IIntermediate · deel I11 · Habitat I: energie, water en klimaat

Oplossingen · hoofdstuk 40Integratieproject: de klimaatmodule

Ontwerpen, dimensioneren, programmeren, testen en verdedigen: je team brengt 39 hoofdstukken samen in de tweede laag van Habitat

Uitgewerkte oplossingen bij de 28 opdrachten van het werkboek. Voor de leerkracht, en voor wie zichzelf wil verbeteren nadat hij het eerst zelf probeerde.

8× oefenen13× toepassen7× uitdagen± 1135 min

DOntwerpen en maken EEnergie LElektriciteit en elektronica RRegelen en robotica BLeven en systemen OOnderzoeken en meten

De klimaat- en energiemodule af: vier goten sla, eigen zonnestroom, en een logger die alles bijhoudt.

Voor de leerkrachtDeze pagina bevat de antwoorden. Druk het werkboek af zonder deze pagina.

Oefenen

één stap, direct toepassen

40.1

Welk hoofdstuk, welke waarde?

Oefenen4Begrijpen15 min

Elk getal van de module werd in een ander hoofdstuk berekend of beslist. Gebruik het ontleedblad en de kerngetallen in het handboek.

a
Vul de tabel aan.
20,2 W/K (hoofdstuk 19); 2,46 kWh (hoofdstuk 16 en 20); 1,2 L/min (hoofdstuk 36); 200 µmol/(m²·s), 16 uur (hoofdstuk 25 en 36); 5,8, band 5,5 tot 6,5 (hoofdstuk 15); open boven 27 °C, dicht onder 25 °C (hoofdstuk 31); 0x44 (hoofdstuk 30); 40 % (hoofdstuk 20 en 29); 14,8 A (hoofdstuk 23); 48 (hoofdstuk 4 en 36).
b
Kies één waarde uit de tabel. Wat verandert er in het project als ze 20 % groter blijkt? Geef minstens één getal.
Bijvoorbeeld het warmteverlies: 24,2 W/K in plaats van 20,2. Overdag bij −8 °C is dat $24, 2 \cdot 26 = 629 W$ : de convector van 800 W volstaat nog, met 171 W reserve in plaats van 275 W. Het station levert 20 % meer warmte, en een nachtscherm wordt aantrekkelijker. Waar de leraar op let: een keten van gevolgen, met minstens één herrekend getal en de eis die erdoor geraakt wordt (K1).

40.2

Habitat: eisen meetbaar maken

Oefenen4Habitat20 min

Een ander team schreef deze eisen voor zijn module. Maak ze meetbaar: een grootheid, een grens met eenheid, een toets, en het hoofdstuk waar de grens vandaan komt.

a
Herschrijf elke eis.
Warm: 'overdag (7-22 h) minstens 17,5 °C, 's nachts minstens 15,5 °C'; logger in de testweek; hoofdstuk 31 en 34. Batterijen: 'de batterijen overbruggen de nacht in december: uit de batterij hoogstens 2,46 kWh', en 'laadtoestand nooit onder 20 %'; berekening en logger; hoofdstuk 16 en 20. Pomp: '1,2 L/min per goot, ± 20 %'; maatbeker aan elke goot; hoofdstuk 11 en 36. Data: 'elke minuut een CSV-regel, één bestand per dag, minstens een jaar op de kaart'; logbestanden en berekening; hoofdstuk 30. pH: 'pH tussen 5,5 en 6,5'; logger; hoofdstuk 15.
b
Welke van jouw eisen kan je niet in één testweek toetsen? Wat schrijf je dan in het testrapport?
De batterijen in december (een berekening, of een meting in december), de algen na vijf weken, de opbrengst na een jaar. In het testrapport schrijf je dan 'berekend' (met de berekening erbij), 'voorlopig' (met wat je al weet) of 'later' (met de datum van de toets). Dat is eerlijk, en een ander kan de toets later afmaken.

40.3

Habitat: het N²-diagram lezen

Oefenen5Habitat20 min

Gebruik het N²-diagram en de interfacetabel uit het handboek (rij = wat een deelsysteem levert, kolom = wat het krijgt).

Het N²-diagram van het voorbeeldteam.

a
Welke interfaces ontvangt de besturing, en welke geeft ze?
Ze ontvangt I2 en I8 (energie), I5 (water), I6 (voeding), I7 (klimaat), I11 (licht), en van buiten I18 (de knop). Ze geeft I3 (licht), I4 (water), I9 (klimaat) en I10 (data).
b
De rij van data is leeg. Wat betekent dat? Blijft dat zo in Expert?
Data levert niets aan een ander deelsysteem van de module: de logbestanden gaan naar mensen en naar het analyseprogramma. In Expert verandert dat: het brein van het station maakt voorspellingen en stuurt setpoints terug (E41, E49). Dan komt er een vakje in de rij van data, naar de besturing.
c
De lampen geven tot 190 W warmte aan de lucht. In welk vakje hoort die interface? Moet ze in de tabel?
In rij licht, kolom klimaat (L → K). Ja: de warmtebalans rekent ermee (hoofdstuk 19: 3,0 kWh warmte van de lampen op een dag), en de regeling merkt ze: met de lampen aan verwarmt de convector minder. Het voorbeeldteam vergat ze; het is een goede aanvulling op de tabel.
d
Welke interface lag aan de basis van het probleem met de ACS712? Waarom vond je het pas door twee documenten naast elkaar te leggen?
I8, energie → besturing: de stroommeting. Hoofdstuk 16 koos de ACS712 (tot 20 A) voor de coulombteller; hoofdstuk 20 koos 1,40 kWp, en dat geeft tot ±74 A laadstroom. Elk hoofdstuk klopt op zich; pas als je het meetbereik naast de grootste stroom legt, zie je dat ze niet samengaan.

40.4

Energie: een grijze dag doorgerekend

Oefenen5Rekenen25 min

Dinsdag 9 maart was grijs. Tussen 6 en 22 uur gaf het daglicht op het bed gemiddeld 52 µmol/(m²·s), nooit meer dan 120. De panelen leverden die dag 1,05 kWh. Om 6 uur stond de laadtoestand op 37 %. Het basisverbruik zonder lampen is 230 Wh per dag; de convector (12 W) stond 4,3 uur aan. De batterijen hebben samen 3072 Wh (2 × 120 Ah × 12,8 V).

a
Hoeveel lampenergie was nodig om van 6 tot 22 uur 200 µmol/(m²·s) te halen? (Volle lampen: 190 W geeft 200 µmol.)
Het daglicht bleef steeds onder 200, dus de lampen vullen aan: gemiddeld $P = 190 \cdot \frac{200 - 52}{200} = 141 W$ , 16 uur lang: $2251 Wh \approx 2, 25 kWh$ .
b
Hoeveel zou de module die dag dan in totaal verbruiken?
$2251 + 230 + 51 \approx 2532 Wh$ , of 2,53 kWh.
c
Hoeveel energie zat er om 6 uur in de batterijen boven de 20 %?
$(0, 37 - 0, 20) \cdot 3072 \approx 525 Wh$ .
d
De lampen kregen die dag maar 0,80 kWh en de lichtsom was 6,0 mol. Leg uit waarom, en noem de eisen die botsen.
Nodig was ±2,5 kWh, beschikbaar 1,05 + 0,53 = 1,57 kWh, en dan stond de batterij al op 20 %, waar de lampen helemaal uitgaan. Omdat de laadtoestand tussen 20 en 40 % lag, kregen de lampen alleen het zonne-overschot (energiebeheer, hoofdstuk 20). E3 (nooit onder 20 %) en E4 (eerst de lampen afknijpen) winnen van L1 (lichtsom 11,0 mol).

40.5

Habitat: hoe lang zonder bijvullen?

Oefenen4Habitat15 min

Het reservoir is binnen 60 × 40 cm en vol bij 25 cm; onder 10 cm volgt een alarm. Als de pomp draait, staat er ±3,9 L water in de slang en de goten.

a
Hoeveel liter per cm? Hoeveel liter is bruikbaar tussen 25 en 10 cm?
$60 \cdot 40 = 2400 c m^{2}$ , dus 2,4 L per cm. Bruikbaar: $15 \cdot 2, 4 = 36 L$ .
b
Na hoeveel dagen volgt het alarm op warme dagen (6 L per dag)? En bij het gemiddelde van de testweek (4,3 L per dag)?
$36/6 = 6, 0$ dagen; $36/4, 3 \approx 8, 4$ dagen.
c
Hoeveel lager meet de druksensor terwijl de pomp draait? Wat zou er gebeuren bij een reservoir op 11 cm als versie 5 het niveau altijd zou meten?
3,9 L / 2,4 L per cm = 1,6 cm. Bij 11 cm zou de meting in minuut 1 tot 9 onder 10 cm zakken: elk uur een niveau-alarm, en de pomp stopt dan ook. Daarom telt versie 5 het niveau pas 2 minuten na de pomp.
d
Zondagavond staat het reservoir op 14,6 cm. Hoeveel regenwater en stamoplossing voeg je toe om terug op 25 cm te komen?
$(25 - 14, 6) \cdot 2, 4 \approx 25 L$ regenwater, met 10 mL A en 10 mL B per liter: 250 mL A en 250 mL B, apart toegevoegd en gemengd.

40.6

Van spanning naar pH en EC

Oefenen5Rekenen20 min

pH-module:

U = 2, 50 - 0, 18 \cdot (pH - 7)

in volt. EC-module: 0,50 V per mS/cm. ADC van de Mega: 10 bit, 5 V,

U = ruw \cdot 5/1024

(hoofdstuk 22). Omrekenen naar 25 °C:

EC_{25} = EC / (1 + 0, 02 \cdot (T - 25))

(hoofdstuk 13).

a
Welke ruwe ADC-waarde hoort bij pH 5,8? En bij pH 6,5?
pH 5,8: $U = 2, 50 + 0, 18 \cdot 1, 2 = 2, 716 V$ , ruw $= 2, 716 \cdot 1024/5 = 556, 2$ , dus 556. pH 6,5: $U = 2, 59 V$ , ruw $530, 4$ , dus 530.
b
De Mega leest 548 op de pH-ingang. Welke pH is dat? Komt er een waarschuwing?
$U = 548 \cdot 5/1024 = 2, 676 V$ ; $pH = 7 + (2, 50 - 2, 676) /0, 18 = 6, 02$ . Binnen de band: geen waarschuwing.
c
Hoeveel pH is één stap van de ADC? Is dat fijn genoeg?
$5/1024 = 4, 9 mV$ , en $0, 0049/0, 18 = 0, 027$ pH per stap. De band is 1,0 pH breed: 37 stappen. Ruim genoeg; de ijking (±0,01 V = 0,06 pH) weegt zwaarder dan de ADC.
d
De EC-module geeft 0,600 V; de oplossing is 18,0 °C. Wat is de EC bij 25 °C? Valt ze in de band van 1,2 tot 1,8? Wat als je niet omrekent?
$EC = 0, 600/0, 50 = 1, 20 mS/cm$ bij 18 °C; $EC_{25} = 1, 20/ (1 - 0, 14) = 1, 40 mS/cm$ : midden in de band. Zonder omrekening lijkt de oplossing op de rand (1,20) en zou een koude nacht een valse waarschuwing geven.

40.7

Wat doet versie 5? Naspelen

Oefenen5Programmeren25 min

Speel versie 5 na (het handboek, blad 'klimaat.ino versie 5'). Bij elke meting (om de 2 s) lopen meten(), acties() en loggen(), daarna taakModus(), taakDak() en taakLampen(). Wat gebeurt er bij de eerstvolgende meting?

a
Vul de tabel aan.
1. Onder 18 °C en verwarmen nee: verwarmen wordt ja, D12 gaat hoog (DAG is geen OPSTART), koelen blijft nee, de ventilatoren op 90.
2. Boven 27 °C en warm nee: warm wordt ja; het is dag en DAG, dus dakVraag(open): in taakDak() gaat het dak van DICHT naar OPENEN. Koelen is al ja (boven 25 °C), dus de CO₂-klep blijft dicht. Minuut 30 met 30 klx en 55 %: de extra pompbeurt start (tot minuut 35), met een melding.
3. De pomp staat al 5 minuten stil, dus het niveau telt: 9,6 cm is onder 10 cm. niveauLaag wordt ja, alarmbit 4, melding 'reservoir onder 10 cm'; taakModus() gaat naar ALARM, de statusled knippert snel. Om 3 uur blijft de pomp uit (een niveau-alarm). Pas boven 12 cm en na een korte druk terug naar NACHT.
4. Tussen 20 en 40 % en laden: grens wordt 105. Wens van de lampen: (200 − 5400 / 54) / 200 · 255 = 127,5, dus 128; doel = min(128, 105) = 105. De lampstand stijgt in 1 s van 100 naar 105.
5. geenMeting bereikt 15: alarmbit 1, melding 'geen temperatuur', modus ALARM. acties() gebruikt het noodprogramma: verwarmen volgens de gemiddelde inschakelduur (overdag in maart bijna 0), koelen nee, ventilatoren op 90. De logger laat temperatuur en vocht leeg.
6. Een lange druk in ONDERHOUD: terug naar gewoon(), dus DAG. De blokkering van het dak gaat eraf en het dak volgt weer de temperatuur; het werklicht wordt weer dimmen, de pomp wacht tot minuut 0.

40.8

Habitat: logregels lezen

Oefenen4Habitat15 min

Vier regels van woensdag en drie van zondag uit de testweek (kolommen: blad 'Het logformaat van versie 5'):

tijdstip,temperatuur_C,vocht_pct,verbruik_Wh,zon_Wh,licht_lx,batterij_V,soc_pct,lampen_pwm,verw_pct,dak,water_C,pH,EC_mScm,niveau_cm,modus,alarm
2021-03-10 10:11,24.0,70.2,0.14,10.36,26643,13.90,58.9,0,0,0,18.4,6.02,1.39,18.9,1,0
2021-03-10 10:12,24.1,64.8,0.88,10.42,26786,13.86,59.2,49,0,0,18.4,6.02,1.39,18.6,4,0
2021-03-10 10:20,22.9,67.0,1.04,10.86,27933,13.88,61.5,60,0,0,18.5,6.05,1.38,24.3,4,0
2021-03-10 10:21,22.8,67.2,1.04,10.92,28076,13.89,61.8,60,0,0,18.5,6.05,1.38,24.3,4,0
2021-03-14 10:11,23.5,71.3,0.14,6.69,17189,13.63,49.1,0,0,0,18.3,6.48,1.33,16.6,1,0
2021-03-14 10:12,23.6,71.2,0.14,6.72,17281,13.63,49.3,0,0,0,18.3,6.50,1.33,16.3,1,0
2021-03-14 10:13,23.6,71.0,0.14,6.76,17374,13.63,49.5,0,0,0,18.3,6.51,1.34,16.4,1,0

a
Wat gebeurde er woensdag om 10:12? Welke kolommen tonen het?
De modus springt van 1 (DAG) naar 4 (ONDERHOUD): een lange druk op S1. De lampen gaan naar het werklicht (lampen_pwm 49, even later 60). Het verbruik stijgt van 0,14 naar 0,88 Wh per minuut, en 1,04 om 10:20: het werklicht (60 van 255, ±45 W) en de ventilatoren die vol draaien.
b
Het niveau springt tussen 10:12 en 10:20. Hoeveel liter kwam erbij? Klopt dat met de 13 L die het team bijvulde?
Om 10:11 staat er nog 18,9 cm: de laatste meting van voor de pompbeurt, want het niveau telt niet zolang de pomp draait en 2 minuten erna. Om 10:12 telt het weer, maar er loopt nog wat water uit de goten terug: 18,6 cm, en enkele minuten later opnieuw 18,9 cm. Reken dus met 18,9: $24, 3 - 18, 9 = 5, 4$ cm, maal 2,4 L per cm is 13,0 L: precies wat het team bijvulde. Wie met 18,6 rekent, vindt 13,7 L; het verschil is water dat nog onderweg was.
c
Waarom zakt de luchtvochtigheid om 10:12 van 70 naar 65 %?
In ONDERHOUD draaien de ventilatoren vol (verse lucht voor wie binnen werkt): vochtige lucht gaat naar buiten.
d
Zondag: de pH gaat van 6,48 naar 6,51. Om 10:12 staat er een waarschuwing in de meldingen. Waarom niet eerder, en waarom niet in de kolom alarm?
De grens is 6,5: tot 6,48 ligt de pH in de band. De waarschuwing komt zodra een meting boven 6,5 ligt (om 10:12:24 sprong de gemeten waarde van 6,485 naar 6,512: de stappen van de ADC zijn 0,027 pH). Een waarschuwing is geen alarm: de modus blijft DAG en de kolom alarm blijft 0. Ze staat alleen in de meldingen, en daar keek niemand naar: de oorzaak van eis H2.

Toepassen

meerdere stappen, in een context

40.9

Fase 1: het programma van eisen van jullie module

Toepassen5Habitat60 min

Vertrek van het programma van eisen van het voorbeeldteam (handboek, fase 1). Pas het aan aan jullie spoor en jullie keuzes. Elke eis krijgt een criterium dat vastligt voor je test.

a
Werk minstens twaalf eisen uit, uit minstens zes groepen (de rest op een extra blad).
Zie het programma van eisen in het handboek. Voorbeeldrijen: K1 · overdag (7-22 h) minstens 17,5 °C · moet · laagste minuut ≥ 17,5 °C · logger in de testweek · 31, 34; E3 · laadtoestand nooit onder 20 % · moet · ≥ 20 % · logger · 20; W4 · minstens 5 dagen zonder bijvullen bij 6 L per dag · moet · ≥ 5 dagen · berekening en logger · 11, 13.
b
Welke eisen van het voorbeeldteam passen niet bij jullie spoor? Wat doen jullie ermee?
Spoor B (tafel en simulatie): het dak (K4, K5, C2, V3), de ventilatie (K7) en de plaats van het reservoir (C1) bestaan niet op tafel. Ze schrappen is fout: de module heeft ze wel. Beter: 'getoetst in de simulatie' of 'berekend', en in het testrapport zo vermeld.
c
Zoek twee eisen die met elkaar kunnen botsen. Welke gaat voor, en waarom?
Bijvoorbeeld L1 (lichtsom) tegenover E3 en E4 (de batterij beschermen): E3 gaat voor, want een lege batterij stopt ook de pomp en de besturing, en sla overleeft een grijze dag met minder licht. Of K3 (koelen) tegenover K8 (CO₂ alleen met het dak dicht): koelen gaat voor, want CO₂ bijmengen in een open dak is verspilling.
d
Hoeveel eisen telt jullie programma, en hoeveel daarvan zijn moet-eisen?
Bij het voorbeeldteam: 54 eisen, waarvan 47 moet-eisen.

Zo wordt dit beoordeeld

Meetbaar	Elke eis heeft een grootheid, een grens met eenheid en een toets; geen 'goed' of 'genoeg'.
Vooraf	Het criterium ligt vast en is niet afgestemd op een resultaat dat al bekend is.
Herkomst	Bij elke eis staat het hoofdstuk van de berekening of beslissing.
Botsingen	Minstens één botsing herkend en beslist, met een reden.

40.10

Fase 1: planning, eigenaars en interface-afspraken

Toepassen5Habitat45 min

Twaalf weken van drie lestijden (pas aan aan jullie school: vakanties, toetsen). Maak jullie planning, verdeel de eigenaars en leg de interfaces tussen jullie deelsystemen vast.

a
De planning: kleur per fase de weken in en zet een ruitje bij elke mijlpaal.
Zie het Gantt-diagram in het handboek. Waar de leraar op let: de hydroponie start vroeg (planten groeien trager dan code), en de testweek komt pas na de integratietests.
b
De eigenaars.
Bijvoorbeeld: energie Wout (tweede: Emma), water en voeding Sara (Jonas), klimaat en licht Jonas (Sara), besturing en data Emma (Wout), integrator Emma. Eerste taken: het budget van hoofdstuk 20 opzoeken, de ijkvloeistoffen bestellen, de U-waarden verzamelen, de vijf codeversies naast elkaar leggen.
c
Kies vier interfaces die jouw deelsysteem met een ander verbinden. Schrijf de afspraak zo precies dat iemand anders ze kan testen.
Bijvoorbeeld I5 · water → besturing · vlotter op D2, INPUT_PULLUP, LOW = genoeg water; druksensor op A5, 0,2 V + 0,45 V per kPa, niveau alleen 2 min na de pomp · vlotter met de hand optillen: na 10 s alarm; reservoir op 15 cm: logger toont 15 ± 0,3 cm.
d
Wat ligt op het kritieke pad? Waar plannen jullie een buffer?
Keuring van de 12,8 V-kant → sensoren en Mega in de module → integratietests → testweek → testrapport. Buffer: week 9 (integratie) houdt een halve week vrij.

Zo wordt dit beoordeeld

Planning	Alle fasen, in een logische volgorde, parallel waar het kan; de testweek na de integratietests.
Eigenaars	Elk deelsysteem heeft een eigenaar en een tweede; de integrator is benoemd.
Interfaces	Vier afspraken met waarde, eenheid en pin of adres, en een test die een ander kan uitvoeren.
Kritiek pad	De keten keuring → besturing in de module → integratietest → testweek benoemd, met een buffer.

40.11

Fase 2: energie voor jullie maand

Toepassen6Habitat60 min

Kies een maand (het voorbeeld hieronder is november). Gebruik de tabel per maand in het handboek (fase 2, energie) en: PVGIS geeft in november 1,66 Wh per Wp per dag; basisverbruik zonder lampen 230 Wh; lampen gedimd in november gemiddeld 1672 Wh per dag; de convector (12 W) staat in november ±3 uur per dag aan; twee batterijen, samen 2,46 kWh bruikbaar.

a
Hoeveel zonnestroom leveren de panelen op een gemiddelde dag van jullie maand?
$1400 Wp \cdot 1, 66 Wh/Wp = 2324 Wh$ per dag.
b
Hoeveel verbruikt de module op die dag, met gedimde lampen en de convector?
$230 + 1672 + 3 \cdot 12 \approx 1938 Wh$ per dag: minder dan de 2324 Wh zonnestroom.
c
Hoeveel lichturen met volle lampen zou de zonnestroom toelaten zonder te dimmen?
Zonder dimmen: $(2324 - 230 - 36) /190 \approx 10, 8$ uur (zonder laadverlies). Hoofdstuk 27 en 28 kwamen op 11 lichturen in november: hetzelfde. Met dimmen haal je toch 16 uur, omdat het daglicht een deel levert.
d
Uit de batterijen komt 's nachts 1640 Wh (tabel). Volstaat één batterij? En twee?
1640 Wh is meer dan de 1229 Wh van één batterij: één volstaat niet. Twee (2460 Wh) wel, met 820 Wh reserve.
e
Wat stellen jullie voor die maand voor? Onderbouw met getallen.
In november sluit de balans met dimmen gemiddeld: ±0,4 kWh per dag over volgens b, +0,32 kWh in de tabel van het handboek (die rekent 5 % laadverlies op wat door de batterij gaat). Maar een grijze week zal het energiebeheer doen ingrijpen, zoals in de testweek. Voorstel: dimmen aan, en voor een grijze week de lichtsom tijdelijk laten zakken (eis L1 aanpassen) of stroom van het station (E24). In december en januari kan het niet zonder.

Zo wordt dit beoordeeld

Gegevens	Juiste waarden voor de gekozen maand, met herkomst (PVGIS, hoofdstuk 20, handboek).
Rekenwerk	Energie in Wh of kWh, vermogen in W; tussenstappen zichtbaar.
Nacht	De nacht apart bekeken: wat de batterijen moeten leveren, tegenover wat bruikbaar is.
Voorstel	Een voorstel dat uit de getallen volgt, met de eis die erdoor gehaald of geraakt wordt.

40.12

Fase 2: pomp en goten meten en bijstellen

Toepassen6Labo50 min

De pomp (pomp B, hoofdstuk 11) haalt 4,8 L/min bij 1,56 m met de slang van 16 mm. Een verdeler bovenaan het rek voedt de vier goten, elk met een kraantje. Laat de pomp draaien met een testprogramma dat alleen D9 hoog zet, en vang het water aan het einde van elke goot één minuut op in een maatbeker.

a
Meet het debiet van elke goot, voor en na het bijstellen.
Voorbeeldmeting van het voorbeeldteam: 1,08 / 1,17 / 1,24 / 1,31 L/min, samen 4,80 L/min; na bijstellen 1,19 / 1,20 / 1,20 / 1,21 L/min.
b
Vergelijk de som met het werkpunt. Waarom krijgt de laagste goot het meest?
Samen 4,80 L/min: precies het werkpunt. De goten liggen in trappen: de laagste ligt ±1 m lager dan de verdeler, en dat hoogteverschil geeft ±10 kPa meer druk aan haar kraantje (hoofdstuk 11). Meer druk, meer debiet, tot je haar kraantje verder dichtdraait.
c
Meet het niveau in het reservoir vlak voor de pompbeurt, in minuut 5 en 3 minuten na de pompbeurt. Vergelijk met de 1,6 cm uit het handboek.
Voorbeeld: 20,0 cm voor, 18,4 cm in minuut 5, 19,9 cm drie minuten na: 1,6 cm verschil, zoals berekend (3,9 L). Na 3 minuten is bijna al het water terug; daarom wacht versie 5 2 minuten.
d
Bereken het hydraulische vermogen en het rendement van de pomp.
$P = ρ g h Q = 1000 \cdot 9, 81 \cdot 1, 56 \cdot 4, 8/60 000 = 1, 2 W$ ; van 12 W is dat een rendement van ±10 % (hoofdstuk 9).

Zo wordt dit beoordeeld

Meetmethode	Eén minuut per goot, maatbeker afgelezen tot op 10 mL, pomp in een vaste stand.
Bijstellen	Alle goten na bijstellen binnen 1,2 ± 0,05 L/min; opnieuw gemeten.
Niveau	Drie momenten gemeten; verschil vergeleken met de berekening, afwijking verklaard.
Besluit	Eis W1 getoetst, en de meting in het logboek en het testrapport.

40.13

Fase 2: de warmte narekenen

Toepassen6Habitat45 min

H = 20,2 W/K, met nachtscherm 16,3 W/K (hoofdstuk 19); convector 800 W; buffer 200 L + 60 L water (4186 J/(kg·K)); verwarmen onder 18 °C overdag en 16 °C 's nachts; ventilatoren vol +40 W/K, dak open +60 W/K.

a
Hoeveel warmte verliest de module bij −8 °C buiten, overdag en 's nachts? Hoeveel reserve heeft de convector?
Overdag $20, 2 \cdot 26 = 525 W$ , 's nachts $20, 2 \cdot 24 = 485 W$ . Reserve: 275 W en 315 W.
b
Hoeveel warmte spaart een nachtscherm in een nacht van 8 uur bij 2 °C buiten en 16,5 °C binnen?
$(20, 2 - 16, 3) \cdot 14, 5 \cdot 8 = 452 Wh$ , ±0,45 kWh per nacht.
c
De buffer levert een nacht lang (8 h) gemiddeld 150 W aan de lucht. Hoeveel graden koelt ze af?
$Q = 150 \cdot 8 \cdot 3600 = 4, 32 MJ$ ; $C = 260 \cdot 4186 = 1, 09 MJ/K$ ; $Δ T = 4, 32/1, 09 \approx 4, 0^{\circ} C$ .
d
Een zonnige lentemiddag: 1,4 kW zon, 14 °C buiten. Welke H is nodig om onder 27 °C te blijven? Volstaan de ventilatoren alleen? Het dak alleen?
$H \geq 1400/ (27 - 14) = 108 W/K$ . Ventilatoren alleen: $20, 2 + 40 = 60 W/K$ , te weinig; dak alleen: $80 W/K$ , te weinig; samen $120 W/K$ : genoeg. Daarom zet versie 5 eerst de ventilatoren vol (25 °C) en opent ze daarna het dak (27 °C).

Zo wordt dit beoordeeld

Formules	P = H · ΔT en Q = m · c · ΔT juist gebruikt, met eenheden.
Rekenwerk	Tussenstappen zichtbaar; W en Wh, J en MJ niet door elkaar.
Interpretatie	Elk resultaat vergeleken met een grens: de 800 W, de 27 °C, de nacht.
Verband	Verwijzing naar de testweek of naar hoofdstuk 18, 19 of 31.

40.14

Fase 2: EC en pH ijken en bijsturen

Toepassen6Labo50 min

Volg de werkwijze van de proef in het handboek (fase 2, voedingsoplossing). Draag een bril en handschoenen bij het werken met pH-min.

a
Tweepuntsijking van de pH-module.
Voorbeeld van het voorbeeldteam: 2,49 V bij 7,00 en 3,02 V bij 4,00; stabiel na 20 à 40 s.
b
Bereken de helling in V per pH en de spanning bij pH 5,8. Is de sonde in orde (−0,18 V per pH ± 10 %)?
Helling $(3, 02 - 2, 49) / (4, 00 - 7, 00) = - 0, 177 V$ per pH: binnen −0,162 tot −0,198, in orde. Bij 5,8: $U = 2, 49 - 0, 177 \cdot (5, 8 - 7) = 2, 70 V$ .
c
Het reservoir staat op 15,2 cm. Hoeveel regenwater en stamoplossing voeg je toe om terug op 25 cm te komen?
$(25 - 15, 2) \cdot 2, 4 = 23, 5 L$ regenwater, met $23, 5 \cdot 10 = 235 mL$ A en 235 mL B.
d
Na het bijvullen is de pH 6,6 in 60 L. Een proeftitratie op 1 L vraagt 1,6 mL pH-min. Hoeveel geef je, en hoe?
$60 \cdot 1, 6 = 96 mL$ pH-min, in twee keer 48 mL, met 15 minuten rondpompen ertussen, en daarna opnieuw meten (hoofdstuk 15).
e
Welke veiligheidsregels volg je, en waarom giet je stamoplossing A en B nooit samen?
Bril en handschoenen, zuur altijd in water gieten, de fles gelabeld met GHS05 en weg van de planten. A bevat calciumnitraat, B de fosfaten en sulfaten: samen geconcentreerd vormen ze neerslag (calciumfosfaat, gips), en die voedingsstoffen zijn dan weg.

Zo wordt dit beoordeeld

IJking	Twee buffers, sonde gespoeld, stabiele waarden, helling en nulpunt berekend.
Bijsturen	Juiste hoeveelheden met eenheden; dosis in twee helften met rondpompen.
Veiligheid	Bril, handschoenen, zuur in water, gelabelde fles; A en B apart.
Logboek	Tijd, niveau, EC en pH voor en na, dosis genoteerd.

40.15

Fase 3: een minimum aan- en uittijd voor de verwarming

Toepassen6Programmeren45 min

De klep van de convector gaat een beperkt aantal schakelingen mee (hoofdstuk 31). In het foutzoekvoorbeeld schakelde ze 14 keer per uur. Voeg aan acties() van versie 5 een minimum aantijd en uittijd van 2 minuten toe, als extra bescherming. Het noodprogramma zonder temperatuur laat je zoals het is.

a
Welke variabele heb je extra nodig, en welke constante?
Een variabele unsigned long verwSinds (wanneer verwarmen het laatst veranderde) en een constante MIN_MS = 120000UL (2 minuten).

Schrijf de nieuwe regels die de twee regels voor verwarmen in acties() vervangen.

bool wil = verwarmen;
if (!verwarmen && luchtT < laag) wil = true;
else if (verwarmen && luchtT > hoog) wil = false;
if (wil != verwarmen && nu - verwSinds >= MIN_MS) {   // pas wisselen na 2 minuten
  verwarmen = wil;
  verwSinds = nu;
}

c
Speel na: overdag, grenzen 18 en 19 °C, start met verwarmen = nee en de laatste wissel lang geleden.
0 s: 17,9 < 18 en de laatste wissel lang geleden: aan (verwSinds = 0). 60 s: boven 19, maar pas 60 s aan: blijft aan. 120 s: boven 19 en 120 s voorbij: uit (verwSinds = 120). 150 s: onder 18, maar pas 30 s uit: blijft uit. 240 s: onder 18 en 120 s voorbij: aan.
d
Wat is het nadeel? Welke eis kan erdoor in gevaar komen?
De temperatuur schiet verder door: tot 2 minuten boven 19 of onder 18 °C. Op een koude ochtend kan de lucht zo net onder 17,5 °C zakken (eis K1). Met een goed opgehangen sensor duurt een beurt toch langer dan 2 minuten, en verandert er bijna niets; de beveiliging werkt alleen als er iets misloopt.

Zo wordt dit beoordeeld

Code	Compileert, gebruikt millis() via nu, geen delay(); alleen de verwarming verandert.
Test	Naspeeltabel juist ingevuld, ook de gevallen waar de minimumtijd ingrijpt.
Afweging	Nadeel benoemd (doorschot, K1) en tegen het voordeel (klep, K6) afgewogen.
Plaats	De wijziging staat op één plaats; het noodprogramma blijft werken.

40.16

Fase 3: de pomp als toestandsdiagram

Toepassen5Tekenen30 min

In versie 5 staat de pomp in één regel: pomp = (DAG, NACHT of ALARM) en (minuut < 10 of extraBeurt) en geen water- of niveau-alarm. Teken dezelfde logica als toestandsdiagram met vier toestanden: UIT, BEURT, EXTRA en GEBLOKKEERD (hoofdstuk 32: begin, toestanden, overgangen 'gebeurtenis [voorwaarde] / actie').

a
Teken het toestandsdiagram.
Begin → UIT. Vier toestanden in een ruit; GEBLOKKEERD in het midden, met overgangen vanuit elke andere toestand.
b
Vul de overgangen in.
UIT → BEURT: minuut 0 [geen alarm, modus DAG, NACHT of ALARM]; BEURT → UIT: minuut 10; UIT → EXTRA: minuut 30 [overdag, licht > 25 klx, vocht ≤ 60,5 %]; EXTRA → UIT: minuut 35; UIT, BEURT of EXTRA → GEBLOKKEERD: vlotter droog of niveau onder 10 cm of ONDERHOUD; GEBLOKKEERD → UIT: [oorzaak weg en modus DAG, NACHT of ALARM].
c
Waarom koos het team in de code toch voor één regel, en voor het dak wel voor een toestandsmachine?
De pomp heeft geen geheugen nodig: of ze moet draaien, volgt telkens rechtstreeks uit de klok, de modus en de alarmen. Eén logische regel zegt dus alles (de extraBeurt is het enige geheugen, voor vijf minuten). Het dak moet wel onthouden wat het aan het doen is: OPENEN en OPEN hebben dezelfde invoer, maar een andere motorstand, en na 12 s OPENEN volgt DAK_FOUT. Daarvoor is een toestandsmachine nodig.

Zo wordt dit beoordeeld

Diagram	Vier toestanden, een begin, elke overgang met gebeurtenis en voorwaarde.
Volledig	Ook de overgangen naar en uit GEBLOKKEERD en de extra beurt.
Juist	Het diagram doet hetzelfde als de regel in de code.
Uitleg	Het verschil tussen een uitgang die alleen van de invoer afhangt en een die geheugen nodig heeft.

40.17

Fase 4: het testplan met storingstests

Toepassen6Habitat45 min

Stel het testplan op vóór de integratietests. Voor elke storingstest schrijf je vooraf op wat er moet gebeuren.

a
Werk acht tests uit, waarvan minstens vier storingstests.
Zie de tabel met storingstests in het handboek (fase 4). Voorbeeld: B2 · stekker van de sensorkast 5 min los · alarm na 30 s, noodprogramma, lege cellen · donderdag 14:00 · Jonas.
b
Welke test is gevaarlijk voor mensen of planten? Hoe maak je hem veilig?
Het dak met een blokje in de rail: de motor trekt tot 10 A bij blokkeren (hoofdstuk 26). Veilig: niemand onder het dak, een houten blokje (geen hand), zekering 5 A traag op zijn plaats, en na 12 s grijpt de time-out in. Ook de stroomtest: niet tijdens het vullen of doseren, en niet in de nacht (de verwarming valt weg).
c
Welke eisen toets je in de testweek, welke apart, en welke alleen met een berekening?
Testweek: K1-K4, L1, H1-H3, E3, E4, D1 (wat de logger ziet). Apart: K5 (dak), W1 (debiet), L3 (PAR), H5 (ijken), B5 (waakhond). Berekening: E1, E2, E8, W4, D3.

Zo wordt dit beoordeeld

Volledig	Acht tests, elk bij een eis, met criterium vooraf, moment en verantwoordelijke.
Storingen	Minstens vier storingstests met de verwachte reactie van de module.
Veiligheid	Gevaarlijke tests herkend en veilig gemaakt.
Planning	Testweek, deeltests en berekeningen logisch verdeeld.

40.18

Fase 4: de testweek analyseren

Toepassen6Analyseren50 min

Het dagrapport van het script testweek.py (handboek) voor de testweek, en wat de panelen per dag hadden kunnen geven (kWh): ma 1,47, di 1,05, wo 6,49, do 6,91, vr 2,93, za 0,84, zo 4,19.

dag regels  T overdag  nacht   zon verbr  SoC licht verw starts dak  pH   EC niveau
ma   1440  18.0-21.4  16.0  1.47  1.94   39  10.6  2.8   48    0 5.94 1.38  20.0
di   1440  18.0-20.2  16.0  1.05  1.08   36   6.0  4.3   70    0 6.00 1.38  19.0
wo   1440  17.9-27.0  16.0  2.54  1.09   35  21.4  3.0   43   10 6.16 1.37  18.6
do   1437  18.0-27.1  16.0  1.46  1.36   67  23.6  1.7   30   14 6.29 1.35  20.1
vr   1440  18.0-25.0  16.0  1.56  1.58   65  13.4  0.8   16    0 6.40 1.34  18.0
za   1440  18.0-20.1  16.0  0.84  2.05   38   9.2  2.3   41    0 6.48 1.33  16.6
zo   1440  18.0-25.2  16.0  2.50  1.13   35  15.1  2.6   40    0 6.59 1.31  14.6

a
Welke dagen halen eis L1 (lichtsom ≥ 11,0 mol) niet? Leg per dag uit waarom, met de kolommen zon en SoC.
Maandag (10,6), dinsdag (6,0) en zaterdag (9,2). Alle drie grijs: weinig zon (1,47, 1,05 en 0,84 kWh) en een laadtoestand onder 40 % (39, 36 en 38 % als minimum). Dan krijgen de lampen alleen zonne-overschot. Dinsdag was het ergst: de laadtoestand bleef van maandagavond tot dinsdagmiddag onder 40 %.
b
Bereken per dag welk deel van de mogelijke zonnestroom echt werd afgenomen. Wat valt op?
Ma 100 %, di 100 %, wo 39 %, do 21 %, vr 53 %, za 100 %, zo 60 %. Op grijze dagen wordt alles gebruikt; op zonnige dagen zijn de batterijen vol en knijpt de regelaar af: in de week bleef 12,4 kWh ongebruikt.

Schrijf een functie starts_per_uur(rijen) die een woordenboek {uur: aantal keer dat de verwarming aanslaat} teruggeeft.

def starts_per_uur(rijen):
    uren = {}
    for a, b in zip(rijen, rijen[1:]):
        if a["verw_pct"] == 0 and b["verw_pct"] > 0:
            uur = b["tijdstip"][:13]          # 'jjjj-mm-dd uu'
            uren[uur] = uren.get(uur, 0) + 1
    return uren

Voor de testweek geeft max(uren.values()) 6 (eis K6).

d
Welke vraag over de module kan je met deze logbestanden niet beantwoorden? Welke kolom of meting zou je toevoegen?
Bijvoorbeeld: hoeveel CO₂ er in de lucht zit (geen sensor), hoeveel sla er groeide (geen weging), hoeveel warmte de convector echt gaf (alleen verw_pct), of het licht per goot gelijk is (één LDR). Aanvulling: een CO₂-sensor, een weegschaal bij de oogst, een watermeter op de warmwaterleiding.

Zo wordt dit beoordeeld

Lezen	L1 per dag verklaard met zon en laadtoestand, niet alleen vastgesteld.
Rekenen	Verhoudingen juist; het afknijpen op zonnige dagen herkend.
Code	De functie werkt op de rijen van het script (verw_pct, tijdstip) en telt een start als 0 → meer dan 0.
Kritisch	Een echte grens van de logbestanden, met een concrete aanvulling.

40.19

Fase 5: het technisch rapport

Toepassen6Habitat120 min

Schrijf het rapport volgens de opbouw in het handboek. Elke eigenaar schrijft het hoofdstuk van zijn deelsysteem; de integrator schrijft de samenvatting, de integratie en het testrapport.

a
De samenvatting: hoogstens 150 woorden, minstens vijf getallen met eenheid.
Zie de samenvatting van het voorbeeldteam in het handboek (fase 5). Waar de leraar op let: doel, aanpak, resultaat en besluit in één alinea, en de twee niet-gehaalde eisen erin.
b
De inhoudstafel.
Bijvoorbeeld: 1 Inleiding · 2 Programma van eisen · 3 Ontwerp (3.1 energie, 3.2 water en voeding, 3.3 klimaat en licht, 3.4 besturing en data) · 4 Integratie · 5 Testen · 6 Besluit en aanbevelingen · Bronnen · Bijlagen.
c
De drie belangrijkste getallen uit jouw hoofdstuk, met eenheid, herkomst en de eis die ze toetsen.
Energie, bijvoorbeeld: 1,84 kWh uit de batterijen in een decembernacht (berekening, E2); laagste laadtoestand 35 % (simulatie van de testweek, E3); 1,47 kWh verbruik op een gemiddelde maartdag (berekening, E1).
d
De bronnenlijst: minstens vier bronnen, zo dat een ander ze terugvindt.
Bijvoorbeeld: PVGIS versie 5.3 (Joint Research Centre), met de invoer en de datum; de datasheets van de INA226 en de SHT31; StemExpert Intermediate, hoofdstuk 19, 20 en 31; het logboek van het team (intern).

Zo wordt dit beoordeeld

Structuur	Alle onderdelen in de juiste volgorde; de samenvatting kan alleen gelezen worden.
Getallen	Elke bewering met getal, eenheid en criterium; herkomst vermeld.
Figuren	Elke figuur genummerd, met titel, en in de tekst uitgelegd.
Eerlijk	Wat niet lukte staat erin, met oorzaak en voorstel; bronnen volledig.

40.20

Fase 5: de verdediging voorbereiden

Toepassen5Habitat60 min

Tien minuten presenteren, tien minuten vragen. Gebruik het storyboard en de jurytabel uit het handboek.

a
Het storyboard.
Zie het storyboard in het handboek. Voorbeeldtitel voor dia 4: 'De batterijen dekken de nacht, niet de grijze week'.
b
Zes vragen die de jury jullie kan stellen, en jullie antwoord met een getal.
Zie de jurytabel in het handboek. Eén voorbeeld: 'Waarom twee batterijen? De decembernacht vraagt 1,84 kWh; één batterij geeft 1,23 kWh bruikbaar.'
c
De demo: wat toon je, wat moet er gebeuren, en wat is plan B?
Bijvoorbeeld: een hand op de SHT31 → na ±1 minuut boven 25 °C slaan de ventilatoren vol aan; de vlotter omhoog → na 10 s knippert de statusled snel en stopt de pomp. Plan B: een filmpje van dezelfde test en het logbestand van die minuut.

Zo wordt dit beoordeeld

Storyboard	Eén boodschap per dia, als titel; tijden tellen op tot 10 minuten; iedereen spreekt.
Vragen	De moeilijke vragen voorzien (niet-gehaalde eisen, simulatie), antwoorden met getallen.
Demo	Concreet, met verwachte reactie en een plan B.
Afwerking	Figuren leesbaar van achteraan in de klas.

40.21

Peer- en zelfevaluatie

Toepassen5Habitat25 min

Beoordeel jezelf en je teamgenoten met de criteria uit het handboek, van 1 (zelden) tot 4 (altijd). Geef iedereen één top en één tip.

a
Scores.
Er is geen juist antwoord. Waar de leraar op let: elke score heeft een voorbeeld (een regel in het logboek, een interface, een test), en niemand krijgt overal een 4 of overal een 1 zonder reden.
b
Top en tip.
Een top noemt iets concreets ('jij merkte dat de ventilatoren 's nachts te snel draaiden'); een tip is concreet en vriendelijk ('meld een nieuwe pin meteen in de interfacetabel').
c
Vergelijk je zelfevaluatie met wat de anderen over jou schreven. Wat valt je op?
Bijvoorbeeld: 'Ik gaf mezelf een 2 voor interfaces, de anderen een 3: ze vonden dat ik de pH-sonde goed afstemde met de besturing.' Grote verschillen bespreek je in een kort teamgesprek.

Uitdagen

transfer, open problemen, leerlijnen combineren

40.22

Foutzoeken: halve lampen in het donker

Uitdagen7Analyseren35 min

Bij een ander team verplaatste een teamlid in de testweek de LDR met haar kapje naar een steun boven het rek, 'omdat ze daar beter bereikbaar is'. Vrijdagavond valt het op dat het verbruik lager is dan anders, en niemand klaagt. Hun logbestand van vrijdag 12 maart, eerst 12:00, dan 21:00 tot 21:04:

tijdstip,temperatuur_C,vocht_pct,verbruik_Wh,zon_Wh,licht_lx,batterij_V,soc_pct,lampen_pwm,verw_pct,dak,water_C,pH,EC_mScm,niveau_cm,modus,alarm
2021-03-12 12:00,24.3,69.4,0.38,6.56,16864,13.77,91.3,0,0,0,20.2,6.32,1.36,19.7,1,0
2021-03-12 21:00,20.6,77.8,2.01,0.00,5240,13.09,83.4,131,0,0,21.9,6.40,1.34,18.5,1,0
2021-03-12 21:01,20.6,77.9,1.97,0.00,5240,13.09,83.2,131,0,0,21.9,6.40,1.34,18.5,1,0
2021-03-12 21:02,20.6,77.9,1.97,0.00,5240,13.09,83.1,131,0,0,21.9,6.40,1.34,18.5,1,0
2021-03-12 21:03,20.6,77.9,1.97,0.00,5240,13.09,83.0,131,0,0,21.9,6.40,1.34,18.5,1,0
2021-03-12 21:04,20.6,77.9,1.97,0.00,5240,13.09,82.9,131,0,0,21.9,6.40,1.34,18.5,1,0

a
Wat is er vreemd aan de avondregels? Vergelijk de kolommen licht_lx en lampen_pwm met wat je verwacht.
Om 21 uur toont licht_lx ±5240 lx, terwijl de zon onder is (het zou bijna 0 moeten zijn), en staan de lampen op ±131 in plaats van 255. De lampen dimmen zichzelf: het verbruik is lager, maar de planten krijgen maar de helft.
b
Geef twee mogelijke verklaringen en een test die ze uit elkaar houdt, telkens met één verandering.
(a) De LDR ziet het licht van de lampen (rechtstreeks of via de witte goten). (b) Er schijnt ander licht op de LDR: de deur naar de woonmodule staat open, een lamp in de gang. Test: zet de module 's nachts in ONDERHOUD (werklicht 60) en kijk naar licht_lx: bij (a) daalt het evenredig met de lampstand (60 · 40 = 2400 lx), bij (b) blijft het gelijk. Of: dek de lampen een minuut af en kijk of licht_lx meezakt.
c
Stel dat de LDR k lux ziet per PWM-stap van de lampen. Bereken k uit het logbestand, en toon dat de lampen dan tot rust komen rond de stand in het logbestand.
$k = 5240/131 \approx 40 lx$ per stap. De lampen zoeken de stand $s$ waarbij de wens gelijk is aan $s$ : $s = 255 \cdot \frac{200 - k s /54}{200}$ , dus $s \cdot (1 + \frac{255 k}{54 \cdot 200}) = 255$ en $s = 255/1, 944 \approx 131$ . Dat is de stand in het logbestand.
d
Welke eis en welke interface zijn geraakt? Hoeveel lichtsom verliest het bed op zo'n avond (18 tot 22 uur)? Hoe los je het op?
Eis L1 (lichtsom) en interface I11 (de LDR ziet het daglicht, niet de lampen). Na zonsondergang branden de lampen op $131/255 = 51 %$ : het bed krijgt ±103 µmol in plaats van 200. Van ±18:40 tot 22 uur (3,3 h) mist het $(200 - 103) \cdot 3, 3 \cdot 3600/1 0^{6} \approx 1, 2 mol$ per dag. Oplossing: de LDR terug op de zuidrand van het dak, of het kapje aan de onderkant dicht; testen met de lampen vol in het donker: licht_lx moet onder 50 lx blijven.

40.23

Grijze dagen: vier manieren om de lichtsom te halen

Uitdagen7Ontwerpen50 min

Eis L1 werd op drie grijze dagen niet gehaald. Op dinsdag was ±2,53 kWh nodig en ±1,57 kWh beschikbaar (zon plus batterij tot 20 %); dezelfde week bleef op zonnige dagen 12,4 kWh zonnestroom ongebruikt. Vier voorstellen:

A: een derde LiFePO4 van 120 Ah (+1,23 kWh bruikbaar; ±100 kg CO₂-eq per kWh capaciteit, hoofdstuk 38);
B: twee extra panelen van 350 Wp (+0,70 kWp; ±600 kg CO₂-eq per kWp, hoofdstuk 38);
C: stroom van het 48 V-net van het station via een omzetter naar 12,8 V (Expert, E24);
D: op grijze dagen het lichtdoel verlagen tot 160 µmol/(m²·s) (lichtsom 9,2 mol).

a
Reken per voorstel wat het op een dag zoals dinsdag oplevert. Haalt de module dan eis L1?
Tekort op dinsdag: $2, 53 - 1, 57 \approx 0, 96 kWh$ . A dekt het tekort alleen als de derde batterij vol aan de grijze dag begint; na een grijze maandag is ze dat niet. A helpt dus bij één grijze dag na een zonnige, niet in een grijze week. B: 50 % meer panelen geeft op dinsdag ±0,52 kWh meer: het tekort halveert, maar L1 haalt hij niet alleen; op elke dag werkt hij mee. C: haalt L1 altijd, maar verplaatst het probleem naar het station. D: bij 160 µmol vragen de lampen $190 \cdot (160 - 52) /200 \cdot 16 \approx 1, 64 kWh$ , samen met de rest ±1,9 kWh: het tekort zakt tot ±0,35 kWh; L1 wordt dan wel 'lichtsom 9,2 mol op grijze dagen'.
b
Vergelijk met een criteriatabel (minstens vier criteria, met gewichten).
Bijvoorbeeld: effect op L1 (3), CO₂ (2), afhankelijkheid van het station (2), eenvoud (1). A: effect 2, CO₂ 2 (154 kg), onafhankelijk 3, eenvoudig 3. B: effect 2, CO₂ 1 (420 kg), onafhankelijk 3, eenvoudig 2. C: effect 3, CO₂ hangt af van het station, onafhankelijk 1, moeilijk 1. D: effect 1, CO₂ 3, onafhankelijk 3, eenvoudig 3.
c
Welke keuze maken jullie? Welke eisen veranderen in versie 2 van het programma van eisen?
Het voorbeeldteam koos D nu (geen materiaal, wel een eerlijke eis) en C voor Expert. Versie 2 van het programma van eisen: L1 wordt 'lichtsom ≥ 11,0 mol op minstens 5 van 7 dagen, nooit onder 9,0'; E8 en O1 blijven gehaald.

Zo wordt dit beoordeeld

Rekenwerk	Per voorstel het effect op dinsdag, met eenheden; de rol van de laadtoestand bij A begrepen.
Criteria	Minstens vier criteria (effect, CO₂, afhankelijkheid, eenvoud) met gewichten en onderbouwde scores.
Keuze	Volgt uit de tabel; nadelen eerlijk vermeld.
Eisen	De gevolgen voor het programma van eisen (L1, E3, E8, O1) uitgeschreven.

40.24

Debat: mag de module zelf pH-min doseren?

Uitdagen6Argumenteren30 min

Eis H2 faalde omdat niemand de waarschuwing zag. Voorstel: een doseerpompje met pH-min, gestuurd door versie 5: geef 20 mL als de pH boven 6,3 komt, hoogstens drie keer per dag. Stelling: 'De module moet de pH zelf bijsturen.'

a
Zoek twee argumenten voor en twee tegen.
Voor: H2 wordt ook in het weekend gehaald; minder werk; kleine, regelmatige dosissen zijn beter voor de wortels dan één grote. Tegen: een bijtend zuur in een automatisch systeem (eis V4); een sonde die afwijkt, doseert verkeerd; een lek in het pompje; wie ziet het als het misgaat?
b
Wat gebeurt er als de pH-sonde defect raakt en 7,5 aangeeft terwijl de pH 5,8 is? Welke beveiligingen zou je inbouwen?
Dan doseert de module drie keer per dag 20 mL zonder effect op de meting: de pH zakt elke dag verder, tot de wortels beschadigen (onder ±5). Beveiligingen: hoogstens 60 mL per dag in de code; na een dosis moet de pH binnen 30 minuten dalen, anders alarm en stop; wekelijks een controle met een handmeter; een tweede sonde of een vergelijking met de trend; de fles gesloten en gelabeld (E46: een FMEA doet dit systematisch).
c
Hoe beslist het team? Welke eis komt erbij in het programma van eisen?
Met een afweging van risico en nut, vooraf opgeschreven. Een tussenstap: eerst de melding naar een telefoon (E37) en vrijdag preventief bijsturen; automatisch doseren pas na een FMEA. Nieuwe eis bij automatisch doseren: 'hoogstens 60 mL pH-min per dag; zonder daling binnen 30 minuten stopt het doseren met een alarm'.

40.25

Onderzoek: wat kost een graad 's nachts?

Uitdagen7Onderzoeken45 min

's Nachts verwarmt de module onder 16 °C en stopt boven 17 °C. Een lagere nacht spaart warmte van het station, maar de sla groeit bij een lagere nachttemperatuur ook anders (hoofdstuk 34: bij 16,5 °C 27 % minder nachtademhaling dan bij het dagoptimum). H = 20,2 W/K, met nachtscherm 16,3 W/K; een nacht duurt 8 uur.

a
Hoeveel extra warmte vraagt 1 °C hoger per nacht? En per winter van 150 nachten? En met een nachtscherm?
$20, 2 \cdot 1 \cdot 8 = 162 Wh$ per nacht per °C; $150 \cdot 0, 162 \approx 24 kWh$ per winter. Met scherm: $16, 3 \cdot 8 = 130 Wh$ , of 20 kWh.
b
Waarom zou je de nacht toch niet op 12 °C zetten? Noem twee redenen (plant en gebouw).
Plant: bij te lage temperaturen groeit sla trager en vertraagt de teelt (hoofdstuk 34); het optimum ligt hoger. Gebouw: koude lucht met veel waterdamp condenseert sneller tegen het dak en de wanden; op het binnenoppervlak groeit dan schimmel (hoofdstuk 19, temperatuurfactor).
c
Ontwerp een proef om het effect van de nachttemperatuur op de oogst te meten. Welk probleem heb je met maar één module?
Twee nachttemperaturen (bv. 14 en 17 °C), elk in meerdere teelten, en het versgewicht per krop wegen. Met één module kan je de twee temperaturen alleen na elkaar testen: dan verschilt ook het seizoen (licht, buitentemperatuur). En de 48 kroppen van één teelt zijn geen 48 herhalingen van de behandeling: de module is de proefeenheid (pseudoreplicatie, E6). Beter: het proefrek van E6 met kleine vakjes, of meerdere teelten die afwisselen.

Zo wordt dit beoordeeld

Rekenwerk	Warmte per nacht en per winter juist, met en zonder scherm.
Redenen	Een plantreden (groei, ademhaling) en een gebouwreden (condens, schimmel) met herkomst.
Proefopzet	Eén variabele, herhalingen, loting; het probleem van pseudoreplicatie of van seizoen benoemd.
Afweging	Een besluit dat de warmte en de oogst tegen elkaar afweegt.

40.26

Code: een grens die meeschuift met de laadtoestand

Uitdagen7Programmeren45 min

Tussen 20 en 40 % laat versie 5 de grens van de lampen 5 stappen per meting op- of afschuiven, naargelang de batterijen laden of leveren. Een teamlid stelt iets eenvoudigers voor: de grens evenredig met de laadtoestand, 0 bij 20 % en 255 bij 40 %.

Schrijf de regel die het schuiven vervangt.

else grens = (int)(255.0 * (soc - SOC_ZON) / (SOC_VOL - SOC_ZON));   // 20-40 %: evenredig

b
Vul in.
0, 63, 127, 191, 255: (int) kapt af, dus 63,75 wordt 63 en 191,25 wordt 191. Bij 40 % geldt al de eerste regel (255).
c
Dinsdag om 8 uur (laadtoestand 36 %, geen zon) en om 12 uur (38 %, de panelen laden). Wat doen de lampen bij elke regel?
Versie 5: om 8 uur leveren de batterijen, dus zakt de grens naar 0: de lampen blijven uit. Om 12 uur laden ze, dus stijgt de grens: de lampen krijgen het zonne-overschot. Nieuwe regel: om 8 uur is de grens 204, de lampen branden bijna vol op de batterij en de laadtoestand zakt snel richting 20 %; om 12 uur is de grens 229, ook als er maar weinig overschot is.
d
Welke regel beschermt de batterijen beter, welke geeft meer licht? Hoe zou je het testen voor je het in de module zet?
Versie 5 beschermt de batterijen beter: de lampen gebruiken alleen wat de zon erbij geeft. De nieuwe regel geeft 's morgens meer licht, maar de batterij zakt sneller tot 20 %, en dan gaan de lampen helemaal uit. Testen: dezelfde grijze week in de simulatie met beide regels, en de lichtsom per dag en de laagste laadtoestand vergelijken.

Zo wordt dit beoordeeld

Code	Juiste formule, geheel getal, alleen tussen 20 en 40 %; de andere twee gevallen blijven.
Tabel	Juist ingevuld, met de afronding van (int).
Vergelijken	Het verschil tussen reageren op de laadstroom en op de laadtoestand uitgelegd.
Test	Een testplan in de simulatie: lichtsom en laagste laadtoestand van een grijze week naast elkaar.

40.27

Habitat: versie 2 van de module

Uitdagen7Habitat50 min

De ontwerpcyclus stopt niet bij de testweek. Gebruik jullie testrapport, logboek en foutzoektabel.

a
Drie verbeteringen, de belangrijkste eerst.
Bijvoorbeeld: H2 (pH op zondag) → vrijdag preventief naar 5,8, en de melding naar een telefoon → 0 € en 10 min per week → H2 gehaald. L1 (grijze dagen) → lichtdoel 160 µmol op grijze dagen (eis aanpassen) → 0 € → minder tekort. K3 in de zomer → schaduwdoek onder het dak → ±€ 40 → minder dan 27 °C met minder ventilatie.
b
Werk één verbetering uit: een berekening, een schema of een stuk code.
Bijvoorbeeld de pH: stijging ±0,12 per dag, dus op vrijdagmiddag bij 6,2 bijsturen naar 5,8 geeft maandag ±5,8 + 3 · 0,12 = 6,2: binnen de band. Waar de leraar op let: een uitwerking die bij de gekozen eis hoort.
c
Welke verbetering kan je pas maken met wat je in Expert leert? Welk hoofdstuk?
Meldingen naar een telefoon of een centrale computer (E37), de verwarming met een PID-regeling (E39), het energiebeheer met een voorspelling van de zon van morgen (E41, E43), het warmtemodel ijken op de logbestanden (E17, E36).

Zo wordt dit beoordeeld

Onderbouwd	Elke verbetering komt uit een test, een meting of het logboek, en hoort bij een eis.
Afweging	Kost en effect geschat; de belangrijkste eerst.
Uitwerking	Klopt, en een ander kan ze uitvoeren.
Vooruitblik	Concreet: welk hoofdstuk van Expert, en wat het oplost.

40.28

Habitat: eindevaluatie en op weg naar Expert

Uitdagen6Habitat40 min

Beoordeel jullie project met de eindrubric uit het handboek. De leraar doet hetzelfde; daarna vergelijken jullie.

a
Zelfevaluatie van het project.
Er is geen juist antwoord. Waar de leraar op let: bij elk niveau een concreet bewijs, en eerlijkheid (een 4 zonder bewijs telt als een 3).
b
Bereken jullie score: de som van niveau × gewicht, gedeeld door 4.
Voorbeeldteam: niveaus 3, 3, 3, 3, 4, 3, 3, 3 bij gewichten 10, 15, 10, 15, 20, 15, 10, 5: $(30 + 45 + 30 + 45 + 80 + 45 + 30 + 15) /4 = 320/4 = 80$ op 100.
c
Reflectie: wat was het moeilijkste aan het samenvoegen? Wat zou je een volgend team aanraden?
Bijvoorbeeld: 'Het moeilijkste waren de interfaces tussen de versies: de pomp die door twee taken geschakeld werd, de ventilatoren die 's nachts meer verbruikten dan het budget. Raad: leg vanaf week 1 het budget, het schema en de code naast elkaar, en test elke interface apart voor de testweek.'
d
Welke drie dingen uit dit project neem je mee naar het brein van het station in Expert?
Bijvoorbeeld: een programma van eisen met herkomst en een testrapport (wordt de eisenboom van E45); de logbestanden en het script (worden de data voor de digitale tweeling, E49); het warmtemodel met twee knopen (wordt E17).