Улей как тепловая защита зимнего клуба пчел
Общая схема передачи тепла от клуба зимующих пчел во внешнюю среду представлена на рис.1, где имеются следующие обозначения:
Fкл, Fвн и Fн - соответственно общая площадь поверхности клуба, внутренней и внешней поверхности улья, м2;
tкл, tвн, tн и tс - соответственно температура куба пчел, внутренней и внешней поверхности улья, внешней среды, град.;
Rобщ, Rгн, Rст и Rн - общее тепловое сопротивление соответственно суммарное от клуба во внешнюю среду, гнезда, стенок улья и сопротивление теплоотдаче на наружной поверхности улья, град/Вт;
Qогр - общий тепловой поток через ограждение, Вт;
Qв- количество тепла, теряемого с вентиляцией, Вт.
Вполне очевидно, тепло от поверхности клуба - Fкл, имеющей температуру tкл передается элементам не занятой пчелами части гнезда (воздуху, сотам, корму), а от нее внутренней поверхности улья - Fвн, температура которой - tвн. От внутренней поверхности улья путем теплопроводности стенок - к его наружной поверхности Fн с температурой - tн, а затем путем теплоотдачи - во внешнюю среду с температурой - tc.
Часть тепла из гнезда уносится с вентиляционным воздухом Qв.
Теплозащитное качество ограждающей конструкции улья может быть оценено ее общим тепловым сопротивлением Rобщ, а также величиной отдельных его составляющих: Rобщ=Rгн+Rст+Rн
Из всех этих составляющих для пчеловода наибольший интерес представляет сопротивление Rст. По его величине можно оценить влияние толщины стенок улья на общие потери тепла:
δст= γст* √Fвн * √Fн * Rст ; где
На первый взгляд кажется, чем больше тепловое сопротивление ограждения, т.е. чем толще стенка улья, тем меньше теряется тепла. Однако отдельные факты позволяют усомниться в этом. Так, практически все исследователи отмечают, что температура вне клуба у стенок почти равна температуре наружного воздуха (Т.С.Жданова, 1963 и др.), т.е. стенки не создают сколько-нибудь защитного градиента температуры. По расчетам А.Д.Трифонова (1991), 89% всего теплового сопротивления улья приходится на Rгн и лишь 11% на Rст и Rн
Неоднократно предпринимались попытки оценить влияние толщины стенок улья на исход и качество зимовки пчелиных семей (С.Л.Фаррар, 1946; Л.К.Кукс, 1966; Г.Ф.Таранов и Л.М.Чаплин, 1971), но к определенным выводам они не привели. Причина этого, как нам представляется, заключается в том, что на такую в общем-то техническую проблему наслаивались биотические факторы.
Нелишне также отметить, что наряду с практикуемым отечественными пчеловодами содержанием пчел в утепленных ульях, финские и канадские пчеловоды успешно проводят зимовку пчел в тонкостенных ульях.
В этой связи нами была предпринята попытка изучить процесс теплообмена в улье сначала на тепловой модели с последующей проверкой на пчелиной семье с помощью улья-калориметра (А.И.Касьянов, 2000), который позволяет производить непосредственное измерение тепловых потоков как всего ограждения в целом, так и отдельных его элементов, не прибегая к вычислениям потерь тепла на вентиляцию. Такой улей вмещает 10 сотов (435x230 мм), в которые вмонтирован полый алюминиевый шар диаметром 200 мм, имитирующий пчелиный клуб. Внутри шара смонтирован электрический нагреватель, имеющий сопротивление 25 Ом.
Температуру шара контролировали батареей из восьми последовательно соединенных медь-копелиевых термопар, аналогичные батареи были наклеены по диагонали на внутренней поверхности каждого из элементов ограждения.
Снаряженный таким образом улей-калориметр устанавливали в климакамеру Фойтрон 3001. Среднеобъемную температуру климакамеры измеряли медным термометром сопротивления, представляющим собой жгут из медного провода диаметром 0,2 мм, равномерно размещенным в свободном объеме камеры Электрическое сопротивление жгута при 0° равно 53 Ом.
Нагреватель питался электрическим током от стабилизированного источника питания. Потребляемая им мощность измерялась ваттметром Д-566.
В процессе опыта на нагреватель подавалась определенная мощность, а в климакамере устанавливалась задаваемая температура. По достижении установившегося состояния снимали все показатели: тепловые потоки через все элементы ограждения, средняя температура внутренних поверхностей этих элементов, усредненная температура нагревателя, среднеобъемная температура в климакамере.
Подаваемая на нагреватель мощность варьировала от 1,0 до 15,0 Вт, температура в климакамере - от +5 до -20°.
Опыты проведены в разных вариантах: с ульем-калориметром без утепления, утепленным пенопластом или подушкой. Все варианты были повторены как с закрытыми, так и открытыми летками.
Была также проведена серия опытов с нагревателем, окруженным сотами, и без сотов вне улья.
Тепловые сопротивления подсчитывали по формулам:
где:
Для улья, утепленного пенопластом, тепловое сопротивление стенки определяли как сумму сопротивлений улья и утеплителя.
Qогр- принимали по результатам опытов как сумму общих потоков тепла через все части ограждения (боковые стенки, дно и крышу).
Особого пояснения требует вопрос передачи тепла от пчелиного клуба к внутренней поверхности улья. С теплофизической точки зрения гнездо зимующих пчел представляет собой ограниченный объем.
В отличие от неограниченного пространства в малом объеме явления нагревания воздуха и его охлаждения стенками улья протекают близко друг от друга и разделить их практически невозможно, а поскольку пространство между клубом и стенками заполнено сотами с промежутками шириной 12 мм (улочки), еще больше усложняется процесс передачи тепла. Во-первых, воздушная прослойка шириной 12 мм при тех температурных перепадах, которые наблюдаются в улье, сама по себе, обладает большим тепловым сопротивлением. Во-вторых, большое тепловое сопротивление имеют пустые соты, в то время как соты, заполненные медом, более теплопроводны, но не намного (по теплопроводности мед (0,35 Вт/м*град.) приравнивается к древесине вдоль волокон). В-третьих, соты взаимно экранируют друг друга, и сводят на нет передачу тепла за счет теплового излучения.
sitecommentit|
|