Регулирование температуры в павильоне

При содержании пчел в утепленных павильонах (с учетом правильной подготовки семей) зимовка обычно проходит успешно. Но если средняя температура в регионе в зимние месяцы относительно низка, то потребление корма, а значит, наполнение кишечника у пчел в павильоне к весне могут быть большими, чем у их сородичей, обитающих в добротном зимовнике или же в павильоне с терморегуляцией.

В большинстве учебных пособий оптимальной температурой для зимовки пчел считается от —2 до +2°С, а определялась она по тому факту, что при данной температуре в зимовнике клуб пчел имеет минимальные размеры. Основывалось это на выводе: чем плотнее клуб пчел, тем меньше корма они потребляют. Оказалось, все не так. Биологической основой образования клуба являются отсутствие медосбора и длительное снижение температуры наружного воздуха до 8—10 °С. Известно, что осенью при таких условиях пчелы уже образуют клуб и переходят в малоактивное состояние. Э. Рут сообщал об этом еще в 20—30-х гг., справедливо считая, что для наиболее благоприятной зимовки температура в улье под рамками должна быть от 10 до 11 °С, а в помещении для зимовки — 7—8°С [40].

Сейчас точными исследованиями Е. К. Еськова подтверждено: наименьшее количество энергии клуб пчел выделяет при температуре наружного воздуха около 8°С [10], а значит, именно такая температура соответствует наименьшему потреблению корма, наименьшему наполнению кишечника к весне и лучшей сохраняемости пчел в зимовке, поскольку потребление корма семьей пропорционально ее энерговыделению. По сведениям Е. К. Еськова, построен усредненный график энерговыделения клуба семьи среднерусских пчел в лежаке в зависимости от температуры окружающего воздуха (рис. 2).

Рис. 2. Зависимость тепловой энергии, выделяемой зимующей семьей пчел, от температуры в зимовнике

Очевидно, что оптимальная температура в помещении для зимовки пчел может поддерживаться только при искусственном обогреве.

По данным, полученным в НИИП М. Г. Гиниятуллиным в 1983—1985 гг., зимовка пчел в утепленных павильонах с электрообогревом до температуры от 2 до 4°С проходит значительно лучше, чем в неутепленном павильоне (без обогрева), а по сравнению с ульями в зимовнике пчелы расходуют меньше корма и весной такие семьи бывают более сильными.

Результаты всех исследований и практика многих пчеловодов-любителей свидетельствуют о пользе и экономической целесообразности электрообогрева павильонов в зимний период.

Мной проверены два варианта обогрева пчелиных семей (павильона и улья) простым и доступным способом. Доступность его определяется отсутствием необходимости в терморегуляторе. К тому же нагреватели требуются небольшой мощности, что обеспечивает максимальную противопожарную безопасность и экономичность. Оба варианта могут быть обоснованы расчетами и проверены экспериментально.

Дело заключается в том, что в период устойчивого понижения температуры до —3—5°С, то есть примерно с середины ноября или начала декабря, включаются электронагреватели той мощности, которая необходима, чтобы повысить температуру в павильоне или в улье на заданную величину. Исходными данными для ориентировочного расчета требуемой мощности нагревателей являются среднемесячные температуры самых холодных месяцев (с учетом теплопередачи стен, потолка, пола павильона или улья) и необходимый предел повышения температуры от электронагревателя.

Теплопередача павильона или улья W равна сумме теплопередач теплопроводящих поверхностей павильона или улья, количество которых в общем случае равно и (каждой стены, поверхностей потолка и пола), при этом вынос тепла с воздухом при вентиляции не учитывается.

Теплопередача отдельной поверхности W_i определяется как произведение коэффициента теплопроводности данной поверхности K_i на ее площадь S_t и на требуемую величину повышения температуры в павильоне Т° (то есть Т° равна заданной разности температур в павильоне и на улице).

Тогда:

W_i=K_iS_iT°, a W=Σ_iK_iS_iT°.

Коэффициент теплопроводности поверхности K_i равен отношению удельного коэффициента теплопроводности материала λ к толщине этой поверхности α, то есть

K_i=λ_i/α_i

При двухслойной и более сложной термоизоляции коэффициент К последовательно определяется для двух слоев по формуле:

K_1-2=(К₁+К₂)/(К₁•К₂)

для трех слоев по формуле:

K_1-3=(К_1-2+К₃)/(К_1-2•К₃)

Оптимальная температура зимовки пчел, исходя из условия минимальных энергетических затрат семьи, находится в пределах от 5 до 9°С для среднерусских пчел и от 4 до 6 °С для серых горных кавказских пчел, что и рекомендуется обеспечивать автоматическим регулированием температуры в павильоне. В начале зимовки для среднерусских пчел поддерживается температура 8—10°С, а с середины февраля и в марте (до облета) — не более 4—5°С [10], при этом обязательно наличие широко открытых нижних летков и полное отсутствие утепления ульев.

Такой подход к определению оптимальной температуры во время зимовки более обоснован, чем рекомендации поддерживать температуру в зимовнике от —2°С до + 2°С, что соответствует минимальным размерам клуба, а не минимальным затратам энергии пчел.

Только минимальные энергетические затраты семьи соответствуют наиболее спокойному состоянию пчел с наименьшими потреблением корма и наполнением кишечника, а следовательно, и с меньшим износом.

Надо учитывать и то важное обстоятельство, что при температуре вне улья от 3 до 8°С пчелы свободно перемещаются по сотам и могут осваивать медовые запасы в любом направлении. Исходя из этих условий, а также учитывая, что даже при кратковременном повышении температуры в период зимовки выше 9—10°С пчелы резко увеличивают потребление корма на длительный период (до нескольких суток, так как переходят в активное состояние), принимаем за предельное значение температуры в павильоне зимой 9°С.

При отсутствии автоматического регулирования температуры необходимо учитывать возможные длительные ее средние превышения в ходе потеплений. Для района пасеки такой температурой является 1—2°С. Следовательно, при постоянно включенном нагревателе повышать температуру в павильоне более чем на 7°С недопустимо. Ведь с наступлением потепления она может превысить 9°С.

Ориентировочный расчет мощности нагревателя (без учета выноса тепла вентиляцией) можно сделать по приведенной выше формуле. Так, для павильона с размерами по ширине, длине и высоте 2,3×2,3×1,5 м (с учетом его более сложной формы из-за расположения под коньком двускатной крыши) площадь всех теплоизлучающих поверхностей равна:

S_пола=2,3•2,3~5,3 м²; S_{потолка}~м²; S_стен=4•1,5•2,3~13,8 м²; ΣS_i=5,3+5,3+13,8=24,4 м².

Тут надо учесть, что все поверхности павильона имеют примерно одинаковую теплоизоляцию, соответствующую сплошным деревянным стенам толщиной 100—120 мм. Удельный коэффициент теплопроводности для дерева поперек волокон равен λ=0,11—0,12 Вт•м^-1•К^-1.

Удельная теплопроводность материалов, применяемых или учитываемых в пчеловодстве.

Удельная теплопроводность ряда материалов

При переводе в более удобный для расчета вид применительно к деревянной стене толщиной 120 мм коэффициент ее теплопроводности К получаем равным 0,9—0,98 Вт•м^-2•К^-1. Принимаем его равным 0,95. Тогда W = 0,95•24,4•7=162 Вт.

Как показал эксперимент, для нагрева рассматриваемого павильона потребовалась мощность 150 Вт.

Если в павильоне имеется большое количество семей (более 8—10), то необходимо учитывать тепловую энергию, выделяемую каждой семьей и равную в пассивный для пчел период с оптимальными условиями зимовки 5—8 Вт [10]. С указанной мощностью нагревателя при средних температурах декабря, января, февраля и марта — 6,6 °С, — 8,5 °С, — 9,2 °С и — 5,5 °С соответственно температура в павильоне большую часть зимы поддерживается от —4°С до +4°С, а при потеплениях на улице до 1—2°С становится равной 8—9 °С, что позволяет пчелам расширить клуб и свободно перемещаться по сотам для освоения медовых запасов.

Лишь в самые суровые зимы, какой была зима 1986/87 г., когда в местности, где находится моя пасека, с последней декады декабря до середины января температура держалась ниже —20°С, а конкретно с 5 по 13 января была ниже — 35°С (порой опускалась до —43°С), приходилось увеличивать мощность нагревателя до 350—500 Вт (табл. 2).

Таблица 2. Зависимость температуры в неотапливаемом доме, обогреваемом павильоне и в улье от температуры наружного воздуха

Имеющиеся (по отношению к произведенному расчету) несоответствия между наружной температурой и температурой в павильоне объясняются резкими изменениями погоды в тот период и тепловой инерционностью павильона.

В марте при повышении температуры в павильоне до 6—7°С нагреватель необходимо отключить.

После облета пчел (при наличии в ульях запасов меда, перги и обеспечении водой в индивидуальных поилках) можно включить этот же или более мощный нагреватель, рассчитанный на повышение температуры в павильоне на 16—18°С, и держать его включенным до ycтойчивого потепления, не допуская повышения температуры в павильоне выше 25—28 °С.

Рассмотренный способ повышения температуры в небольшом павильоне, когда зимуют 4—5 семей пчел, требует затрат 300—330 кВт-ч электроэнергии стоимостью 12—13 руб., что можно считать вполне оправданным экономически. Пчелы расходуют меньше меда, сохраняются для лучшего весеннего развития.

Значительно более экономичен в общем-то аналогичный способ поддержания нужного микроклимата в улье. Расчеты и эксперименты показывают, что для повышения температуры на 7°С в одном улье с наружным утеплением достаточно мощности 4—5 Вт. При значительно меньшем расходе электроэнергии стабильность температуры при этом способе обогрева заметно ниже в связи с малой тепловой инерционностью улья.

Электронагреватели, применяемые для обогрева павильона, бывают разных конструкций. Одно из основных требований к ним — пожарная безопасность, обеспечиваемая надежными электроизоляцией и контактами, низкотемпературными нагревателями, имеющими при постоянном включении температуру открытых частей не выше 80—90°С. Спирали должны быть закрытого типа. Нагреватели устанавливаются с учетом выполнения всех противопожарных правил, на расстоянии не менее 1,5 м от заземленных предметов. Мощность нагревателей, включаемых в одну бытовую розетку, не должна превышать 250—300 Вт, Если она у нагревателей выше указанной, то необходимо использовать провод, розетки и вилки, предназначенные для силовых цепей.

Нагреватели в улье, расположенные под сотами, надо защищать от попадания на них осыпающихся восковых крошек, подмора и других отходов от клуба пчел, дабы исключить воспламенение мусора.

Из автоматических систем регулирования температуры в павильоне и в улье мной проверена схема, опубликованная в журнале «Моделист-конструктор» № 8 за 1985 г., в заметке «Термос для картофеля». В этой схеме для уменьшения нагрева резисторов R₂ и R₃ необходимо увеличить их мощность до 4 Вт за счет параллельного включения двух резисторов мощностью по 2 Вт с номиналами по 47 и 62 кОм соответственно. Для подключения нагревателей с мощностью до 0,5—0,6 кВт площадь радиаторов силовых диодов и тиристора необходимо увеличить до 80—100 см² (рис. 3). Отсутствие трансформаторов и реле делает подобные схемы надежными и безопасными.

Рис. 3. Принципиальная схема терморегулятора

При автоматическом регулировании температуры нецелесообразно использовать нагреватели с большим запасом мощности. Достаточно той, которая лишь в 2—3 раза превышает расчетную для нагревателя без авторегулирования, то есть 300—400 Вт.

В качестве оптимального варианта можно рекомендовать постоянно включенный нагреватель, рассчитанный на нагрев павильона на 6—7°С, и дополнительный, в 1,5—2 раза большей мощностью, автоматически включающийся при снижении температуры в павильоне до —2°С.

Для нерегулируемого обогрева павильона мной используется низкотемпературный нагреватель с закрытой спиралью, состоящий из четырех последовательно соединенных элементов, каждый из которых имеет 2 керамических основания от обычной электроплитки (цена — 75 коп. за шт.). В одно основание уложена спираль мощностью 600 Вт (цена — 70 коп.), а вторым она закрывается.

Собранные элементы крепятся на металлическом каркасе толщиной 2—3 мм и площадью 0,2—0,25 м², а электрическое соединение их осуществляется с помощью термостойких монтажных проводов и винтовых контактов. Общая мощность такого нагревателя составляет около 150 Вт. Температура керамической поверхности при постоянном включении не превышает 60—70 °С.