[스마트팜] 저비용 수경재배용 워터 칠러 만들기

5월 10, 2025

🌱 저비용 수경재배용 워터 칠러 만들기 (펠티어 + 아두이노/라즈베리파이 제어)

수경재배에서는 수온 유지가 작물 생장에 큰 영향을 미칩니다. 특히 여름철에는 수온이 쉽게 25도 이상으로 올라가 뿌리 부패나 생장 정지 문제가 발생하죠.
상업용 워터 칠러는 고가지만, 저비용으로도 충분히 작동하는 DIY 펠티어 워터 칠러를 만들 수 있습니다.

이 글에서는 펠티어 소자를 활용한 냉각 시스템을 제작하고, 아두이노를 통해 자동 온도 제어하는 방법까지 소개합니다.

🧊 워터 칠러 구조 및 작동 원리

펠티어(Peltier) 소자는 전기를 공급하면 한 면이 차가워지고 반대 면이 뜨거워지는 특성이 있습니다.

이 특성을 활용해:

차가운 면에 워터블록을 부착해 물을 냉각하고
뜨거운 면에는 히트싱크와 팬을 부착해 열을 외부로 방출합니다.

냉각된 물은 수경 재배 수조로 순환되며, 지속적으로 적정 수온을 유지합니다.

🛠️ 준비물 목록

부품	설명	예상 가격
TEC1-12706 펠티어 소자	냉각 요소	2,000원
알루미늄 워터 블록	냉각수와 접촉	5,000원
히트싱크 + 냉각 팬	열 방출용	5,000원
12V 10A 파워 서플라이	펠티어 구동	10,000원
수조, 실리콘 튜브	물 저장 및 순환	5,000원
워터펌프 (DC 12V)	물 순환용	6,000원
아두이노 Uno	제어기	6,000원
DS18B20 온도 센서	수온 감지	2,000원
릴레이 모듈	펠티어 전원 제어	1,000원
서멀 그리스	열 전달 개선	1,000원

💡 총합 약 40,000~50,000원

🔧 제작 방법

1️⃣ 냉각 모듈 조립

펠티어 소자의 차가운 면에 워터 블록 부착 (서멀그리스 사용)
뜨거운 면엔 히트싱크와 팬을 부착
구조 예시:

[Fan+Heatsink]
      │
  [펠티어 소자]
      │
[Water Block] ← 물 흐름

2️⃣ 워터 루프 구성

수조 → 워터 펌프 → 워터 블록 → 수조 순환

실리콘 튜브를 통해 물이 계속 순환하도록 구성
수조는 아이스박스나 플라스틱 통 사용

🔌아두이노로 자동 온도 제어

🔍 기본 원리

DS18B20 센서로 수온을 측정
설정 온도(예: 22도)를 초과하면 릴레이를 작동시켜 펠티어 ON
일정 온도 이하가 되면 펠티어 OFF

📄 아두이노 코드 예시

#include <OneWire.h>
#include <DallasTemperature.h>

#define ONE_WIRE_BUS 2 // 온도센서 연결핀
#define RELAY_PIN 7    // 릴레이 제어 핀

OneWire oneWire(ONE_WIRE_BUS);
DallasTemperature sensors(&oneWire);

float targetTemp = 22.0; // 목표 수온

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  sensors.begin();
  pinMode(RELAY_PIN, OUTPUT);
  digitalWrite(RELAY_PIN, LOW); // 초기 OFF
}

void loop() {
  sensors.requestTemperatures();
  float tempC = sensors.getTempCByIndex(0);

  Serial.print("Current Temp: ");
  Serial.println(tempC);

  if (tempC > targetTemp) {
    digitalWrite(RELAY_PIN, HIGH); // 펠티어 ON
  } else if (tempC < targetTemp - 1.0) {
    digitalWrite(RELAY_PIN, LOW); // 펠티어 OFF
  }

  delay(3000); // 3초마다 측정
}

🧠 라즈베리파이 기반 자동 온도 제어 시스템

🔍 시스템 개요

라즈베리파이는 강력한 성능과 다양한 확장성을 갖춘 소형 컴퓨터로, 수경재배 시스템의 자동화를 구현하는 데 적합합니다. DS18B20 온도 센서를 통해 수온을 실시간으로 모니터링하고, 설정된 온도 범위를 유지하기 위해 릴레이를 통해 펠티어 모듈을 제어합니다.

🧰 추가 준비물

라즈베리파이 (모델 3 이상 권장)
DS18B20 온도 센서 (방수형)
릴레이 모듈 (5V 또는 3.3V 호환)
10kΩ 풀업 저항 (또는 내장 저항 포함 어댑터)
점퍼 와이어 및 브레드보드라즈베리파이 포럼+3Tutorials for Newbies+3Tutorials for Newbies+3

🔌 배선도

다음은 라즈베리파이와 DS18B20 센서, 릴레이 모듈 간의 연결을 나타낸 회로도입니다:

이미지 출처: newbiely.kr

🖥️ 라즈베리파이 설정 및 Python 코드

1-Wire 인터페이스 활성화:
```
sudo raspi-config
```

Interfacing Options → 1-Wire → Enable 선택아다프르트 인더스트리스+14Tutorials for Newbies+14라즈베리파이 포럼+14

필요한 라이브러리 설치:

sudo apt-get update
sudo apt-get install python3-pip
pip3 install w1thermsensor RPi.GPIO

Python 코드 작성:

import time
import RPi.GPIO as GPIO
from w1thermsensor import W1ThermSensor

# GPIO 설정
RELAY_PIN = 17  # 릴레이 제어 핀 (BCM 번호)
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setup(RELAY_PIN, GPIO.OUT)
GPIO.output(RELAY_PIN, GPIO.LOW)  # 초기 상태: OFF

# 온도 센서 초기화
sensor = W1ThermSensor()

# 목표 온도 설정
TARGET_TEMP = 22.0  # 섭씨
HYSTERESIS = 1.0    # 히스테리시스 범위

try:
    while True:
        temperature = sensor.get_temperature()
        print(f"현재 수온: {temperature:.2f}°C")

        if temperature > TARGET_TEMP:
            GPIO.output(RELAY_PIN, GPIO.HIGH)  # 펠티어 ON
            print("펠티어 작동 중...")
        elif temperature < TARGET_TEMP - HYSTERESIS:
            GPIO.output(RELAY_PIN, GPIO.LOW)   # 펠티어 OFF
            print("펠티어 정지.")

        time.sleep(5)  # 5초 간격으로 측정
except KeyboardInterrupt:
    GPIO.cleanup()
    print("프로그램 종료")

이 코드는 DS18B20 센서로부터 수온을 읽고, 설정된 목표 온도보다 높으면 펠티어를 작동시키고, 일정 온도 이하로 떨어지면 펠티어를 정지시킵니다.

📸 실제 제작 사진

다음은 실제로 제작된 펠티어 워터 칠러의 예시 사진입니다:

이미지 출처: ILGM Forum

🧪 테스트 및 운영 팁

최적 수온은 작물에 따라 다르지만, 대부분 20~22°C가 이상적입니다.
펠티어는 과열되면 성능이 급격히 저하되므로 히트싱크와 팬이 매우 중요합니다.
펠티어는 많은 전류를 소모하므로, 충분한 전류 용량의 파워 서플라이 사용 필수입니다.
온도제어 범위를 너무 좁게 설정하면 ON/OFF 반복이 심해지므로, 히스테리시스(±1도)를 주는 것이 좋습니다.

🎯 마무리

비용을 최소화하면서 수온을 안정적으로 유지할 수 있는 펠티어 워터 칠러는 수경재배에 매우 유용한 DIY 장치입니다.
아두이노를 활용하면 수온에 따라 자동으로 펠티어를 제어할 수 있어, 무인 운영도 가능합니다.

💬 댓글로 궁금한 점이나 제작 후기도 남겨주세요!

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