1998)

Электрообогрев и зимовка пчел

А.В. Череватенко

Несмотря на то, что пчеловодство как область хозяйственной деятельности человека существует уже много столетий, зимовка пчел была и остается для многих пчеловодов проблемой номер один. В данной статье я хотел бы поделиться положительным опытом зимовки пчел на воле с применением электрообогрева ульев. Исследования ученых и опыт пчеловодов говорят о том, что при хорошей обеспеченности доброкачественными кормами пчелам не страшен холод и они прекрасно переносят зимовку на воле. Основной бедой пчел при зимовке на воле является влажность в улье из-за неспособности пчел в данный период его вентилировать. Теплопроводность окружающего пчел клуба воздуха и стенок сильно переувлажненного улья значительно увеличивается; рамки, стенки улья и дно плесневеют, что является причиной заболеваний и плохой зимовки пчел.

Система электрообогрева ульев в зимний период, которую я использую на своей пасеке, обеспечивает удовлетворительную зимовку пчелосемей любой силы. Я бы назвал ее скорее всего СИСТЕМОЙ КОНВЕКТИВНОГО ВЕНТИЛИРОВАНИЯ УЛЬЯ (в дальнейшем система в зимний период), потому как она удаляет влагу из улья благодаря движению теплого воздуха. Принцип действия системы представлен на рис. 1 (поз. 1 — утеплитель, поз.2 — крышка, поз. 3 — подкрышник, поз. 4 — кормушка, поз. 5 — холстик, поз. 6 — корпус, поз. 7; 9 — обогреватель, поз. 8 — днище).

Рис. 1

Теплый воздух от электрообогревателей, поднимаясь вверх, проходит либо через холстик, утеплитель и отверстия в крышке, либо через верхний леток наружу, осуществляя таким образом ВЕНТИЛЯЦИЮ УЛЬЯ. Из статей, опубликованных на эту тему, следует, что мощность, необходимая для обогрева одной улочки пчел, не должна превышать 1–1,5 Вт На своей пасеке я использую многокорпусные ульи с рамкой 435x230 мм. Зимовка семьи пчел проходит в одном корпусе, при моей системе пчеловождения такая сила семей меня полностью удовлетворяет. Учитывая тот факт, что пчелы будут проводить зимовку на 8–9 рамках, я принял суммарную мощность обогревателей для одной семьи равной 8–9 Вт (один мощностью 6,8 Вт, другой — 1,8 Вт). В моей системе обогреватели расположены по краям зимнего гнезда (см. рис. 1), так как считаю данное расположение наиболее удобным по сравнению с расположением над или под рамками: упрощается конструкция (размеры обогревателя не зависят от числа рамок в улье); улучшается микроклимат в улье; поскольку обогреватели разной мощности, то исключается возможное раздвоение клуба пчел в зимние оттепели (клуб уходит в сторону более мощного обогревателя); в связи с тем, что рассеиваемая мощность распределена по всей боковой поверхности улья (сравните с лампочкой 6 Вт — точечный обогреватель), удаление конденсата будет проходить более эффективно. Общеизвестно, что для семей средней и большой силы холод не страшен, а для слабых и нуклеусов необходимо тепло извне (вспомним зимовку нуклеусов в ульях с сильными семьями). В моем случае обогреватели суммарной мощностью 8,6 Вт обеспечивают обогрев клуба пчел, занимающего 8–9 улочек (мощность рассеивания на 1 улочку ~= 1 Вт). Совершенно очевидно, что эти обогреватели обеспечат мощность рассеивания на каждую улочку 2 Вт и 3 Вт, если пчелы будут проводить зимовку соответственно на 4 и 3 рамках. То есть система обеспечивает благоприятную зимовку на воле в отдельном улье нуклеусов и семей любой силы, что и подтверждает практика.

Система состоит из источника питания — понижающий трансформатор с 220 В до 12–40 В, электрообогревателей и электропроводки. Конструкция обогревателя представлена на рис. 2 (поз. 1; 3 — стенка, поз. 2 — каркас, поз. 4 — планка, поз. 5 — обмотка, поз. 6 — соединительные провода, размеры обогревателя даны для ульев с рамкой 435x230 мм, для ульев с рамкой 435x300 мм размер по высоте соответственно должен быть увеличен на 70 мм). Детали поз. 1, 2, 3, 4 выполнены из ДВП толщиной 4 мм.

Рис. 2

Технология изготовления состоит в следующем.

1. Изготовить детали обогревателя, руководствуясь рис. 2 и ниже приведенной информацией:

поз. 1; 3 — 4x235x445 мм,

поз. 2 — 4x200x445 мм (глубина прорезей 5 мм),

поз. 4 — размеры см. на рис. 2,

поз. 5 — высокоомный провод (согласно расчета),

поз. 6 — любой многожильный изолированный провод (длина в зависимости от расположения электропроводки).

2. Уложить высокоомный провод в прорези детали поз. 2 и закрепить его концы.

3. Взять соединительные провода поз. 6, соединить их с концами высокоомного провода и пропаять.

4. Соединить детали поз. 1,2,3 гвоздями длиной 20 мм, протянув в отверстие детали поз. 3 соединительные провода поз. 6.

5. Соединить оставшуюся деталь поз. 4 гвоздями с деталями поз. 1, 3.

В качестве примера привожу расчет действующей на моей пасеке системы.

Исходные данные:

1. Количество обслуживаемых семей — 30.

2. Мощность обогревателей: малого — 1,8 Вт, большого — 6,8 Вт.

3 Источники питания:

а) больших обогревателей — трансформатор ТП190-5, напряжение первичной обмотки — 220 В, вторичной — 40 В, диаметр провода вторичной обмотки — 1 мм;

б) малых обогревателей — трансформатор (маркировка отсутствует) мощностью 100 Вт, напряжение первичной обмотки — 220 В, вторичной — 12 В, диаметр провода вторичной обмотки — 1,8 мм.

4. Высокоомный провод диаметром 0,4 мм, сопротивление: 1 метр — 11,5 Ом.

Расчетные данные:

1. Мощность трансформатора.

2. Диаметр вторичной обмотки трансформатора.

3. Диаметр проводов электропроводки.

4. Диаметр соединительных проводов обогревателей.

5. Число витков высокоомного провода на каркасе.

Схема системы питания больших обогревателей представлена на рис. 3 (поз. 1 — трансформатор, поз. 2 — обогреватели, поз. 3 — электропроводка).

Общую потребляемую мощность большими обогревателями вычислим по формуле:

Р_о = 30∙Р_об = 30∙6,8 = 204 (Вт),

где Р_о — общая потребляемая мощность;

Р_об = 6,8 Вт — мощность одного обогревателя;

30 — число обогревателей.

Мощность трансформатора ТП190-5 — 190 Вт, а общая мощность больших обогревателей составляет 204 Вт. Следовательно, один трансформатор не обеспечит питание всех обогревателей, тем более, что режим работы системы продолжительный (более 6 месяцев). В данной системе я использую два трансформатора ТП190-5, включенных параллельно (см. рис. 3). Получим таким образом источник питания мощностью 380 Вт, значительно превышающий потребляемую мощность, что обеспечивает надежную и безотказную работу источника питания по мощности.

Рис. 3

Ток, протекающий в выходной обмотке трансформатора, вычислим по формуле:

I = Р_о/U = 204/40 = 5,1 (А),

где Р_o = 204 Вт — общая потребляемая мощность;

U = 40 В — выходное напряжение;

I — ток в выходной обмотке трансформатора.

Трансформатор ТП190-5 имеет две выходные обмотки с диаметром медного провода 1 мм. Допустимый ток для медного провода диаметром 1 мм — 1,57 А, при плотности тока 2 А/мм² (см. таблицу 1). Следовательно, четыре выходные обмотки двух трансформаторов могут обеспечить ток потребления

1,57∙4 = 6,3 (А),

что превышает ток потребления обогревателями (5,1 А). Таким образом 4 вторичные обмотки двух трансформаторов обеспечивают надежную работу источника питания по току. Соответствие диаметра медного провода допустимому току, при плотности тока 2 А/мм², приведено в таблице 1.

Диаметр медного провода электропроводки подбираем из таблицы 1 по току потребления. Току потребления 5,1 А соответствует диаметр провода 1,9 мм.

Ток, потребляемый одним обогревателем, вычисляем по формуле:

I_об = P_об/U = 6.8/40 = 0,17 (А),

где Р_об = 6,8 Вт — мощность обогревателя;

U = 40 В — напряжение источника питания;

I_об — ток, потребляемый одним обогревателем

Диаметр медного соединительного провода подбираем из таблицы 1 по току потребления. Току потребления 0,17 А соответствует диаметр провода 0,41 мм (практически для этой цели можно применить любой, имеющийся в наличии, многожильный изолированный провод).

Число витков высокоомного провода обогревателя (в дальнейшем — «обмотка обогревателя») лучше всего определить экспериментальным путем, используя амперметр и макет каркаса обогревателя. Размеры макета каркаса представлены на рис. 4А.

Рис. 4

Высота макета — 200 мм и глубина пропилов — 5 мм должны быть одинаковыми с такими же размерами каркаса обогревателя (см. рис. 2, поз. 2). Размер 600 мм (см. рис. 4А) ориентировочный и зависит от числа витков обмотки обогревателя. Сопротивление провода обмотки обогревателя определяется по формуле:

R_oб = U/I_об = 235 Ом,

где U = 40 В — напряжение источника питания;

I_об = 0,17 А — ток, протекающий в обмотке обогревателя;

R_oб — сопротивление обмотки обогревателя.

Размотайте и разложите высокоомный провод на земле во дворе или на полу в комнате так, чтобы его части нигде не соприкасались друг с другом и с помощью омметра подберите такую длину провода, чтобы его сопротивление было примерно равным или несколько большим, чем 235 Ом. Разместите полученный отрезок высокоомного провода в прорези макета каркаса (см. рис. 4А) таким образом, чтобы витки не соприкасались друг с другом и закрепите его концы. Подсоедините концы обмотки макета каркаса к источнику питания через амперметр и измерьте потребляемый ток. Если полученный ток ниже расчетного, то следует уменьшить число витков, а если выше, то соответственно увеличить, подобрав таким образом ток потребления как можно ближе к расчетному (0,17 А). Подсчитайте полученное число витков обмотки обогревателя (в моем случае — 51 виток). Изготовьте каркас обогревателя (см. рис 2, поз. 2) и сделайте в нем ножовкой по металлу прорези глубиной 5 мм так, чтобы полученное число витков (51) распределилось на каркасе как можно равномернее. Если вы изготавливаете несколько обогревателей, то прорези лучше всего сделать на пакете из 6–7 каркасов, соединенных струбцинами. Уложите высокоомный провод на каркас и соберите обогреватель согласно рис. 2.

Методика расчета системы питания малых обогревателей, а также технология их сборки аналогична.

Общую потребляемую мощность малыми обогревателями вычислим по формуле:

Р_о = 30∙Р_об = 30 1,8 = 54 Вт,

где Р_о — общая потребляемая мощность;

Р_об = 1,8 Вт — мощность одного обогревателя;

30 — число обогревателей.

Мощность трансформатора 100 Вт значительно превышает общую потребляемую мощность малыми обогревателями (54 Вт), что обеспечит и безотказную работу источника питания по мощности.

Ток, протекающий в выходной обмотке трансформатора, определим по формуле:

I = P_o/U = 54/12 = 4.5 (A),

где Р_o = 54 Вт — общая потребляемая мощность;

U = 12 В — напряжение источника питания;

I — ток в выходной обмотке трансформатора.

Трансформатор системы питания малых обогревателей имеет две выходные обмотки с диаметром медного провода 1,8 мм каждая. Допустимый ток для провода диаметром 1,8 мм определяем по таблице 1, он равен 5,09 А. Следовательно, две выходные обмотки трансформатора могут обеспечить ток потребления 10, 18 А (5,09∙2), что превышает ток потребления обогревателей (4,5 А) и обеспечит надежную работу источника питания по току. Диаметр медного провода электропроводки подбираем из таблицы 1 по току потребления. Току потребления 4,5 А соответствует диаметр провода 1,7 мм. Ток, потребляемый одним обогревателем, вычисляется по формуле:

I = Р_об/U = 1,8/12 = 0,15 (А),

где Р_об = 1,8 Вт — мощность обогревателя;

U = 12 В — напряжение источника питания;

I — ток, потребляемый одним обогревателем.

Диаметр медного соединительного провода подбираем из таблицы 1 по току потребления. Току потребления 0,15 А соответствует диаметр провода 0,31 мм. Следовательно, для этой цели можно использовать любой многожильный изолированный провод. Для определения числа витков обмотки малого обогревателя используйте макет каркаса обогревателя представленного на рис. 4А с уложенным в прорези высокоомным проводом. Подсоедините концы обмотки макета к источнику питания (12 В) через амперметр и измерьте потребляемый ток. Если потребляемый ток ниже расчетного, то следует уменьшить число витков, а если выше, то соответственно увеличить, подобрав таким образом ток потребления как можно ближе к расчетному (0,15 А). Подсчитайте полученное число витков обмотки обогревателя (в моем случае это 16 витков). Изготовьте каркас обогревателя, сделайте в нем прорези ножовкой по металлу, уложите высокоомный провод в прорези каркаса и соберите обогреватель согласно рис. 2. Поскольку малый обогреватель устанавливается с другой стороны гнезда, то отверстие 5 мм (см. рис. 2) для подвода соединительных проводов должно быть выполнено не в детали поз. 3, а в детали поз. 1.

В связи с тем, что при изготовлении данной конструкции обогревателей полностью выдержать все параметры выше приведенной системы удастся не каждому (другой диаметр и сопротивление высокоомного провода, другое выходное напряжение и т. д.), хотелось бы обратить внимание на следующее, а именно: температуру высокоомного провода. Общеизвестно, что при одной и той же мощности потребления величина напряжения и тока может быть различна. Например, мощность 6,8 Вт. Тогда:

а) U = 40 В, I = 0,17 А;

б) U = 4 В, I = 1,7 А.

Хотя рассеиваемая мощность и в случае «а», и в случае «б» одна и та же 6,8 Вт, температура нагревательного элемента (высокоомного провода) будет в случае «а» ниже, чем в случае «б» (вспомним лампочку в карманном фонарике: 6 В; 0,2 А, мощность всего 1,2 Вт, а температура нагревательного элемента (нити накаливания) до 2500 °C, при этой температуре ДВП, естественно, обуглится). Поэтому при проектировании электробогревателей это обязательно надо учитывать.

Сделать это можно следующим образом. После определения числа витков обмотки обогревателя изготовьте каркас для проверки температуры нагрева высокоомного провода (можно использовать макет каркаса представленный на рис. 4А). Расстояние между прорезями (5 мм) надо выполнить как можно меньшим, но с таким расчетом, чтобы после укладки высокоомного провода витки не соприкасались друг с другом. Уложите расчетное число витков высокоомного провода в прорези каркаса и закрепите концы. Уложите каркас на деталь поз. 1 (см. рис. 2), на каркас (поз. 3, рис. 4Б, между обмоткой высокоомного провода) установите термометр (поз. 2) и, подключив обмотку к источнику питания, накройте утеплителем (поз. 1). Испытание необходимо провести при температуре окружающего воздуха +20 °C. Через 2–3 часа, когда обогреватель прогреется и температура установится, снимите показания термометра. Температура не должна быть выше +40 °C (в моем случае она равнялась +28 °C, при температуре окружающего воздуха +22 °C). Почему не выше +40 °C? Потому что эта температура является критической для жизни пчелиной семьи, так как выше этой температуры погибают яйца, отложенные маткой.

При подготовке пчел к зимовке изготовленные обогреватели необходимо установить по краям зимнего гнезда В первую половину зимовки (с октября и до первого очистительного облета) система у меня включена при температуре окружающего воздуха в тени до +5 °C, при превышении указанной температуры — выключена. После очистительного облета и до 10 мая — включена при температуре до +25 °C и выключена при превышении указанной температуры. Во все время зимовки нижний леток (15х375 мм) и верхний леток (диаметром 25 мм) открыты на всю ширину.

Энергетические возможности системы. Пчелиная семья средней силы расходует в первую половину зимы по 20–25 граммов меда в сутки. С конца февраля, когда в семье появляется расплод, расход меда возрастает примерно вдвое. Калорийность 1 г меда в среднем составляет 3,15 ккал. Если семья потребляет в сутки 25 г меда, то следовательно, при этом выделяется около 79 ккал (3,15х25 = 79) тепла за сутки.

Суммарная мощность обогревателей для одной семьи составляет 8,6 Вт. Тепло, отдаваемое обогревателями, составит:

за 1 секунду — Q = Р∙Т = 8,6∙1 = 8,6 (Дж) = 2 (кал),

где Q — выделенное тепло;

Р = 8,6 Вт — суммарная мощность обогревателей в одном улье;

Т = 1 сек — время обогрева;

1 кал = 4,182 Дж;

за 1 час — Q = 2∙3600 = 7200 (кал) = 7,2 (ккал);

за 1 сутки — Q = 7,2∙24 = 173 (ккал).

Обогреватели на моей пасеке работают с середины октября и по начало мая, т. е. примерно 6,5 месяцев (около 200 суток). За это время они отдают около 34600 ккал (173∙200 = 34600) тепла. Для того чтобы пчелам за данный период выделить такое же количество тепла, им необходимо потребить около 11 кг меда (34600:3150 = 11), потребляемая электроэнергия за этот же период составляет всего около 42 квт. час на одну семью.

Статистические данные трех зимовок приведены в таблице 2.