Техническое обеспечение современных технологий зимовки

Современные технологии зимовки в значительной мере зависят от технического обеспечения. Имеется в виду преж­де всего обеспечение техническими устройствами, позволя­ющими поддерживать заданную температуру, влажность и необходимую степень вентиляции. Основу этих устройств, как правило, составляют электронные или электрические схемы регулирования. В связи с этим многие пчеловоды испытывают дефицит электротехнических знаний, позво­ляющих им грамотно эксплуатировать или собирать по­добные устройства. Кроме того, несомненным фактом яв­ляется необходимость знания пчеловодами основ техники безопасности при эксплуатации электротехнических уст­ройств.

Основы электротехнических знаний для пчеловодов и тех­ника безопасности освещены в приложении 3. Дальше по тексту даны описания сконструированных, изготовленных и испытанных мною электронных устройств для подогрева внут­ри ульев и для обогрева помещений для зимовки пчел.

I. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЯ ВНУТРИУЛЬЕВОГО ПРОСТРАНСТВА И ПОМЕЩЕНИЙ ДЛЯ ЗИМОВКИ

Как известно, одним из возможных способов обеспече­ния комфортной для зимовки пчел температуры может быть использование электрического подогрева внутри улья или обогрева помещений для зимовки.

Электроподогрев можно осуществлять в улье любой кон­струкции, даже со стандартным расстоянием между низом рамок и полом в 20 мм. В этом случае надо изготовить «сверхплоский» подогреватель толщиной не более 12— 15 мм. Однако гораздо удобнее осуществлять электропо­догрев в современных ульях с увеличенным до 100—150 мм подрамочным пространством. Среди требований к этим ульям можно предъявить требование свободно, без раз­борки улья, вынимать и вставлять электроподогреватель, который можно совместить с подогреваемой внутриульевой поилкой.

Что касается помещений для зимовки пчел с электро­обогревом, то очевидным является требование уменьше­ния теплопотерь через стенки зимовника. Рекомендуется иметь теплоизоляцию стен и потолка, эквивалентную теп­лоизоляции стен из деревянного бруса толщиной не менее 100—120 мм. Дешевле всего это будут каркасные стены с теплоизолирующей засыпкой из смеси опилок и 5%-ной извести (на 20 ведер опилок ведро извести) с обязатель­ной наружной штукатуркой. Засыпка после высыхания пре­вращается в рыхлую плиту, которая отлично сохраняет теп­ло. В то же время такие стены являются проницаемыми для водяных паров и воздуха, и поэтому не требуется спе­циальная вентиляция помещения, когда в нем содержится до 8—10 семей (Гунякин А.А., 1991).

Ориентировочные нормы при строительстве помещения: 0.5—0,7 м³ объема помещения и 4—5 см² сечения вентиляци­онного отверстия на одну семью.

Вентиляция должна иметь приточное отверстие в ниж­ней части помещения и вытяжное — в потолочной части. Верх вытяжной трубы должен быть выше конька на 0,5 м, а нижний срез трубы должен заканчиваться на одном уровне с потолком. Если нижний срез будет выступать ниже по­толка, то потолок будет отсыревать. Приточная и вытяж­ная трубы должны быть оборудованы задвижками, позво­ляющими регулировать площадь сечения отверстия.

Для удаления углекислого газа и водяного пара из по­мещения, где зимуют пчелы, и обеспечения их кислородом необходимо 10-кратное обновление воздуха на протяже­нии суток. Сильная семья из 30 тыс. пчел при зимовке в помещении выделяет за сутки в среднем 46 г воды и более 100 г углекислого газа (Еськов Е.К., 1992).

Из других требований к помещению отметить необходи­мость его надежной защиты от проникновения мышей, воз­можность его полного затемнения во время зимовки и обо­рудование красным фонарем для удобства проведения пе­риодических осмотров. Желательно в таком помещении иметь ионизатор воздуха. Схема несложного в изготовле­нии ионизатора приведена в моей книге «Пчеловодство. Практический курс».

Вернемся, однако, непосредственно к вопросу термо­регулирования. Я давно интересуюсь этим вопросом и со­бираю соответствующую информацию, которая порой но­сит противоречивый характер. Мне не удалось обнаружить источник, где бы эта информация была систематизирована и доведена до возможности ее практического применения. Это не позволяло, опираясь на имеющуюся информацию, решить поставленную задачу создания надежной и недо­рогой системы терморегулирования для пасеки. Поэтому было принято решение сконструировать и изготовить такую систему самостоятельно. Задача была сформулирова­на следующим образом: создать современную надежную и простую в изготовлении систему терморегулирования для небольшой пасеки в 10—20 ульев при возможно меньших материальных затратах. Конструкция схемы должна позво­лять ее тиражирование в домашних условиях. ■

Исходя из поставленной задачи и условий оптимальной зимовки, необходимо было создать устройства, обеспечи­вающие терморегулирование как внутреннего объема улья, так и объема помещения для зимовки. При всем принципи­альном сходстве оба эти устройства имели определенные схемные различия. О результатах работы по решению этих задач и пойдет речь ниже. Вначале рассмотрим, как выби­рались питающие напряжения, затем требования к конст­рукции внутриульевого подогревателя и обогревателя для помещений. В заключение представим общую схему тер­морегулирования и ее работу в различных режимах.

► Выбор питающих напряжений для подогрева и обогрева

Исходя из соображений безопасности, питающее напря­жение для внутриульевого подогрева не должно превы­шать 36 В. Кроме того, это напряжение должно иметь та­кую величину, чтобы можно было обеспечить необходимую мощность электроподогревателя при приемлемых значени­ях его сопротивления. Величина питающего напряжения должна также обеспечивать допустимые значения силы тока, проходящего через вторичную обмотку трансформатора источника питания.

Как будет показано ниже, оптимальной мощностью внут­риульевого подогревателя при автоматическом регулиро­вании температуры является мощность 15—20 Вт. Поскольку мощность подогревателя, величина питающего напряжения, сопротивления и тока подогревателя, а также тока через вторичную обмотку трансформатора являются величинами взаимосвязанными, то выбор их требует корректного под­хода. При разработке схемы предполагалось, что подклю­чение всех подогревателей будет производиться параллельно. В качестве возможных рассматривались четыре стан­дартных напряжения: б, 12, 24 и 36 В. Для всех этих напря­жений и мощностей в районе 15—20 Вт были произведены расчеты значений сопротивлений подогревателей R, а так­же токов /, которые сведены в табл. 3.6.

Перед проведением анализа этих данных следует напом­нить, что вторичные обмотки большинства бытовых понижа­ющих трансформаторов позволяют длительное время без перегрева выдерживать максимальные токи до 8—10 А.

Исходя из сказанного выше, сразу можно исключить пита­ющее напряжение 6 В, так как суммарный ток 10 подогрева­телей в этом случае будет чрезвычайно большим для транс­форматора питания. Напряжение 36 В, с точки зрения сум­марного тока, вполне приемлемо. Единственное неудобство — большое значение необходимой величины сопротивления по­догревателя. Дело в том, что для самостоятельного изготовления подогревателя удобно использовать нихромовую про­волоку диаметром 0,3-0,4 мм, из которой обычно изготовля­ют спирали для электроплиток. Такая спираль для бытовой электросети при мощности 1 000 Вт имеет сопротивление около 50 Ом. Значит, для нашего подогревателя при 36 В надо использовать, условно говоря, полторы спирали от обыч­ной электроплитки, что технически сложно для ограниченно­го по размерам внутриульевото подогревателя, да и недеше­во. При напряжении 12 В подогреватель с R = 10 Ом можно полагать приемлемым для применения, но у него маловата мощность и большой предельный ток.

Используя такой алгоритм выбора, нетрудно установить, что оптимальным напряжением для системы внутриульево-го подогрева 10 ульев является напряжение 24 В. Для это­го напряжения была разработана конструкция подогрева­теля с /? = 25 Ом. Хотя и кажется, что в этом случае мощность подогревателя 23 Вт несколько великовата, од­нако по ряду причин конструктивного характера, о кото­рых подробно будет сказано ниже, реальная мощность подогревателя не превышает 20 Вт.

Что касается выбора питающего напряжения для элект­рообогрева помещения, то здесь все гораздо проще. Не­обходимая мощность обогревателя, как правило, состав­ляет несколько сотен ватт. Такие мощности хорошо соче­таются с бытовой электросетью 220 В.

► Конструкция внутриульевого подогревателя

Основные требования к внутриульевому подогревателю:

1. Максимальная температура поверхности подогрева­теля не должна превышать 40—50 °С, если он досту­пен для пчел. Если подогреватель недоступен для пчел, его температура может быть увеличена до 80—90 °С.

2. Подогреватель не должен излучать ни в видимом, ни в электромагнитном диапазонах, ни в диапазоне «бес­покоящих» пчел частот 500 Гц.

3. Подогреватель должен быть пожаробезопасным.

4. С учетом требований п. 2, питающее напряжение дол­жно быть постоянным, а с целью обеспечения безо­пасности величина его должна быть не более 36 В.

При расчете необходимой мощности подогревателя ис­ходят из того, что для поднятия температуры внутри улья на 1 "С относительно наружной температуры мощность по­догревателя надо увеличить:

— на Р = 1 Вт — для хорошо утепленного внутри и снаружи улья или для двухстеночного улья;

— на Р = 2 Вт — для утепленного только внутри улья при толщине стенки 40—50 мм;

— на Р = 3 Вт — для утепленного только внутри улья при толщине стенки 20—25 мм.

Зависимость необходимой мощности подогревателя для поддержания внутри улья температуры +5 °С при различ­ых внешних отрицательных температурах для различных теплопотерь АР приведена на рис. 3.29.

Из рис. 3.29 видно, что если, например, будет выбрана мощность подогревателя 15-20 Вт, то это означает, что в этом случае будет существовать возможность поддержи­вать внутри улья с теплопотерями АР = 1 Вт температуру 4-5 °С при внешних температурах не ниже —15...20 °С, с

теплопотерями АР = 2 Вт — при внешних температурах не ниже -7,5...—10 °С, с теплопотерями АР = 3 Вт — при вне­шних температурах не ниже —5...—6,3 "С. Отсюда следует вывод, что для зимовки с электроподогревом внутри улья в условиях внешних температур, с целью уменьшения теп­лопотерь, надо хорошо утеплять ульи, особенно снаружи.

А теперь вернемся к конструкции подогревателя. При разработке конструкции учитывались все изложенные тре­бования к подогревателю. Определенные сложности воз­никли при выполнении требования о поддержании на повер­хности подогревателя температуры не выше 40—50 "С, по­скольку строгий расчет мне осуществить не удалось. Однако экспериментально было установлено, что для поддержания на поверхности подогревателя температуры 40—50 °С надо иметь на 1 Вт мощности подогревателя 50—40 см² поверхно­сти охлаждения. Общая поверхность охлаждения подсчиты-вается с двух сторон металлического листового радиатора.

При конструировании подогревателя учитывалась необ­ходимость в ранневесенний период иметь подогреваемую внутриульевую поилку. С учетом этого подогреватель со­вмещен с двумя внутриульевыми поилками и представляет конструкцию в виде металлического основания из алюми­ния или оцинкованного (луженого) железа и нагреватель­ного элемента, залитого в гипс в средней части подогрева­теля-поилки (рис. 3.30).

Площадь охлаждения с учетом перегородок для этой конструкции составляет около 1000 см².

Как сделать самому подогреватель-поилку?

1. Отмерить необходимую для 25 Ом длину нихромовой проволоки диаметром 0,3—0,4 мм. Измерение лучше проводить омметром.

2. Навить эту проволоку в спираль.

3. Вырезать заготовку и изготовить корпус.

4. На дно средней части залить 5—8 мм разведенного водой алебастра.

5. Положить на алебастр спираль в виде буквы «м» (см. рис. 3.30) и залить сверху раствором алебастра, оставив снаружи выводы от спирали. Выводы можно делать на болтики МЗ — М4 мм или согнув концы проволоки в виде петли, лучше из сдвоенной свитой проволоки.

6. Хорошо просушить. Покрасить черной краской.

Обе поилки надо закрыть сверху крышками из пласт­массы (рис. 3.31), которые крепятся к корпусу при помо­щи двух проволочных О-образных петелек. В пластмассо­вой крышке просверлены отверстия диаметром 3—4 мм, через которые пчелы будут брать воду из матерчатого фланелевого фитиля, который одной частью должен быть в воде, находящейся в поилке.

Конструкция подогревателя-поилки предусматривает воз­можность пополнения воды в поилках по мере необходимос­ти. Для этого подогреватель-поилка размещается на двух направляющих планках 8x8 мм, закрепленных между передней и задней стенками улья непосредственно под низом рамок.

По направляющим подогреватель-поилка может двигаться между передней и задней стенками или вообще вынимать­ся из улья.

При использовании подогревателя-поилки для зимнего подогрева вода в поилки не наливается. Подогреватель на направляющих в этом случае лучше расположить вверх дном. Желательно предусмотреть защиту от падающих сверху крошек и осыпающихся пчел.

Использование данной конструкции на протяжении не­скольких лет выявило ее недостаток. Он состоит в том, что в случае попадания влаги к нагревательному элементу через неплотности в перемычках между поилками и нагревателем, контактные болты начинают сильно окисляться. Для исклю­чения замокания алебастра конструкция подогревателя-по­илки должна быть не цельной, а состоять из отдельных эле­ментов: двух поилок и подогревателя. При этом корпуса поилок должны исключать проникновение через них воды.

Но более простой и надежной конструкцией следует все же признать подогреватель открытого типа (рис. 3.32).

В этом случае на отдельной рамке или снизу противо-клещевой сетки при помощи маленьких гвоздиков закреп­ляют нихромовую проволоку нагревательного элемента (для нашего варианта она должна иметь R = 25 Ом).

Желательно, чтобы такой подогреватель был изолиро­ван сеткой от пчел, тогда можно не бояться разогрева проволоки до температуры 80—90 °С.

Для обеспечения надежного контакта подходящие к по­догревателю провода питающего напряжения должны быть подпаяны. В качестве флюса для пайки нихромовой про­волоки надо использовать ортофосфорную кислоту или модификатор ржавчины для автомобилей.

В моей конструкции нихромовая проволока подогрева­теля закреплена на рамке противоклещевой сетки ниже ее на 15 мм, т.е. подогреватель изолирован от пчел. Такие подогреватели открытого типа я успешно эксплуатирую уже много сезонов.

► Конструкция обогревателя для помещения

Основные требования к обогревателю для помещений:

1. Обогреватель должен быть пожаробезопасным, что обеспечивается надежными контактами и изоляцией, а также низкой температурой открытых частей обо­гревателя.

2. В режиме длительного включения температура вне­шних частей обогревателя не должна превышать 80—90 °С.

3. Нагревательные элементы обогревателя должны быть закрытого типа.

4. Обогреватель устанавливается с учетом противопо­жарных правил на расстоянии не менее 1,5 м от бли­жайших заземленных предметов.

А. А. Гунякин (1991) приводит методику расчета ориен­тировочной мощности обогревателя с учетом теплопере­дачи всех поверхностей помещения для павильона объе­мом 8 м³ с хорошо утепленными стенами. Мощность посто­янно включенного обогревателя без использования схемы терморегулирования составила 150 Вт, а при автоматичес­ком терморегулировании — 300—400 Вт.

В моей конструкции объем зимовального помещения со­ставляет 11 м³, а в качестве обогревателя используется бы­товой электроконвектор закрытого типа, имеющий возмож­ность переключения мощности на 500 и 1 000 Вт.