locket håller växterna ovanför munstyckena som sprutar dimman men hindrar även ljus från att tränga ner i vattenbehållaren, se Figur 11.
Figur 11 Ett tvärsnitt av konceptet som illustrerar funktionen.
Hänget
Hänget utformades för att hänga från taket för att minimera mängden golv eller bordsyta i hemmet. Produkten är försedd med en vajer som kortas till önskad längd för att sedan hängas på en krok i taket, se Figur 12.
Figur 12 Skiss av produktförslaget hängande från sidan och framifrån.
Konceptet kan endast innehålla en planta men är inte större än att flera skall kunna placeras nära varann, eller lite omlott. Genom att placera i fönstret eller i närheten tas mycket naturligt ljus tillvara vilket minskar behovet av kompletterande belysning. Mindre lampor skulle kunna fästas i vajern med en smäcker armatur. Vajerfästet är format för att kunna få ett bra grepp när det är dags att plantera eller göra rent systemet. Hänget skulle utrustas med ett djupvattensystem vilket
gör att luftpump skulle förse näringslösningen med syre, se Figur 13. På detta sätt kan transparant slang i små dimensioner användas vilket blir mycket diskret längs vajern.
Figur 13 Illustration av funktion sett genom ett tvärsnitt av konceptet.
Vattentornet
Vattentornet är ett golvstående växtsystem med hög kapacitet. Tornet byggs upp av moduler och önskat antal nivåer kan erhållas, se Figur 14.
Modulerna är både enkla och snabba att byta ut om antalet plantor varierar eller vid rengöring kan en nivå i taget göras rent. Odlingen sker genom en blandning av droppsystem och NFT.
Varje nivå är fylld med Leca kulor så att hålen för vattentillförseln täcks och minskar alg tillväxten. Vattnet rinner då ner i odlingsbädden nästan ända upp mot topplagret, vilket gör att en större del av bädden hela tiden är fuktig. Genom att ha en hel bädd med Leca kan plantorna planteras med önskat avstånd och en större mängd växter planteras samtidigt.
Örttavlan
Modulen är väggmonterad och Figur 15 visar frontskivan där måtten är 70x120x20cm och vardera sex fack är 20x15cm, måtten 70x120 är tagna från en tavelram. Frontskivan är tillverkad av ihålig plast med en högblank vit yta som ska fungera likt en whiteboard där man ska kunna skiva namnet på respektive växt.
Figur 15 Örttavlan sett framifrån.
Odlingsteknologin är näringsfilmsteknik där näringslösningsbehållaren sitter överst, sedan rinner näringslösningen ner genom systemet och pumpas sedan upp till behållaren igen, se Figur 16.
Figur 16 Funktionen och komponenter sett genom ett tvärsnitt.
Odlingsmediet är Leca Belysningen består av ett lysrör som är placerat mellan facken, vilket nästan helt kan ersätta naturligt ljus. Örttavlan behöver då inte hänga vid fönstret och riskerar inte att brännas av solen samtidigt som växterna kommer att få en bra ljusmiljö även vintertid.
3.3 Konceptval
Vid val av koncept gjordes en utvärdering med hjälp av en Pugh-matris (Ullman, 2010). Denna metod används för att utvärdera hur bra de olika koncepten uppfyller de uppsatta kraven som i förväg tilldelats en avvägd viktning. En total vikt, 100 %, fördelades över de olika koncepten.
För att utvärdera hur bra koncepten uppfyller kraven, jämfördes de med det koncept som på förhand antogs vara bäst anpassat till kravspecifikationen. Vid jämförelsen användes följande tecken: - (sämre), = (likvärdigt) och + (bättre).
Det koncept som valdes som referens är Tripple. Kraven och önskemålen som specificerats i kravspecifikationen omformulerades till kriterier som går att jämföra mellan de olika koncepten.
Det ska poängteras att resultatet som erhålls ur matrisen är sprunget helt och hållet ur gruppens gemensamma resonemang och slutsatser.
Pugh-matrisen visar att Örttavlan är det koncept som bäst uppfyller de kriterier som angetts.
Detta syns tydligt både i den absoluta jämförelsen (TOTALT), men matrisen indikerar även att Örttavlan är särdeles bra i avseendet att ta upp liten boyta. Dessutom ser man att ett område för förbättring är att det anses vara svårare att rengöra och dess bristande försäkran mot läckage än
Tabell 2 Pughmatris för val av koncepten.
Tripple (referens)
Vattentornet Örttavlan Hängande Vikt
Uppta liten boyta = - + + 5
Lätt att rengöra = - - = 3
Rymma flertalet plantor = + + - 4
God säkerhet mot läckage = - - = 5
Möjlig att använda året runt = - = - 4
Antal bättre 0 1 2 1
Antal sämre 0 4 2 2
Antal lika 5 0 1 2
Viktad summa av bättre 0 4 9 5
Viktad summa av sämre 0 17 8 8
TOTALT 0 -13 1 -3
Med denna utvärdering som stöd, tillsammans med övriga diskussioner kring fördelar och nackdelar med de olika alternativen, valdes konceptet Örttavlan för vidareutveckling och då byttes även namn till Urban. Urban ansågs passande, både som ett traditionellt svenskt namn men också en tydlig anspelning till urban odling.
3.4 Funktionsmodell
För att få en uppfattning om att odla hydroponiskt gjordes en första funktionsmodell med NFT system. Modellen gjordes av ett 75x1000mm PVC-rör med en 90 graders vinkel, en förstoringskoppling och en skarvmuff med tillhörande propp i vardera ände för att täta modellen.
En liten cirkulations pump fick sedan pumpa upp näringslösningen genom en slang som är placerad i röret. Gravitationskraften får sedan återföra näringslösningen. Längsmed röret utskars hål för plastmuggar med utskurna slitsar, som fungerade som nätkrukor.
Figur 17 Funktionsmodell i PVC
Växterna förgroddes i jord och sedan sköljdes rötterna och placerades med Leca i plastmuggarna. Trots den korta tid funktionsmodellen användes för att influera projektet gav den en större förståelse och många uppslag och problem uppdagades. För att undersöka om det skulle bli någon märkbar skillnad med belysning även om modellen var ljust placerad, gavs en planta extra belysning, från en liten skrivbordslampa, vilket resulterade i betydligt bredare blad och
grövre stam. Av misstag glömdes belysningen på över natten, vilket resulterade i att delar av bladen brändes. Detta gav idén att tillverka en inbyggd timer, vilket skulle komma att bli konkurrenskraftigt då konkurrenterna saknar det.
Leca kulor fungerade utmärkt som odlingsmedium och var lätta att hantera både vid plantering samt byte av plantor. Vid omplantering från jord insågs även bristerna av att använda för finkornigt medium, då partiklarna lätt flyter med vattnet, som insågs kunna täppa igen pumpen.
3.5 Vidareutveckling av valt koncept
Samtidigt som funktionsmodellen testades fortsatte utvecklingen av Urban med Örttavlan som grund. För att förbättra de brister som åskådliggörs i Pugh-matrisen valdes att förändra karens utformning så att de lättare skall kunna rengöras, men även lättare att tillverka, se Figur 18.
Figur 18 Vattenkar med enkla former för att underlätta vakuumformning.
För att få en bättre uppfattning om form och storlek ritades Urban upp på ett köksfönster. Då uppfattades storleken som alldeles för stor och krymptes från 70x120x20cm till 50x80x12cm. I och med att höjden blev lägre kunde pumpstorleken förminskas eftersom konstruktionen inte krävde samma tryckkapacitet från pumpen.
Örttavlan var tänkt att utformas som en stomme med en front så att det skulle se ut som en tavla som hängde med en distans från väggen. Men när det diskuterades av gruppen hur denna stomme skulle tillverkas och eftersom fronten var tänkt att kunna öppnas vid rengöringen av karen eller annan underhållning av insidan ansågs det för invecklat och det kändes som att designen tog över funktionen. Därför infördes sidor runt hela modulen för att kunna dölja kablar och socklar men med stora öppna fack för att det fortfarande skulle ge ett luftigt intryck, Figur 19.
Belysningen ändrades till att vara riktade rakt ovanifrån växterna för att de skall få en naturligare tillväxt, då de strävar mot ljuset. Men då bredden minskats fick vanliga lysrör inte längre plats och dessa kunde uteslutas som belysning.
En tidig tanke var att avståndet mellan växt och belysning skulle vara justerbart. Men för att inte göra konstruktionen större och minimera invecklade lösningar skall en dimmer integreras. På så sätt kan både bättre ljusergonomi och skydd mot att växterna bränns uppnås. Även hålen på framsidan förändrades i och med att det vertikala lysröret togs bort och för att ge lättare tillgång och större vy över växterna.
Eftersom konkurrerande modeller, hade något större kar och längre driftperioder förstorades tanken. För att tanken skulle få plats valdes att ta bort det nedre facket av växter, vilket förändrade vattenflödet, se Figur 20.
Figur 20 Urbans vattensystem.
Att integrera reflektorer för att åstadkomma högre ljusintensitet var hela tiden den ursprungliga tanken, men eftersom storleken spelar en central roll och sidostyckena valdes till plåt och dörren vit som ger god reflektion övervägs att försöka kompensera utebliven reflektor med något högre ljusintensitet.
För att sedan vidareutveckla Urban i rätt riktning påbörjades en QFD för att jämföra Urban mot konkurrenter på marknaden.
3.6 Quality Function Deployment
En QFD, kundcentrerad kvalitetsutveckling, gjordes i två omgångar för att undersöka om de svagheter som uppkommit under första analysen hade blivit tillräcklig konkurrenskraftiga vid andra utvärderingen. Kundkraven kommer från olika odlingsforum som bland annat odla.nu, swecan.org och alltomtradgard.se och där de vanligaste frågorna sammanställts. Swecan är en
svensk hemsida om cannabisodling, vilket är viktigt att poängtera inte är tänkt för detta projekt, men hemsidan har ett stort, intressant forum och faktum är att denna typ av vattenodling är känd och välanvänd av cannabisodlarna sedan länge då odlingsformen passar deras förutsättningar.
Deras erfarenheter av att faktiskt bruka odlingsmetoden har till viss del varit en bra informationskälla.
Ur QFD matrisen kunde de viktigaste produktegenskaperna urskiljas, vilka var kontroll av vätskenivå och byte av näringslösning. Strax efter det kommer tankens storlek och tilläggsbelysning och de var jämna. Kunde även se att total strömförbrukning var minst relevant för kunden.
Enligt första utvärderingen så hade Urban ingen kontroll av vattennivå och likvärdig belysning med Zengrow, som är en konkurrent på marknaden. Urban hade även dålig kontroll av säkerhet och saknade alternativ att skydda sig mot läckage.
Vid andra utvärderingen, se BILAGA C, hade Urban fått kontroll av vattennivån och uppfyller därmed det kravet. Automatiserad ljuscykel tillkom som en produktlösning efter andra omgången och var i särklass mindre och med betydligt bättre belysning. Säkerheten mot läckage sågs även över för att söka säkrare lösningar. Strömförbrukning är en kategori som Urban visar brister i, men eftersom den inte anses viktig för kunden samt att samtliga strömförbrukande komponenter är vitala för funktionen lades ingen större vikt vid denna kategori.
QFD-matrisen visade bland annat att Urbans säkerhet mot läckage var betydligt sämre gentemot konkurrenterna, vilket redan hade setts från Pugh-matrisen. Men det var först nu som en bra lösning på problemet hade uppnåtts. Största faktorn varför konkurrenterna har större säkerhet är att all näringslösning är inneslutet i tanken. Att bygga ett inneslutet system anses inte möjligt med Urban, då det påverkar storleken i för stor utsträckning och ingen möjlighet till två plan.
Urbans säkerhet förbättrades genom att förse övre karet med två genomföringar. En av riskerna har varit att rötter skulle täppa till vätskeledaren mellan karen och på så sätt få dessa att svämma över. Med två avrinningar med mynningarna placerade på olika höjd minskar risken markant för att detta skall ske. Vätskeledaren med högst placerad mynning fungerar som en reserv och kommer att leda bort näringslösningen först när nedre röret täpps till, se Figur 21.
Slanggenomföringarna limmas med Silicon och dras fast med mutter på undersidan vid monteringen för att säkerställa att de är täta. Slangarna pressas på den hullingförsedda genomföringen, denna fastlåses inte eftersom den ska kunna tas loss vid rengöringen.
Ifall det lägre placerade röret täpps till, stiger näringslösningsnivån och avlägsnas istället genom det andra röret till tanken. Om medföljande användarinstruktioner följes minimeras risken. För att systemet skall vara luktfritt, fri från bakterier, alger och minska chansen för ohyra krävs regelbunden rengöring av systemet.
Karen har ett urtag i bakre hörnet för att slangen från pumpen skall kunna gå fritt och karen skall kunna tas bort utan att behöva avlägsna slangen. Med samma tanke hänger slangen i urfasningen i övre karets kant, se BILAGA D. Detta förenklar hanteringen då pumpen slagits av kan slangen enkelt häktas av och karet avlägsnas.
3.7 Prototyp
Ett tidigt mål var att göra en prototyp. Genom att göra en prototyp kan snabbt flera olika funktioner och jämförelser analyseras och avvägas. Detta kan spara tid genom att rätt designbeslut genomförs och mycket projektkostnader kan sparas.
Prototypen utformades skalenligt och funktionsmässigt som produkten, men stomme anpassades efter annorlunda form på odlingskaren. Timer inkluderades inte och karen förseddes med transparant front för att illustrera funktionen tydligare vid redovisningen, se Figur 22.
Figur 22 Färdig prototyp med växter.
Prototypen har även hjälp till att lösa konflikter. Projektgruppen har haft starka åsikter om hur vissa funktioner och lösningar bör genomföras. De skilda uppfattningarna har resulterat i konflikter, vilka varit svåra att lösa eftersom båda sidorna har bra åsikter. Genom prototypen har gruppen lättare kunnat förmedla sina idéer och lösningar. På samma sätt blir man tvungen att under konstruktionen tackla de oförutsedda tekniska problemen för att skapa en fungerande prototyp. Sedan kan dessa lösningar tillämpas till ett mer elegant system. När den är färdigutvecklad till en prototyp kan den testas i verkliga situationer och därmed kan utformningen och konceptbrister ses över.
Genom en prototyp kan även storleken tydligare uppfattas och placeras i sitt sammanhang, vilket underlättar beslut om produkten uppfattas som stor eller liten. Prototypen möjliggör även uppskattningar av konstruktionens hållbarhet. Prototypsprocessen hjälper även till vid beslut om material samt att avgöra vilka tillverkningsprocesser som kommer att krävas.
Genom att ha en verklig fungerande prototyp hoppas gruppen att åskådarna vid redovisningen ska få något att prata om och interagera med. Tror även det uppskattas av företag, genom att se en utvecklad prototyp för att demonstrera genomförbarheten av idén. Det leder i sin tur till ökade chanser för involvering i projektet och därmed öka sannolikheten för att idén ska kunna finansieras och förverkligas.
Sidorna
Sidostyckena tillverkas i två delar för att kunna skäras i vattenskärare. Formen gjordes först i Solid Edge och konverterades sedan till formatet .dwg för att kunna vattenskäras i 1mm tjock stålplåt. Därefter falsades kanterna 10mm på samtliga sidor för att uppnå ökad stabilitet. För att få en radie på 50mm på hörnen bockades de förhand med hjälp av ett ihåligt stålrör som valdes till 88mm, något mindre än 100mm vilket var önskad diameter på hörnen, se Figur 23.
Figur 23 Manuell bockning av sidostyckenas hörnradier.
Genom att välja ett mindre rör än önskad diameter kompenserades plåtens elasticitet. Sedan svetsades sidor ihop och slipades till önskad yta, se Figur 24.
Figur 24 Putsar ytan till önskad finish.
Materialet till stommen sponsrades av KTH-verkstaden.
Hyllplanen
Hyllplanen ritades först i Solid Egde för att kunna visa och rådfråga Thomas Östberg, verkstadsansvarig, därefter gjordes små förändringar. Materialet valdes till plåt eftersom det är lättarbetad, starkt och det finns resurser i verkstaden att tillgå.
Figur 25 Justering av hyllplan inför svetsning.
Plåtbitar klipptes och bockades efter önskad form. Sedan svetsades dessa för att bära vattenkaren och uppnå ytterligare stabilitet i konstruktionen, se Figur 25. Materialet sponsrades av KTH- verkstaden.
Dörr
Dörren är tillverkad i MDF både för att materialet är lättarbetat och för att den fanns att få i önskad tjocklek. Dörrens konturer sågades ut och sedan efterbehandlades genom slipning, spackel, färg, lack och fräsning för gångjärn för att nå önskat resultat, Figur 26.
Figur 26 Fräsning för att försänka gångjärnen.
Materialet sponsrades av Mikael Johansson, snickare.
Vattensystemet
Vattensystemet består av en vattentank, två kar, rör och en pump. Vattentaken och karen har valts att tillverkas i vit plast, se Figur 27, och med en genomskinlig framsida för att vid presentation illustrativt redovisa vattensystemet. Där bidrar även den vita plasten med att förstärka ljuset inuti karen och en skarp kontrast mot de svarta nätkrukorna.
Vattentankens och karens sidor är utskurna i plast, Figur 28, och sedan sammanfogade med Silicon för att ge en hållbar och snygg montering, se Figur 29. Locken skars ut i samma plast, men med hjälp av vattenskärare för att få rätt hålprecision.
Figur 28 Urskärning av vattenkarens sidor.
Figur 29 Maskering och montering av distanser inför limning med Silicon.
Plast skivorna sponsrades av KTH-verkstaden.
Belysningen
För att komma så nära den belysning, som skall vara i produkten, som möjligt och kunna använda likadana kompaktlysrör som det är tänkt att vara i den riktiga modellen beställdes HF- don för att kunna driva 2x36W kompaktlysrör. Hög frekvensdonen samt kompaktlysrörshållarna beställdes från ebay.com. Jordad kabel köptes från Clas Ohlson. Innan kopplingen gjordes avstämdes vårt kopplingsschema, se Figur 30, med Mikael Hellgren, forskningsingenjör inom mekatronik på KTH.
Figur 30 Kopplingsschema till belysningen.
Övriga elkablar och sockerbit sponsrades av KTH. Efter koppling snyggades kopplingen till genom att limma kablarna på dörren.
Figur 31 Belysningen monterad och testkörs.
Därefter testades kopplingen och kompaktlysrören gav ett lysande resultat, se Figur 31.
Pump
Pumpen valdes efter goda specifikationer, rätt mått och klarade en betydligt högre lyfthöjd.
Samtidigt införskaffades nätkorgar och plaströr med diametern 13mm för att passa pumpens storlek. Komponenterna beställdes från hydrogarden.se.
4 RESULTAT OCH DISKUSSION
Här sammanställs och diskuteras de komponentval och tillverkningsmetoder som leder fram till den slutgiltiga produkten. Samt en kostnadsanalys av konstruktionen men även driftskostnad för konsumenten.
4.1 Prototyp
Prototypen gav en betydligt större förståelse och uppdagade flera problem. En kritisk detalj var om dörren skulle hållas uppe med hjälp av gångjärnen som både var tredelade och eftersom det valts att fräsas i MDF-skivan för att försänka och gömma gångjärnen utifrån, vilket visade sig fungera enligt önskemålen.
Slangdragningen för vattensystemet blev mer avancerat på prototypen, vilket hjälpte till att förstå vikten av att underlätta hanteringen och urplockningen av karen för att köras i diskmaskin. Karen krymptes både för att lättare gå in och ge plats för både kablage och slangar. Slangen från pumpen skulle annars vara tvungen att gå genom första karet för att komma till det översta.
Montering av lampor och HF-don i stommen flyttades för att göra dörren lättare och både förenkla montage och senare hantering av användaren. Fästen till HF-donet fungerade bra att integrera i konstruktionen vilket kommer att underlätta vid byte av lysrör som satt fast betydligt kärvare än vad gruppen hade förutsett.
4.2 Odlingsmetod
EF, Aeroponik, Djupvattenkultur, NFT och Droppbevattning är alla lämpliga metoder för vattenodling. Urbans utformning av två våningar för växtodling begränsar lämpliga odlingsmetoder. Att Djupvattenkultur inte valdes beror till stor del på storleken ty vid denna metod behövs en vattentank vid vardera våning, vilket skulle innebära mycket mer vatten i systemet samtidigt som luftpumpar är dyrare och måste placeras utanför tanken och skulle öka Urbans storlek. Ett Ebb och flod system blir inte effektivt eftersom man då behöver fylla både det övre och det undre karet vilket ger ett nästan lika stort vattenbehov som Djupvattenkultur.
Aeroponik metoden skulle innebära att fler komponenter används, dyrare montering samtidigt som metoden kräver en kraftigare pump än både EF och NFT. Även Droppbevattning behöver fler komponenter än vid NFT och EF samtidigt som den kräver ett tätare odlingsmedium för att sprida näringslösningen bättre. NFT har fördelen att den behöver bara en liten pump, vilket kompenserar delvis för att den måste gå kontinuerligt, samtidigt lågt vattenbehov då det finns pumpar som fungerar bra även i lågt vattenstånd.
4.3 Odlingsmedium
Leca, stenull, kokos och perlit är alla lämpliga för vattenodling ty de kan hålla mycket vätska och är även så pass luftigt att tillräckligt med plats och syre ges åt växternas rötter. Till viss mån begränsas odlingsmediet efter valet av odlingsmetod. Vid NFT används ofta nätkrukor därmed begränsas odlingsmediets storlek och vikt eftersom det har i uppgift att stödja växten och får därför inte ta sig igenom nätkrukan eller flyta iväg när vattnet strömmar igenom. Därför ansågs inte kokos och perlit lämpliga eftersom de är alldeles för små och lätta, vilket slutligen kan leda
