Wasserpumpen, Luftpumpen und Rohrleitungen für die Hydroponik: Leitfaden zur Dimensionierung

Welche Aufgabe hat eine Hydroponik-Wasserpumpe?

Eine Hydroponik-Wasserpumpe fördert Nährlösung vom Tank zu den Pflanzen und hält sie in rezirkulierenden Systemen auch auf dem Rückweg in Bewegung. Sie dimensionieren die Pumpe anhand zweier Werte: des Durchflusses, den Ihre Rinnen, Tropfer oder Türme benötigen, und der Gesamtförderhöhe (Höhenunterschied zuzüglich Reibungsverlusten), die die Pumpe überwinden muss.

In den meisten Systemen arbeitet die Pumpe zusammen mit zwei weiteren Komponenten: einer Luftpumpe mit Ausströmersteinen zur Erhöhung des gelösten Sauerstoffs im Tank sowie einem System aus Rohren, Verbindungsstücken und Abläufen, das das Wasser im Kreislauf führt. Zusammen bilden sie das hydroponische Pumpensystem. Ist ein Teil unterdimensioniert oder ungünstig angeordnet, zeigen sich die Folgen im Anbau als trockene Rinnenenden, warmes stehendes Wasser, Algen oder Wurzelfäule.

Dieser Ratgeber erläutert, wie Sie eine Hydroponik-Pumpe auswählen, wann Sie eine Luftpumpe benötigen, wie Sie den Tank dimensionieren und wie Sie PVC-Rohrleitungen so planen, dass sich das System entleeren und reinigen lässt und einen Stromausfall übersteht.

Welche Pumpentypen werden in der Hydroponik eingesetzt?

Eine Hydroponik-Tauchpumpe ist die einfachste Wahl für ein einzelnes kleines System. Sobald ein Betrieb mehrere Anbauregale oder einen Gewächshauskomplex umfasst, lässt sich eine externe Hydroponik-Wasserpumpe an einer Verteilerleitung meist leichter warten, da Sie sie mit Ventilen absperren und austauschen können, ohne den Tank zu entleeren.

Wie dimensionieren Sie eine Wasserpumpe für ein Hydroponik-System?

Gehen Sie zur Dimensionierung einer Wasserpumpe für ein Hydroponik-System wie folgt vor:

1. Ermitteln Sie den erforderlichen Durchfluss. Multiplizieren Sie bei NFT die Anzahl der Rinnen mit dem Durchfluss je Rinne. Viele Blattgemüsesysteme arbeiten je nach Rinnenbreite und -länge mit etwa 1 bis 2 L/min pro Rinne. Multiplizieren Sie bei Tropfbewässerungssystemen die Anzahl der Tropfer mit deren jeweiligem Durchfluss. Bei DWC dient die Pumpe nur der Umwälzung und Durchmischung, sodass eine moderate stündliche Umwälzung des Tankvolumens normalerweise ausreicht.
2. Messen Sie die statische Förderhöhe. Das ist der vertikale Abstand zwischen dem Wasserspiegel im Tank und dem höchsten Auslass, beispielsweise der obersten Rinne eines A-Gestells oder dem oberen Ende eines Turms.
3. Schätzen Sie die Reibungsverluste ab. Rohre, Bögen, Ventile und Filter setzen dem Durchfluss Widerstand entgegen. Bei kurzen, großzügig dimensionierten Leitungsstrecken können diese Verluste einen kleinen Bruchteil der statischen Förderhöhe ausmachen. Bei langen oder engen Leitungen können sie diese übersteigen.
4. Addieren Sie den erforderlichen Auslassdruck. Offene Auslässe in Rinnen benötigen nahezu keinen zusätzlichen Druck. Tropfer und Sprühdüsen benötigen ihren Nenndruck, der häufig in bar oder Metern Förderhöhe angegeben wird.
5. Lesen Sie die Pumpenkennlinie ab. Wählen Sie eine Pumpe, die den erforderlichen Förderstrom bei der Gesamtförderhöhe liefert; orientieren Sie sich nicht am maximalen Förderstrom bei freiem Auslauf. Planen Sie ungefähr 20 bis 30% Reserve für Verstopfungen, Verschleiß und spätere Erweiterungen ein.
6. Ergänzen Sie eine Regelmöglichkeit. Bauen Sie hinter der Pumpe einen Kugelhahn oder einen Bypass ein, um den Durchfluss anpassen zu können, sowie ein Rückschlagventil an Stellen, an denen ein Rückfluss eine Verteilerleitung entleeren könnte.

Beispiel: Ein Regal hat 20 NFT-Rinnen mit jeweils etwa 1.5 L/min, insgesamt also 30 L/min oder 1.8 m³/h. Die oberste Rinne liegt 1.8 m über dem Wasserspiegel im Tank, und die Reibungsverluste werden auf etwa 1 m geschätzt. Die Gesamtförderhöhe beträgt somit ungefähr 3 m. Sie benötigen eine Pumpe, die bei 3 m Förderhöhe mindestens 1.8 m³/h liefert. Mit Reserve sollten Sie daher auf der Kennlinie nach etwa 2.2 bis 2.4 m³/h bei dieser Förderhöhe suchen.

Bei Tropfbewässerungssystemen, die zugleich Dünger einspeisen, werden Pumpe und Dosiereinheit gemeinsam dimensioniert; siehe So dimensionieren Sie ein Fertigationssystem.

Benötigen Sie eine Hydroponik-Luftpumpe und Ausströmersteine?

Wurzeln benötigen Sauerstoff. Bei NFT liefern der dünne Film der strömenden Nährlösung und die Luft darüber den größten Teil davon. In Tiefwasserkultur befinden sich die Wurzeln in stehendem Wasser. Deshalb gehört eine Hydroponik-Luftpumpe, die Ausströmersteine versorgt, zur Standardausstattung; landwirtschaftliche Beratungsempfehlungen für Salat auf Schwimmplatten nennen einen Gehalt an gelöstem Sauerstoff von etwa 6 bis 8 ppm. Ausströmersteine in einem hydroponischen Nährlösungstank helfen außerdem, Nährstoffe zu durchmischen und stagnierende Bereiche zu begrenzen.

Praktische Hinweise:

• Verteilen Sie die Luft. Mehrere mittelgroße Hydroponik-Ausströmersteine oder Belüfterleisten entlang eines Schwimmplattenbeckens sorgen für eine gleichmäßigere Sauerstoffversorgung als ein einzelner großer Stein.
• Halten Sie das Wasser kühl. Warmes Wasser kann weniger Sauerstoff aufnehmen. Viele Anbauer streben für die Nährlösung ungefähr 18 bis 22 °C an; mit steigender Wassertemperatur nimmt der Druck durch Wurzelkrankheiten tendenziell zu.
• Dimensionieren Sie nach Tiefe und Volumen. Die beste Luftpumpe für die Hydroponik ist für die Tiefe Ihres Tanks ausgelegt und liefert genügend Luft für alle Ausströmersteine. Tieferes Wasser erfordert mehr Druck. Prüfen Sie die Herstellerangabe für Ihre Wassertiefe statt der Förderleistung bei freiem Auslass.
• Schützen Sie die Pumpe. Montieren Sie die Luftpumpe oberhalb des Wasserspiegels oder bauen Sie Rückschlagventile ein, damit bei einem Stromausfall kein Wasser durch Heberwirkung in die Pumpe zurückfließen kann.
• Messen Sie, statt zu schätzen. Ein tragbares DO-Messgerät zeigt schnell, ob die Belüftung ausreicht.

Informationen zur Gestaltung von Schwimmplattensystemen und zur Pflanzdichte finden Sie in unserem Ratgeber zur Tiefwasserkultur, Informationen zu Rinnensystemen im Ratgeber zu NFT-Systemen.

Wie groß sollte ein hydroponischer Nährlösungstank sein?

Ein hydroponischer Nährlösungstank muss groß genug sein, um Änderungen von EC, pH und Temperatur abzufedern und das gesamte Wasser aufzunehmen, das beim Abschalten der Pumpe aus dem System zurückfließt. Ein größeres Volumen sorgt für mehr Stabilität, verursacht jedoch höhere Kosten beim Befüllen, Heizen oder Kühlen.

• Berücksichtigen Sie zuerst das Rücklaufvolumen. Addieren Sie das Wasser, das in Rinnen, Rohren und Türmen steht. Wenn die Pumpe stoppt, fließt dieses Wasser in den Tank zurück. Kann der Tank es nicht aufnehmen, läuft er über.
• Planen Sie ein Betriebsvolumen ein. An heißen Tagen nehmen Pflanzen viel Wasser auf. Ein Betriebsvolumen, das mindestens der Wasseraufnahme der Pflanzen über ein bis zwei Tage entspricht, verringert die Häufigkeit von EC-Schwankungen und Trockenlauf der Pumpe.
• Verwenden Sie lichtundurchlässiges, lebensmittelechtes Material. Vorratstanks für die Hydroponik sollten Licht abschirmen, um Algenwachstum zu verhindern, und aus lebensmittelechtem Kunststoff oder ausgekleidetem Stahl bestehen.
• Decken Sie den Tank ab. Ein Deckel verringert Verdunstung, Lichteinfall sowie den Eintrag von Schmutz und Schädlingen.
• Planen Sie die Reinigung ein. Bringen Sie am tiefsten Punkt ein Ablassventil an und lassen Sie ausreichend Zugang, um den Tank zwischen den Kulturzyklen gründlich zu schrubben.

Füllen Sie den Vorratstank des Hydroponiksystems alle paar Tage auf und planen Sie alle paar Wochen einen teilweisen oder vollständigen Austausch der Nährlösung ein, damit sich keine unerwünschten Ionen anreichern. Gewerbliche Betriebe ersetzen große zentrale Hydroponik-Vorratstanks häufig durch je einen Tank pro Zone, damit sich Krankheiten oder Dosierfehler nicht auf den gesamten Betrieb auswirken.

Wie verlegen Sie die Rohrleitungen eines PVC-Hydroponik-Systems?

Bei den meisten Hydroponikanlagen mit PVC-Rohren besteht der Zulaufverteiler aus PVC; für die Anbaurinnen werden entweder PVC-Rohre oder speziell gefertigte PVC-Rinnen verwendet. PVC-Hydroponiksysteme sind beliebt, weil das Material kostengünstig, leicht zu verkleben und weithin verfügbar ist. Bewährte Vorgehensweisen:

1. Verwenden Sie lebensmittelechtes, UV-stabilisiertes Material für alle Teile, die mit der Nährlösung in Berührung kommen, sowie lichtundurchlässige oder außen weiße Rohre, um Licht fernzuhalten.
2. Dimensionieren Sie die Zulaufverteiler großzügig, damit der Druck vom ersten bis zum letzten Auslass gleichmäßig bleibt. Ein zu enger Verteiler führt am entfernten Ende zu einer Unterversorgung.
3. Dimensionieren Sie die Ablaufleitungen größer als die Zulaufleitungen. Der Rücklauf erfolgt durch Schwerkraft und benötigt daher einen größeren Durchmesser sowie ein durchgehendes Gefälle zum Tank.
4. Legen Sie das Rinnengefälle fest. NFT-Rinnen werden üblicherweise mit einem Gefälle von etwa 1 bis 3% verlegt, damit das Wasser ohne Pfützenbildung abfließt.
5. Installieren Sie Verschraubungen und Ventile an der Pumpe, am Filter und in jeder Zone, damit sich Bauteile absperren und ausbauen lassen, ohne Rohre durchtrennen zu müssen.
6. Filtern Sie vor kleinen Auslässen. Installieren Sie vor Tropfern und dünnen Zuleitungsschläuchen einen Sieb- oder Scheibenfilter; siehe unseren Ratgeber zu Bewässerungsfiltern.
7. Prüfen Sie das System auf Druckfestigkeit und spülen Sie es vor der Bepflanzung mit sauberem Wasser. Kontrollieren Sie anschließend jeden Auslass auf gleichmäßigen Durchfluss.

Hydroponik mit PVC-Abwasserrohren oder runden PVC-Rohren funktioniert bei kleinen Anlagen, doch runde Rohre bieten weniger Wurzelraum und trocknen an den Rändern schneller aus als Kanäle mit flachem Boden. Gewerbliche Anbauer steigen in der Regel auf spezielle Hydroponikrohre oder Kanäle mit quadratischem Querschnitt um, wie etwa unser flaches NFT-System aus lebensmittelechtem PVC mit Pumpe.

Kann man eine Hydroponik-Pumpe mit Solarstrom betreiben?

Ja, aber planen Sie eine unterbrechungsfreie Versorgung ein. Eine solarbetriebene Hydroponikpumpe ist eine DC-Pumpe, die über Solarmodule, einen Laderegler und meist einen Batteriespeicher versorgt wird. Stoppt der Durchfluss, können NFT-Wurzeln je nach Temperatur und Pflanzengröße innerhalb von einigen zehn Minuten bis zu wenigen Stunden austrocknen. Eine Solar-Hydroponikpumpe ohne Batteriesicherung ist für NFT daher riskant. DWC-Systeme und zeitgesteuerte Tropfbewässerungssysteme sind toleranter. Dimensionieren Sie den Batteriespeicher so, dass er Nächte und bewölkte Zeiträume überbrückt, und halten Sie für kritische Kulturen eine Netz- oder Generatorversorgung als Reserve bereit. Unser Ratgeber zur solarbetriebenen Bewässerung erläutert die Dimensionierung von Solarmodulen und Batterien ausführlicher.

Wie beugen Sie Wurzelfäule in der Hydroponik vor?

Wurzelfäule in der Hydroponik wird meist durch Eipilze wie Pythium verursacht, die sich in warmen, sauerstoffarmen und verschmutzten Systemen besonders gut vermehren. Befallene Wurzeln werden braun, weich und schleimig, und die Pflanzen welken, obwohl sie im Wasser stehen. Rohrleitungen und Belüftung bilden Ihre erste Schutzmaßnahme:

• Halten Sie die Temperatur der Nährlösung in einem moderaten Bereich und den Gehalt an gelöstem Sauerstoff hoch.
• Vermeiden Sie Totleitungen, Sammelvertiefungen und Tiefpunkte im Rohrnetz, in denen Wasser stagniert.
• Schirmen Sie Tanks und Rinnen gegen Licht ab, damit Algen das Wachstum von Mikroorganismen nicht fördern können.
• Beginnen Sie mit sauberen Anzuchtwürfeln, entfernen Sie kranke Pflanzen umgehend und reinigen und desinfizieren Sie das gesamte System zwischen den Kulturzyklen.
• Bereiten Sie das Ausgangswasser auf, wenn es Krankheitserreger oder Sedimente enthält.

Bei der Behandlung von Wurzelfäule in der Hydroponik geht es vor allem darum, diese Bedingungen zu korrigieren: Kühlen und belüften Sie die Nährlösung, entfernen Sie stark befallene Pflanzen und spülen und desinfizieren Sie das System. Haben sich Krankheitserreger erst einmal in Leitungen und Tanks etabliert, lassen sie sich nur schwer beseitigen. Vorbeugung ist daher deutlich kostengünstiger als Bekämpfung.

Checkliste zur Wartung von Pumpen und Rohrleitungen

• Reinigen Sie Pumpenansaugöffnungen und Vorfilter wöchentlich, bei sichtbaren Algen oder Wurzelresten häufiger.
• Kontrollieren Sie jede Woche den Durchfluss an der letzten Rinne oder am letzten Tropfer jeder Zone.
• Ersetzen Sie Ausströmersteine, wenn ihre Leistung nachlässt oder sie durch Kalkablagerungen verstopfen.
• Halten Sie für jede kritische Zone eine Ersatzpumpe vor Ort bereit.
• Installieren Sie einen Schwimmerschalter für niedrigen Füllstand, um Pumpen vor Trockenlauf zu schützen, sowie einen Durchfluss- oder Stromausfallalarm für nächtliche Störungen.

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Quellen

• University of Kentucky Center for Crop Diversification: Hydroponischer Salatanbau unter kontrollierten Umweltbedingungen