Точка зрения

Расход корма во время зимовки (с точки зрения теплотехники) (Трифонов Д. Д.)

 Благополучная зимовка — 
 это фундамент всего пчеловодства.
                   Г.П. Кандратьев

Зимовка, а особенно зимовка на воле в зонах с холодным климатом, остается пока самым трудным периодом в жизни пчел. Гибель пчелиных семей в это время приносит большие огорчения (моральные и экономические), а иногда и разочарование в пчеловождении.

Применяя теплотехнические методы расчета и анализа, А. Д. Трифонов пытается решить основные вопросы зимовки пчел: определить расход корма, интенсивность вентилирования, теплообмен семьи с окружающей средой и установить пути уменьшения расходования корма во время зимовки. В некоторых случаях, не имея достаточно надежных экспериментальных и литературных данных, автор пользуется приближенными значениями, допуская погрешности в расчетах (на что он указывает в статье). Расчеты проведены для хорошей семьи пчел, находящейся на пасеке в Московской области. Сделана попытка распространить полученные данные на другие регионы. Используемые в расчетах параметры могут иметь и другие близкие значения (безусловно, биологические особенности пчел будут вносить свои коррективы).

1. Теплотехнические свойства меда и продукты его окисления. Во время зимовки пчелы потребляют корм (в основном мед, во второй половине зимовки пергу) и кислород. При этом выделяются тепло, вода и углекислый газ. Большая часть воды выделяется в виде пара, меньшая — в виде жидкости вместе с калом.

При тепловых расчетах необходимо знать низшую теплотворную способность меда, количество выделяемой пчелами воды, количество необходимого для дыхания воздуха. Поскольку сведения об указанных выше параметрах в литературе немногочисленны и противоречивы, расчет этих показателей.

Состав меда сложный и непостоянный, в нем содержится много различных химических веществ и соединений, правда, большинство из них в небольших количествах. В первом приближении, достаточном для наших дальнейших расчетов, примем, что мед состоит из 75% (по массе) инвертированного сахара (глюкоза+фруктоза, формула С₆Н₁₂0₆), 5% сахарозы (С₁₂Н₂₂О₁₁) и 20% воды (W_p=20). Формула меда-топлива будет иметь вид: С_6,36Н_12,60О_6,30, а состав рабочей его массы в процентах:

С_р=32,2; Н_р=5,3; O_p=42,5; W_p=20.

По формулам Менделеева находим высшую (Q^B_p) и низшую (Q^H_p) теплотворные способности меда:

Q^B_p = 340 С_p + 1260 H_p=1090_p=12970≈13000 кДж/кг

Q^H_p=Q^B_p-25(9H_p + W_p)=11278≈11300 кДж/кг

Низшая теплотворная способность меньше высшей на то количество тепла, которое затрачивается на испарение воды, образующейся при сгорании (окислении) топлива, а также влаги, содержащейся в нем.

Значение высшей теплотворной способности меда, полученной нами в расчете, близко к значениям, приводимым в литературе. Часто ее называют просто «калорийность меда». Например, 3030 ккал/кг= = 12 850 кДж/кг (Пчела и улей, ред. Р. А. Граут, 1969); 3350 ккал/кг=1410 кДж/кг (К. А. Кузьмин, 1971); 3150 ккал/кг=13 220 кДж/кг (С. М. Младенов, 1971) и т. д.

О низшей теплотворной способности меда в литературе по пчеловодству не упоминается, а знать ее необходимо для определения количества тепла, выделяемого пчелами при зимовке, если выдыхаемые ими пары воды не конденсируются в улье, а удаляются благодаря вентиляции.

Количество воды, выделяемой пчелами при переработке одного килограмма меда, равно:

W₀=9H_p+W_p=67,7 (68%), то есть при переработке 1 кг меда выделяется 0,68 кг воды. Аналогичные значения приводят Е. К. Еськов (1983), В. Д. Лукоянов, В. Н. Павленко (1988).

Зная количество углерода, участвующего в реакции окисления меда, определим количество получающегося углекислого газа и необходимое количество кислорода:

С + 0₂-С0₂;

G_CO2=µ_CO2/µ·С_р=(44/12)·0,322=1,18 кг С0₂ на 1 кг меда;

G_O2=µ_O2/µ·С_р=(32/12)·0,322=0,86 кг С0₂ на 1 кг меда;

Плотность воздуха при 0 °С равна 1,29 кг/м³, содержание кислорода в воздухе по массе составляет 23,1%. Минимальное количество воздуха, необходимое для окисления одного килограмма меда, будет равно:

V_мин= 0,86/(1,29·0,23)=2,9≈3 м³ воздуха на 1 кг меда.

Минимальное содержание кислорода в улье во время зимовки в центре гнезда может доходить до 3—4%, на периферии до 14—16% (Е. К. Еськов, 1983). Допустим, что содержание кислорода в отработанном воздухе, выходящем из улья во время зимовки, в два раза меньше, чем в атмосферном (вне улья). Тогда для окисления углерода, содержащегося в одном килограмме меда, потребуется:

V = 2V_min=6 м³ воздуха на 1 кг меда.

Определим ориентировочно, сколько воды хорошая семья пчел может удалить из улья вместе с калом. Допустим, что влажность кала близка к 100%. Пчелы облетываются в октябре и марте — апреле. Примем, что каждая пчела за два облета (осенью и весной) удалит из улья 40 мг кала. Семья в 25 000 особей (25 000-0,04=1000 г) — 1 кг воды.

При зимовке на воле за период с октября по апрель при расходовании примерно 15 кг меда будет выделено 15-0,68=10,2 кг воды.

Таким образом, самостоятельно хорошая семья пчел при зимовке на воле вынесет из своего жилища во время осеннего и весеннего облетов примерно 10% воды. Оставшуюся большую часть в виде паров необходимо удалять вместе с отработанным воздухом вентилированием.

Были подсчитаны тепловые характеристики меда с влажностью 18% (сахароза — 5%, фруктоза+глюкоза — 77%). Его теплотворная способность выше на 3,3%, а выделение воды при его потреблении пчелами ниже на 0,3%, чем у рассмотренного выше образца.

В корме, который получается при скармливании пчелам сахарного сиропа, содержание сахарозы в среднем составляет 25% (С. М. Младенов, 1971 г.), а не 5%, как мы принимали выше для натурального меда. Низшая теплотворная способность такого корма при влажности 20% на 1,4% выше, чем у натурального меда, а количество воды, образующейся при поедании его пчелами, меньше на 1,3%, то есть согласно нашим теоретическим расчетам с энергетической точки зрения зимовка пчел на сахаре по сравнению с натуральным медом выгоднее, но весьма незначительно (чего нельзя утверждать с биологической точки зрения).

2. Количество корма, потребляемого за время зимовки.

Е. К. Еськов (1983) указывает, что в интервале от —9 °С до 8 °С (в период относительного для пчел покоя) потери тепла ульем с пчелами почти линейно зависят от температуры окружающей среды. Для значения t_ж>8 °С кривая Q = f(t_ж) круто идет вверх — потери тепла ульем, а следовательно, и расход корма резко возрастают (рис. 1).

Рис. 1. Расход корма, соответствующий тепловым потерям окружающей среды

Зная низшую теплотворную способность меда, можно легко показать, что В_т=7,65 г меда в сутки=0,233 кг меда в месяц.

Зная температуру окружающей среды, пользуясь рис. 1, определяем соответствующие тепловые потери и соответствующий им расход корма.

а) Расход корма при зимовке в зимовнике

Период относительного покоя для пчел в Московской области примем равным семи месяцам (с половины сентября до половины апреля). В это время пчелы не имеют поддерживающего взятка и питаются заготовленным заранее кормом. Это не безоблетный период — средняя температура наружного воздуха ниже 8 °С. В марте и апреле пчелы будут выкармливать расплод, и соответственно в эти месяцы расход корма удвоится. Таким образом, можно принять, что условный период зимовки пчел в зимовнике в Московской области будет равен девяти месяцам.

Тогда минимальный расход корма семьей в таких условиях при t_ж=8 °С будет равен G_min=9·2·0,233=4,2 кг. Это значение, может быть, следует назвать «теоретическим минимальным», к которому надо стремиться.

В литературе нет четких сведений о хороших зимовках в зимовнике сильных семей пчел при температуре 8 °С. Наоборот, имеются предупреждения не допускать такой температуры, так как при ней происходят возбуждение пчел, их перегрев и т. д. А. И. Рут и др. (1959) сообщают, что зимовка в зимовнике успешно проходила при температурах 4,4—10,0°С. Рекомендуется температура 6,1 °С. С. А. Розов, А. Ф. Губин и др. (1948) приводят результаты положительной зимовки при 3, 5, 8 и 13 °С, наилучшие результаты получаются при 8 °С. Расход корма оказался равным 4,5 кг, а при 13 °С только 4 кг, но при этом увеличились подмор и наполнение кишечника у пчел. Е. К. Еськов (1981 г.) сообщает: «Об успешной зимовке пчелиных семей среднерусской породы при 5—9 °С свидетельствуют четырехлетние данные их содержания в терморегулируемом помещении. Температуру в нем в начале зимовки (в конце октября — начале ноября) поддерживали на уровне 7—9 °С, а к февралю—марту ее понижали постепенно до 5 °С, колебания были в пределах ±0,3 °С». Автору статьи пришлось однажды наблюдать хорошую зимовку, правда, очень слабых семеек в помещении с температурой около 10 °С.

Таким образом, несмотря на то, что практически вопрос о зимовке пчел в зимовниках при температурах, близких к 8 °С, еще не решен окончательно, есть и достаточно обнадеживающие сведения.

На рис. 2 показана зависимость расхода корма во время зимовки от температуры в зимовнике. (Расчеты проведены, как и для температуры 8 °С.) В интервале температур в зимовнике от —2 °С до 8 °С расход корма изменяется практически линейно, то есть изменение температуры в зимовнике на один градус влечет за собой увеличение или уменьшение расхода корма на 0,8 кг.

Рис. 2. На рис. 2 показана зависимость расхода корма во время зимовки от температуры в зимовнике

Имеются следующие данные о результатах зимовки в зимовниках (М. В. Жеребкин, 1979): хорошие семьи, обсиживающие 8—10 рамок и более (2,5—3,5 кг пчел), потребляют во время зимовки от 1,0 до 1,3 кг корма на рамку пчел, или 3 кг на 1 кг пчел, то есть примерно от 8 до 13 кг. Можно считать, что мы имеем достаточно хорошее совпадение экспериментальных и расчетных данных. Чтобы иметь такие расчеты для каждой местности, необходимо знать продолжительность зимовки в данном географическом пункте. С достаточной для наших расчетов точностью можно считать, что изменение температуры наружного воздуха в течение года хорошо описывается синусоидой. Для построения ее достаточно знать среднемесячные температуры января и июля, а эти данные приводятся в географических атласах и энциклопедиях. Согласно этим расчетам время зимовки укладывается в период со средней температурой ниже 8 °С. Для определения интересующих показателей по 11 географическим пунктам Советского Союза можно воспользоваться линейной зависимостью согласно формуле:

τ = 4,5 — 0,24t₁, где τ — время зимовки (в месяцах); t₁ — средняя температура января.

В таблице 1 приведены результаты определения расхода корма пчелами в зависимости от географического положения местности (температуры января t₁), от температуры в зимовнике (t₃). Расход корма для территорий Советского Союза, где занимаются пчеловодством, может быть достаточно большим: от 2,6 кг (Закавказье, юг Средней Азии, теплый зимовник) до 17,6 кг (южная часть Восточной Сибири, холодный зимовник).

Таблица 1. Расход корма пчелами при зимовке в зимовнике в зависимости от средней температуры января (t₁) и температуры в зимовнике (f₃)

б) Расход корма при зимовке на воле

В таблице 2 приведены результаты определения суточного и месячного расхода корма пчелами при зимовке на воле в условиях Московской области. Средние месячные температуры наружного воздуха получены как среднеарифметические для Клина, Зарайска, Волоколамска и Черустей (П. Метревели и др., 1964). Предполагаем, что ульи снегом не засыпаны, стоят открыто, ветра нет, толщина стенки улья 40 мм.

Суммарный расход корма за время зимовки на воле без дополнительного укрытия улья с учетом того, что в марте и апреле расход корма удваивается, будет равен:

G = g_X+g_XI+g_XII +g_I+g_II + 2g_III + 2g_IV=15,0 кг.

Итак, при зимовке на воле семья пчел съедает, по нашим расчетам, 15 кг корма.

После такого результата становится ясно: зимовать на воле надо оставлять только сильные семьи, слабые убирать в зимовник. Чтобы зимовать на воле, семья должна занимать не менее восьми улочек, только тогда она сможет безболезненно переработать 15—16 кг корма для обогрева клуба.

Чтобы определить расход корма при зимовке на воле для иных, отличных от Московской области географических мест, воспользуемся тем же приемом, что и при определении расхода корма при зимовке в зимовниках, то есть будем считать, что распределение температур наружного воздуха по месяцам года с достаточной точностью хорошо описывается синусоидой. Построения, проведенные для 11 географических пунктов СССР, показали, что расход корма во время зимовки на воле с достаточной точностью можно вычислить по формуле:

G = 5,2-0,93t₁

где t₁ — средняя температура января; G — расход корма за зимовку на воле, кг.

При проведении расчетов пришлось экстраполировать кривую, изображенную на рис. 1, в области с t_ж—10°С.

В качестве иллюстрации наших расчетов приведем данные по зимовкам пчел на воле в Рязанской области, Чувашской АССР и Канаде. И. Н. Мадебейкин (1988) приводит данные по зимовкам на воле в Рязанской области и Чувашской АССР за период 1971—1975 гг. Расход корма на семью составлял 15,2±0,6 кг в Рязанской области и 17,3±1,2 кг в Чувашской АССР. Изотерма января в Рязанской области равна —11 °С, в Чебоксарах примерно —13°С, следовательно, по нашей формуле получаем 15,1 и 16,9 кг соответственно, то есть совпадение расчета с экспериментом — 99,5 и 97,8%.

Таблица 2. Потери тепла, среднесуточный и среднемесячный расходы корма пчелами при зимовке на воле в Московской области по зимним месяцам года

В Канаде средняя температура января —20 °С. По нашим расчетам, расход корма за зимовку на воле должен быть равен 23,2 кг. В Канаде, как правило, не оставляют пчел зимовать на воле, это экономически невыгодно. Их уничтожают и получают экономию с каждой семьи в среднем по 25 кг меда (А. Дитц, 1979). В данном случае наш прогноз оказался справедливым на 92%.

Сравнивать данные по расходу корма пчелами, зимующими в зимовниках и на воле, вероятно, возможно тогда, когда четко будут выполняться условия зимовки в том и другом случае. Предположим, что в хорошо утепленном улье на воле расход корма меньше, чем в холодном и сыром зимовнике. И наоборот, можно научиться содержать пчел в зимовнике так, что они будут расходовать за зимовку около 4 кг корма, что на 11 кг меньше, чем при зимовке на воле в неутепленном улье, и на 5—8 кг меньше, чем при зимовке в том же зимовнике при пониженных температурах.

Приведенные выше формулы позволяют определить минимальное количество корма, необходимое пчелам при зимовке на воле или в зимовнике. Практически необходимо оставлять в улье меда больше расчетного на 25—50%, так как не весь корм бывает доступен пчелам и не каждая зима бывает средней по климатическим условиям. Экономить на корме, надеясь на чудо, что пчелы как-нибудь перезимуют, бесполезно. Необходимо помнить, что во время зимовки семьи погибают в основном от голода.

Примечание. С_p Н_p О_p W_p — содержание в меде (топливе) углерода, водорода, кислорода и воды в процентах, индекс «р» означает, что расчеты ведутся на рабочую массу;

G_CO2, G_O2 — количество углекислого газа и кислорода в кг, получающихся при окислении одного килограмма меда;

μ_CO2, μ_O2, μ_C — молекулярная масса углекислого газа, кислорода и углерода, г;

g — месячный расход корма зимующими на воле пчелами кг.

Д. Д. Трифонов 143500, Московская обл., Истра, ул. Юбилейная, д. 11, кв. 69.

«СУПЕРКОМПАКТ» SUPERCOMPACT

Вниманию пчеловодов, обществ, организаций!

Стрыйское районное общество пчеловодов-любителей впервые предлагает новый суперкомпактный улей «ЗАПОРОЖЕЦ».

Конструкция улья позволяет решить многие проблемы, возникающие при обслуживании пчел.

«ЗАПОРОЖЕЦ»

Наиболее рационален для использования в павильонах и на дачах.

Удобно вписывается в размеры балконов и лоджий.

Оборудован идеально простым и очень эффективным пыльцесборником.

ПОЗВОЛЯЕТ:

— наращивать пчелиную семью до размера «гигант» (48—50 стандартных рамок);

— использовать многоматочную систему;

— осматривать семьи пчел без разбора гнезд;

— отбирать медовые рамки без контакта с пчелами;

— свободно переходить с любой системы ульев на «Суперкомпакт», не делая никаких конструктивных изменений. В улье могут быть одновременно расположены стандартные рамки 435×300 мм, многокорпусные 435×230 мм, узковысокие украинские 300×435 мм и узковысокие полурамки 300×230, 300×300 мм.

ОБЕСПЕЧИВАЕТ:

— максимум продукции при минимуме времени на технологическое обслуживание;

— свободный доступ к любой части гнезда в любое время года;

— большой выход прополиса без лишних затрат труда.

«ЗАПОРОЖЕЦ» так же просто обслуживать, как и улей-лежак. Нет необходимости в применении физической силы. «ЗАПОРОЖЕЦ» доступен даже инвалидам.

Эскизные чертежи с информацией стоимостью 6 руб. 50 коп. (по ценам 1990 г.) высылаются наложенным платежом.

Заявки посылать по адресу: 293500, Львовская обл., г. Стрый, а/я 50. Председателю СРОПЛ Брыку И. Д.