Меню
Головна
Авторизація/Реєстрація
 
Головна arrow Агропромисловість arrow Адаптивна технологія зимового електрообігріву бджіл

Адаптивна технологія зимового електрообігріву бджіл


Адаптивна технологія зимового електрообігріву бджіл

Бджільництво в Росії має відмінну особливість - при наявному великій кількості бджолиних сімей дуже низька ступінь механізації і автоматизації основних технологічних процесів. Різко змінити таку ситуацію неможливо, але можна вибрати найбільш потребують процеси і направити туди наукові і інженерні розробки. Для цього потрібно провести відповідні дослідження і представити бджолярам доказову базу ефективності пропонованих розробок. Звичайно, велика частина бджолярів чекає віддачу від вкладених коштів як можна раніше, тобто за 1 рік. Бджолярі, які мають понад 100 сімей, готові на більш довгострокову перспективу. Проведений аналіз рентабельності праці бджолярів показує, що зараз вона дуже низька, але її можна збільшити, якщо діяти системно [1, 6].

У технології пасічникування на півдні Росії дуже важливою складовою є зимівля. Від успішності проходження цього періоду залежить продуктивність бджолиної сім'ї, особливо на весняних медосборах. Якщо після зимівлі бджолина сім'я сильно ослабла (багато підмору), то вона не встигає наростити необхідну кількість робочих бджіл до періоду цвітіння медоносних рослин. Публікується безліч досліджень, присвячених аналізу цього складного періоду стану бджіл. Більш ретельний аналіз, з використанням сучасних програмних продуктів, проводив Тобоев Ст. А. і Єськов Е. К. [2, 3, 4]. Особливістю зимового стану бджіл є їх здатність до агрегації і підтримці внутрішньої температури на рівні 24...32 °С при широких коливаннях зовнішньої температури. В кінці зими, при появі розплоду бджоли, піднімають температуру до 34°С. Підтримання таких температур відбувається на основі споживання бджолами меду і постійної вентиляції зимового клубу. Не дивлячись на велику кількість досліджень в цій області, цей процес залишається до кінця не вивченим. Необхідність повного розуміння життєдіяльності бджіл диктується завданнями підвищення медопродуктивности вітчизняного бджільництва. Досі немає твердих рекомендацій за кількістю залишається меду бджолам на зиму, яка повинна бути вентиляція і т. д. Також важливо проводити електрообігрів бджіл, в якому режимі. Останнє важливо з-за того, що при надмірному обігріві підвищується споживання меду і можна спровокувати бджолину матку на яйцекладку в холодні дні. Таким чином, потрібно продовжувати дослідження з метою створення оптимальних умов бджолиним сім'ям в зимовий період і не допускати додаткове споживання корму.

Є великі відмінності в зимівлі бджолиних сімей в залежності від регіону нашої країни. Так, наприклад, відмітною особливістю проходження такого періоду на Північному Кавказі є: пізня агрегація бджіл в клуб, великі коливання температури навколишнього повітря в осінній і зимовий період, рання поява розплоду.

Для аналізу фізичних процесів, які протікають у вулику ми взяли в якості базової сім'ї скупчення 15000 бджіл, розташованих у дванадцяти-рамковому вулику дадановского типу. Відомо, що взимку бджоли збираються в тіло кулястої форми. Ми прийняли, що клуб розміщується в центрі вулика і скупчення бджіл має діаметр 220 мм, що відповідає заняття ними 6 вуличок. Основні геометричні параметри і просторове розміщення основних елементів представлені на малюнку 1.

Малюнок 1. Геометричні параметри основних елементів бджолиного вулика і зимового клубу

Як відомо з літератури, щільність клубу бджіл може змінюватися практично в два рази. Природно, що максимальна щільність клубу буде при низьких температурах, а мінімальна - при високих. Приймаємо максимальну щільність клубу при температурі навколишнього повітря -30°С, мінімальну щільність при 0°С. Приймаємо лінійну залежність щільності бджіл від зовнішньої температури і тоді рівняння буде виглядати наступним чином:

Відповідно коефіцієнт теплопровідності також буде змінюватися лінійно згідно рівнянню:

Маса 15 тисячі бджіл знаходиться на рівні 1,5 кг. Середня маса однієї бджоли 110-120 р. Так як щільність клубу зміняться, то буде змінюватися і радіус клубу в залежності від температури навколишнього повітря. Обсяг клубу пропорційний квадрату радіуса (окремі циліндри), отже, при максимальній щільності бджіл клубу радіус зменшитися до 0,71 від початкового значення. У відповідності з прийнятими геометричними значеннями радіуси окремих вуличок будуть описуватися рівняннями:

де Т - температура навколишнього вулик повітря.

Для нашого випадку при 15000 бджіл енергетична характеристика буде виглядати:

Також енергетику бджіл можна пов'язати і з споживанням корму. Відомо, що при споживанні меду 0,32 г/год виділяється потужність 1 Вт. Тоді про витрату корму даного клубу в зимовий період залежно від температури має вигляд, м/ч

Ці рівняння справедливі для діапазону температур від -5 до +10 ос і коли бджоли не заклали розплід.

Так як для подальшого аналізу потрібно питома потужність відтворена бджолами, то розділимо отриманий вираз на обсяг займаний клубом:

Аппроксимирующее рівняння втрачається теплової потужності через вентиляцію буде виглядати, Вт:

Необхідно визначити коефіцієнт тепловіддачі з верхньої частини поверхні клубу. Відомо рівняння для визначення потужності необхідної для вентиляції:

З іншого боку також відомо рівняння теплових втрат з поверхні за рахунок конвекції:

,

де - коефіцієнт тепловіддачі, Вт/м 2 •До; - площа поверхні тепловіддачі, м 2 .

В літературі відомі наступні межі зміни коефіцієнта тепловіддачі: Вт/(см 2 •єС).

Приравняем ці потужності для нашого випадку, так як бджоли змушені віддати цю енергію в навколишній простір. Тоді отримаємо рівняння для визначення коефіцієнта тепловіддачі:

.

Витрата повітря визначається по формулі:

де - абсолютна вологовміст повітря, що виходить, г/м 3 ; - абсолютна вхідного повітря вологовміст, г/м 3 , - кількість води, выделившееся в результаті окислення бджолами корму, , г/год

В середньому різниця абсолютних вологовмісту знаходиться на рівні 2,5 г/ м 3 . Тоді формула для визначення витрати повітря приймає вигляд:

Підставимо вираз витрати корму для вулика в зимовий період і отримаємо залежність витрати повітря від температури:

Після відповідних підстановок отримаємо формулу зв'язує коефіцієнт тепловіддачі і температуру зовнішнього повітря:

Для нашого прикладу формула приймає вигляд:

Використовуючи отримані рівняння можна приступати до моделювання теплового стану бджіл в різний період зими. Змінюючи температуру навколишнього повітря, можна буде виявити або недолік обігріву або навпаки, її надлишок.

Для більш точних розрахунків температурного режиму вулика потрібно врахувати зміну енергетичної характеристики бджіл при температурах, близьких до нуля. Відомо, що в осінньо-зимовий період енергетична характеристика зимового клубу бджіл близька до параболі [1] (рис. 2).

Малюнок 2. Залежно тепловиділень бджолиних сімей від температури навколишнього повітря (для 1000 бджіл)

Враховуючи це, одержано уточнене рівняння апроксимації енергетичної характеристики 15000 бджіл зимової агрегації, Вт:

де Т - температура навколишнього вулик повітря.

Тоді витрата корму в зимовий період для 15000 бджіл, в залежності від температури має вигляд, г/год:

Так як для подальшого аналізу потрібно питома потужність відтворена бджолами, то розділимо отриманий вираз на обсяг займаний клубом в даному прикладі [1]:

де - обсяг займаний зимовим клубом, для даного прикладу 0,005 м 3 .

Відомо рівняння для визначення необхідної витрати повітря бджолами для видалення утворюється у вулику вологи [1]:

де - кількість води, выделавшееся в результаті окислення корму, г/год; - абсолютна вологовміст відповідно вихідного і вхідного повітря, м/м 3 .

Кількість води, выделавшееся в результаті окислення корму, можна визначити за формулою [1]:

Тоді, враховуючи раніше отримані рівняння вираз для потоку повітря даного клубу бджіл буде мати вигляд:

Відносна вологість виходить з клубу повітря становить практично 100%. За даними літературних джерел температура вихідного повітря з скупчення бджіл дорівнює температурі кірки клубу і знаходиться на рівні від 10 ос до 15 ос. Тоді абсолютна вологість вихідного повітря знаходиться на рівні 9,4-12,8 г/м 3 . Природно менше значення буде відповідати мінімальній температурі зовнішнього повітря (-30 С), більше значення - максимальній температурі (+15ос). Приймаємо, що залежність абсолютної вологості вихідного повітря від зовнішньої температури має лінійний вигляд. Статистика метеоданих по Краснодарському краю показує, що середня відносна вологість повітря в зимовий період становить 80%. На підставі таблиць перекладу відносної вологості в абсолютну (з урахуванням температури) отримано наступне аппроксимирующее рівняння, м 3 /ч:

Отже, всі основні параметри мікроклімату у вулику залежать від температури довкілля. Таким чином, геометричні та теплофізичні характеристики зимового клубу бджіл можна представити наступною системою рівнянь:

Як видно з даної групи рівнянь всі основні параметри мікроклімату у вулику залежать від температури довкілля. Основні параметри мікроклімату всередині клубу бджоли підтримують за рахунок зміни його геометрії, внутрішньої вентиляції, переміщення бджіл з більш нагрітої частини до периферії і назад. Необхідність посиленої вентиляції пов'язано з потребою видалення вологи, що утворюється в результаті поїдання меду. При цьому джерелом енергії є мед. При зниженні температури навколишнього повітря бджоли змушені більше їсти меду, що призводить до виділенню більшої кількості вологи і, отже, їм доводиться збільшувати вентиляцію, яка виносить і тепло. У зимовий період бджоли знаходяться в пасивному стані, що дозволяє їм різко скоротити енергетичні витрати. Отримані рівняння можна використовувати для моделювання стану мікроклімату у вулику як в спеціалізованих програмних продуктах, так окремо розроблених. Результати моделювання будуть використовуватися при програмуванні мікроконтролерів, що використовуються в системах електрообігріву.

Література

бджола адаптивний електрообігрів

1. Оськін С. В., Овсянніков Д. А. Електротехнологічні способи та обладнання для підвищення продуктивності праці в медотоварном бджільництві північного Кавказу: монографія/ С. В. Оськін, Д. А. Овсянніков.- Краснодар: Вид-во «Крон», 2015. -198 с.

2. Єськов Е. К., Тобоев Ст. А. Сезонна динаміка теплових процесів в межсотовых скупчення зимуючих бджіл Apis mtllifera/ Е. К. Єськов, В. А. Тобоев//Зоол. Журнал.-2011. Т. 90, № 3.-С. 335

-341.

3. Єськов Е. К., Тобоев Ст. А. Математичне моделювання розподілу температурних полів в холодових агрегациях комах/ Е. К. Єськов, В. А. Тобоев//Біофізика.-2009.Т. 54. Вип. 1. - с. 114-119.

4. Тобоев Ст. А., Толстов М. С. Моделювання теплових процесів в скупчення зимуючих бджіл/В. А. Тобоев, М. С. Толстов//Фізичні процеси в біологічних системах. Червень. -2014.- с. 97-102.

5. Оськін С. В. та ін Теплофизическое моделювання бджолиного вулика - складова частина безпечної зимівлі/С. В. Оськін, Л. В. Потапенко, Е. В. Пустовойтова, Н.Р. Розсолів// Надзвичайні ситуації: промислова та екологічна безпека; Вип. № 29 (1)-Краснодар 2017.-С. 115-121.

6. Оськін С. В., Овсянніков Д. А. Впровадження електротехнологій в бджільництво/ С. В. Оськін, Д. А. Овсянніков// Фізико-технічні проблеми створення нових технологій в агропромисловому комплексі: збірник наукових статей за матеріалами Міжнародної науково-практичної конференції. - Ставрополь: СЕКВОЯ, 2017. - С. 201-206.

 
Якщо Ви помітили помилку в тексті, виділіть слово та натисніть Shift + Enter
 
Предмети
Агропромисловість
Банківська справа
БЖД
Бухоблік і аудит
География
Документоведение
Естествознание
Журналистика
Информатика
История
Культурология
Литература
Логика
Логистика
Маркетинг
Математика, хімія, физика
Медицина
Менеджмент
Недвижимость
Педагогика
Политология
Право
Психология
Религиоведение
Социология
Статистика
Страхове дело
Техника
Товароведение
Туризм
Философия
Финансы
Экология
Экономика
Етика і естетика
Інше