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.

3.4. 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.

3.4.2. ОБЩАЯ СХЕМА ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЯ

Разработка схемы терморегулирования заняла у меня довольно продолжительный промежуток времени. Вначале я, было, сделал попытку копирования широко известных в популярной литературе схем терморегулирования на тран­зисторах и реле. Однако испытания трех вариантов схем показали низкую надежность их работы. Но самое главное то, что используемые в этих схемах исполнительные эле­менты на реле обладают слишком широкой зоной нечув­ствительности. Это означает, что при «движении» по оси температур на повышение температур выключение реле про­исходит при одной температуре (t°), а при обратном «движении» на понижение температур включение — при другой, Г_вкл (см. рис. 3.33).

Расстояние по оси температур между t*_BMo) и t°_Bioi (At°) и есть зона нечувствительности (по-другому — ширина пет­ли гистерезиса). Слишком широкая петля гистерезиса у реле не поддается ни регулированию, ни устранению, поскольку этот недостаток носит конструктивный характер. А в итоге при использовании реле в схеме терморегулирования диа­пазон изменения (размах) регулируемой температуры бу­дет слишком большим. Пример: релейная схема настроена на поддержание в улье температуры t°_Bbllol = 5 °С. Для обычного реле At° = 4 °С.

Тогда Г_т = t°_ - Af = 5 - 4 = 1 X.

Следовательно, при нормальной работе такой схемы в улье температура будет колебаться в слишком широком диапазоне — от +1 °С до +5 °С.

Для устранения этого недостатка была испытана схема на транзисторах с исполнительным элементом на тиристо­ре. Схема эта работала лучше, однако требуемая надеж­ность и устойчивость еще не обеспечивались. Наконец была разработана схема терморегулятора на интегральной мик­росхеме и тиристоре. Испытания показали высокую надеж­ность работы этой схемы. Несомненное достоинство схе­мы — возможность регулирования ширины температурной петли гистерезиса.

Остановимся на подробном описании этой схемы (рис. 3.34).

► Работа схемы терморегулирования в режиме подогрева ульев

В каждый улей под рамки помещается электроподогре­ватель. В один улей со средней по силе семьей непосред­ственно под подогревателем устанавливается термодатчик, которым является термосопротивление. На блоке термо­регулирования устанавливается необходимая для поддер­жания температура, за которой будет автоматически сле­дить блок терморегулирования. Если температура в улье превысит установленную на шкале температуру, то автома­тически выключается напряжение на электроподогревате­лях, и температура в ульях начнет уменьшаться. При умень­шении температуры ниже установленной на 1—2 °С (в зави­симости от выставленной в схеме ширины тепловой петли гистерезиса) автоматически включается подогрев, темпе­ратура в ульях начнет повышаться и т.д.

Контроль работы схемы электроподогрева, включения и выключения подогревателей осуществляется по светодиодам,

 

установленным на панели блока и в каждом улье. При про­кладке проводки к ульям надо учитывать, что при подклю­чении светодиодов должна соблюдаться полярность. Кро­ме того, соединение подводящих проводов должно обяза­тельно выполняться при помощи пайки (никаких скруток!). Непосредственное подключение подогревателя к проводке на улье можно делать при помощи заводских разъемов на ток не менее 1 А или при помощи вилки и розетки.

►          Работа схемы терморегулирования в режиме обогрева помещения

В помещении для обогрева, в зависимости от его объе­ма, устанавливается электрообогреватель закрытого типа мощностью 500—1000 Вт. В районе размещения ульев ус­танавливается термодатчик. На блоке терморегулирования устанавливается необходимая для поддержания в помеще­нии температура, за которой и будет следить схема термо­регулирования. Для выравнивания температуры во всем объеме помещения и интенсификации воздухообмена в ульях в момент подачи напряжения на электрообогреватель ав­томатически включается вентилятор, собранный на мало­мощном двигателе.

3.4.3. ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СХЕМЫ ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЯ

Перейдем к описанию принципиальных схем основных элементов схемы терморегулирования (рис. 3.35—3.37).

►          Силовой блок и блок питания для подогрева ульев

В качестве силового трансформатора Т1 в схеме ис­пользуется серийный накальный трансформатор типа ТН61-127/220-50К, но может использоваться и любой другой на

 

мощность не менее 200 Вт (для 10-ти ульев). Напряжение вторичной обмотки должно соответствовать выбранному напряжению для подогрева. При этом надо иметь в виду следующее:

1. Реально к подогревателям ЕК будет прикладываться напряжение на 1,5 В ниже расчетного за счет падения этого напряжения на открытом тиристоре V6. В моей схеме к подогревателю реально прикладывается на­пряжение 22,5 В.

2. За счет естественного повышения величины сопро­тивления нагревательного элемента при его разогре­ве ток через подогреватель уменьшается. Реальный ток через один подогреватель ЕК составляет 0,7 А против 0,96 А по расчету.

За счет этих двух причин реальная мощность подогре­вателя составляет 16 Вт против 23 Вт по расчету.

Эти особенности работы схемы надо обязательно учи­тывать при расчете реальной мощности подогревателя.

Если мощность изготовленного подогревателя окажется недостаточной, то ее можно увеличить или за счет увели­чения питающего'напряжения, снимаемого с трансформа­тора, или за счет уменьшения сопротивления (длины) на­гревательного элемента. В нашем варианте для увеличения реальной мощности нагревателя до 20 Вт надо или увели­чить снимаемое со вторичной обмотки питающее напряже­ние до 30 В (если такая возможность есть), или отрезать около 5 Ом сопротивления, измеренного на «холодной» проволоке.

И еще одно замечание. Подогреватель обеспечивает за­данную мощность при номинальном значении питающего напряжения сети в 220 В. Однако, по ряду причин, особен­но в сельской местности, напряжение в сети может под­держиваться ниже номинала. В отдельных местностях на­пряжение сети бывает даже менее 200 В. Поэтому, если окажется, что не хватает мощности подогревателя, поиск причины надо начинать с измерения номинала питающего напряжения сети.

В схеме в качестве выпрямителя используется мосто­вая схема на диодах V1—V4 типа КД 203Б. Однако могут использоваться и другие силовые диоды на ток 5—10 А. На транзисторе VT1 собрана схема стабилизации для питания микросхемы. Исполнительным элементом схемы терморе­гулирования является тиристор V6 типа КУ 202 с любым буквенным индексом от Г до Н. Диод V5 выполняет функ­цию развязки напряжения, прикладываемого к тиристору и подогревателям. Диод V5 может быть любого типа на ток не менее 0,1 А. Лампа Н1 и светодиоды V7, V8 используют­ся для контроля работы схемы терморегулирования.

► Силовой блок для обогрева помещения

Обогрев помещения производится от сети 220 В без трансформатора. Выпрямительный мост блока собран на силовых диодах V1—V4. Это могут быть любые диоды на ток 10 А с обратным напряжением не менее 300 В. Испол­нительным элементом схемы является тиристор V7 типа КУ 202Н(М)

В качестве нагревательного элемента можно использо­вать любые бытовые электрорадиаторы, электроконвекто­ры, электроплитки закрытого типа мощностью 500—1 000 Вт. Если температура поверхности нагревателя будет больше 80—90 °С, то эту поверхность надо накрыть толстым ме­таллическим листом. Указанной мощности нагревателя до­статочно для поддержания необходимой для зимовки тем­пературы 5 ± ГС в помещении объемом до 10—12 м³ с теплыми (деревянными, из пенобетона, керамзита и т.д.) стенами и хорошо утепленным потолком. В помещении большего объема мощность нагревателя с данным сило­вым блоком можно увеличить, но не более чем до 2 кВт. При этом силовые диоды V1—V4 и особенно тиристор V7 должны находиться на вертикально расположенных метал­лических радиаторах площадью 40—50 см² каждый. Свето­диоды V5, V6 используются для контроля работы схемы.

Если будет принято решение осуществлять автомати­ческий обогрев только в помещении и не заниматься внут-риульевым подогревом, то в этом случае надо будет изго­товить только силовой блок для обогрева помещения и блок терморегулирования с отдельным блоком питания для него.

Блок питания в этом случае изготавливается по анало­гии с блоком питания для подогрева ульев. Но трансфор­матор Т1 может иметь мощность не более 5—10 Вт, вто­ричное напряжение 26—30 В. Диоды V1—V4 любые на ток не более 0,1 А. Силовой узел — тиристор V6, светодиоды V7, V8 и соответствующие сопротивления исключаются.

Также исключается диод V5. Выходное напряжение этого блока питания выставляется подбором типа стабилитрона или цепочки стабилитронов в цепи базы транзистора VT1 и может составлять от 27 до 30 В. Может использоваться и любой другой блок питания со стабилизатором на соответ­ствующее напряжение и ток не менее 0,1 А.

Внимание! При сборке схемы терморегулирования для помещения надо иметь в виду, что все элементы силового блока будут находиться под опасным для жизни потенциа­лом 220 В. Под этим же потенциалом будут находиться и элементы блока терморегулирования. По этой причине все эти элементы должны быть надежно изолированы от корпусов этих блоков и недоступны для случайного при­ косновения при работе.

► Блок терморегулирования

Блок терморегулирования собран на микросхеме К553УД2. Термочувствительным элементом (термодатчиком) является термосопротивление R2 4,7 кОм типа ММТ-4, которое поме­щается в один из ульев над поверхностью подогревателя под низ рамок.

При настройке схемы потенциометром R7 «Гистерезис» выставляется ширина температурной петли гистерезиса в 1,5-2 °С. Делается это так: вращается ручка потенциомет­ра R3 «Температура» в одну сторону до срабатывания схе­мы. На шкале «Температура» отмечается точка 1 срабаты­вания (включения) схемы. Затем потенциометр R3 вращается в противоположную сторону и отмечается точка 2 обрат­ного срабатывания (выключения) схемы. Расстояние меж­ду точками 1 и 2 в °С и есть ширина температурного гисте­резиса. Регулировкой R7 добиваются, чтобы разница этих температур была не больше 1,5—2 °С.

Потенциометром R1 «ток УЭ» выставляется ток управ­ляющего электрода, при котором происходит надежное срабатывание (открытие тиристора). При этом надо прове­рить, будет ли при выставленном токе УЭ происходить зак­рытие тиристора. В моей схеме для тиристора КУ 202Л выставлен /_уэ = 8 мА.

Подбором R1 выставляется значение выбранного темпе­ратурного диапазона автоматического регулирования на шкалу «Температура», находящуюся на передней панели блока. При указанных на схеме значениях сопротивлений диапазон автоматического регулирования блока лежит в пределах от 0 до 50 "С. Градуирование шкалы «Температу­ра» производится при помощи надежного термометра. Тер­модатчик R2 и термометр помещают в место с фиксируе­мой температурой на несколько минут. Необходимо иметь в виду, что тепловая инерционность термосопротивления в воздушной среде составляет не менее 120 секунд. Не мень­шую инерционность имеет и термометр. Поэтому для на­дежного фиксирования температуры термосопротивление и термометр надо держать в среде с фиксируемой темпе­ратурой не менее 8—10 минут. После этого вращением руч­ки потенциометра R3 добиваются выключения электропо­догревателя ЕК и на шкале «Температура» делается соот­ветствующая отметка. Температура, которую в это время показывает термометр, будет соответствовать сделанной на шкале отметке. Обращаю внимание на то, что шкала «Температура» должна градуироваться не на включе­ ние подогревателя, а на его выключение. Дело в том, что для одной и той же температуры, за счет тепловой петли гистерезиса, положение ручки на шкале «Температу­ра» при включении и выключении подогревателя будет от­личаться на 1,5—2 °С.

Указанное выше регулирование блока означает, что при работающей схеме терморегулирования в улье будет под­держиваться температура не выше той, которая будет вы­ставлена на шкале.

В качестве фиксируемых температур можно пользоваться комнатной температурой, температурой над поверхностью хорошо прогретого электроподогревателя, температурой внутри холодильника, температурой тающего льда (0 °С) и др. В ходе эксплуатации аппаратуры градуирование шкалы «Температура» уточняется.

Для возможности выбора можно порекомендовать также оригинальную схему регулятора температур, которая приве­дена в № 9 журнала «Пчеловодство» за 2005 год на стр. 44.

Заканчивая рассмотрение вопроса, хочется дать совет тем, кто собирается изготовить комплект аппаратуры для терморегулирования: прежде чем начать изготовление, обя­зательно прочитайте ту часть приложения 3, в которой го­ворится о способах подключения нагрузок.

И последнее. Обращаю внимание на то, что представ­ленная схема терморегулирования может с успехом ис­пользоваться в быту и для других целей: регулирования температуры в инкубаторах, аквариумах и т.д.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1. Живое дерево: Осень — зима — весна

Глядя на сбросившее листву дерево, многим из нас кажет­ся, что жизнь в нем остановилась до следующей весны. Кое-кто ничуть не сомневается в этом, однако не все так просто и однозначно в тех процессах, которые происходят в таком, казалось бы, известном нам растении, как дерево...

Ученые многих стран, изучающие жизнедеятельность (фи­зиологию) древесных растений, пока не пришли к единому мнению относительно того, как именно древесный орга­низм реагирует на снижение температуры окружающей сре­ды, какие процессы при этом и в какой последовательнос­ти происходят в капиллярах и живых клетках древесины, почему и при каких условиях происходит полное прекра­щение жизнедеятельности (вымерзание) растений.

При глубокой проработке этого вопроса возникает мно­жество частных проблем. Вот только один пример — вода. Уж, кажется, что может быть проще!

У многих из нас еще со школьных лет прочно устано­вился стереотип о том, что вода замерзает при температуре 0 "С. Однако оказывается, что самая обычная вода, находя­щаяся в стеклянной трубочке с микрокапилляром в 0,1 мм, замерзает при —20 °С (Чудинов Б.С., 1984). В то же время в древесном капилляре такого же диаметра она замерзает при более высокой температуре. Приемлемого объяснения этому факту пока никто не дал. Более того, имеется инфррмация о том, что при определенных условиях обычная вода может оставаться в жидком состоянии (так называе­мая переохлажденная вода) при температурах вплоть до -70 °С (Веретенников А:В., 1987).

Существует также и ряд других проблем, по которым пока нет однозначного понимания.

По всем этим причинам предлагаемая модель функцио­нирования живого дерева лиственной породы в период вре­мени осень — зима — весна не может претендовать на бесспорность. Однако, с учетом всей имеющейся инфор­мации по этому вопросу на сегодняшний день, эта модель представляется наиболее вероятной.

♦   ♦  ♦

Процесс подготовки дерева к зиме начинается задолго до ее наступления. Считается, что механизм предваритель­ной подготовки дерева к зиме включается с началом со­кращения светового дня, когда в дереве начинают приос­танавливаться процессы роста. Затем в конце лета дерево вступает в состояние так называемого внутреннего покоя, при котором в древесном организме резко снижается ин­тенсивность обмена веществ.

При дальнейшем устойчивом снижении температуры воз­духа ниже +10 °С, чаще всего это происходит в августе, дерево переходит в состояние глубокого (органического) покоя, который для большинства древесных растений сред­ней полосы длится до ноября — декабря (Сергеев Л.И., 1964). По другому источнику — до ноября — января (Лес­ная энциклопедия, 1986).

Осенью с наступлением холодов обменные процессы в дереве продолжают замедляться. Уменьшаются в связи с этим и возможности проводящей системы дерева па дос­тавке влаги и питательных веществ к ветвям (особенно тон­ким) и листьям. Однако транспирация (испарение) влаги в атмосферу не прекращается, и для того чтобы уменьшить транспирацию и привести ее хоть в какое-то соответствие с возможностями по доставке влаги, дерево сбрасывает листву. Таким образом, дерево защищает себя от зимнего иссушения.

В процессе характерных для осени многократных пере­падов температур происходит так называемое закаливание дерева. В ходе этого периода внутри живых клеток дерева начинают накапливаться защитные вещества в виде раство­ров Сахаров и некоторых других веществ. Эти защитные вещества создают в дереве такие условия, при которых сильно снижается вероятность образования льда внутри живых клеток. Но даже у наиболее морозостойких деревь­ев вся имеющаяся в тканях вода не может оставаться не­замерзающей. Какая-то ее часть при длительном воздей­ствии низких отрицательных температур все же будет за­мерзать. Самое главное, чтобы этот процесс происходил не в протопласте (оболочке) живой клетки, а в межклеточ­ном пространстве, тогда протопласт будет подвергаться меньшей опасности получить механические повреждения.

В лабораторных условиях при постепенном ступенчатом понижении температуры удалось добиться чрезвычайно высокой морозоустойчивости дерева. Так, в одном из опы­тов И.И. Туманова ветка яблони, помещенная в перенос­ную морозильную камеру с температурой —153 °С, весной цвела и даже плодоносила (по А.А. Веретенникову, 1987).

При дальнейшем понижении внешних температур отток воды в межклеточные пространства увеличивается; в этот момент времени там будет находиться ровно столько воды, сколько ее сможет кристаллизоваться при имеющейся в данный момент температуре.

Процесс закаливания дерева и накапливания воды в меж­клетниках происходит постепенно и, в зависимости от ха­рактера наступающей зимы, может занимать продолжитель­ный период времени. В ходе этого периода сокодвижение в дереве еще происходит, хотя и в замедленном темпе.

С переходом внешних температур в область устойчивых отрицательных значений корнеобитаемый слой почвы по­степенно промерзает, что приводит к уменьшению погло­щаемой корнями влаги.

При дальнейшем охлаждении древесины имеющаяся в ней вода после небольшого переохлаждения начинает за­мерзать вначале в наиболее крупных капиллярах. Но свой­ства воды таковы, что процесс ее кристаллизации сопро­вождается выделением теплоты. Так, при замерзании од­ного грамма воды выделяется 335 Дж (80 кал) тепла. По этой причине температура древесины, в капиллярах кото­рой начинает замерзать вода, повышается до 0 °С и стаби­лизируется на этом уровне. Объясняется данное явление тем, что в лед за единицу времени может превратиться ровно столько воды, сколько необходимо для того, чтобы выделяющаяся при этом теплота компенсировала отводя­щуюся за это же время теплоту при охлаждении древеси­ны внешним воздухом. Температура в отдельных точках внутри древесины начнет опускаться ниже 0 °С лишь после того, как вся свободная вода около них замерзнет. •

Вода в капиллярах дерева (так называемая свободная вода) начинает замерзать только при охлаждении древе­сины до —2...5 °С (Чудинов Б.С., 1984). Другой источник утверждает, что в стволах древесных пород образование льда происходит при —2...4 "С, а при сухой атмосфере — при -8... 11 "С (Самыгин Г.А., 1974).

Однако с началом замерзания в стволе кристаллизуется только часть воды, а часть этой свободной (не связанной в клетках) воды в межклеточных пространствах остается в жидком состоянии и сокодвижение, хотя и очень замед­ленно, продолжается до еще более низких температур. Способность воды (пасоки) сохраняться в переохлажден­ном жидком состоянии в тканях древесины, наличие в них растворов органических и минеральных веществ, способ­ствующих сохранению жидкого состояния воды (наподобие антифриза), своевременная «закалка» дерева все уве­личивающимися перепадами температур предохраняют де­рево от гибели даже при трескучих морозах.

Что же касается связанной в клетках влаги, то она начи­нает замерзать при ее охлаждении до —5...—16 °С (Самы­гин Г.А., 1974), до -10...15 °С (Чудинов Б.С., 1984). Прини­мая во внимание значительную инерционность температур­ного поля в древесных стволах, особенно большого диаметра, это происходит, видимо, при понижении темпе­ратуры в атмосфере до —15...—20 °С (Чудинов Б.С., 1984).

Количество кристаллизуемой в межклетниках воды по­степенно увеличивается, и в случае наступления продол­жительного периода низких отрицательных температур в декабре — январе дерево переходит в состояние вынуж­денного (экзогенного) покоя.

Это состояние характеризуется наличием в межклеточ­ных пространствах заболони определенного количества замерзшей воды, пЪчти полным отсутствием сокодвижения в стволе и ветвях, продолжением кутикулярной (покров­ной) транспирации и, как следствие, постоянным дефици­том влаги в живых тканях дерева. Дыхание живых клеток, испытывающих дефицит влаги, продолжается постоянно, хотя и с резко уменьшившейся интенсивностью. Дерево снизило все свои жизнеобеспечивающие функции до мини­мально возможного уровня, который, однако, достаточен для возобновления этих функций с наступлением времен­ного или постоянного потепления. Подсушенные живые клет­ки готовы в любой момент принять недостающую воду, находящуюся в межклеточных пространствах в замерзшем и переохлажденном состоянии, как только она нагреется и перейдет в жидкое агрегатное состояние.

Параллельно с описанными выше процессами в это же время в дереве происходит и другой процесс. Как показы­вают исследования (Крамер П., Козловский Т., 1983), с на­чалом перехода дерева в состояние внутреннего покоя в конце лета начинает изменяться концентрация газов в стволе дерева: концентрация кислорода начинает повышаться, а уг­лекислого газа — уменьшаться. К январю — февралю кис­лород уже может занимать более 15% общего объема ствола (сосна) и до 30% у тополя, в то время как углекис­лый газ и у сосны и у тополя занимает не более 5% объе­ма ствола. Эти изменения концентраций газов вызываются изменениями обменных процессов, которые в свою оче­редь определяются понижением среднесуточных темпера­тур. При этом четко прослеживается обратная зависимость между значениями внешних температур и концентрациями О₂ и прямая зависимость между температурами и концент­рациями СО₂. Наличие этого процесса означает, что объем ствола, например, тополя в зимнее время занят в таком соотношении: около 30% древесиной, около 30% — сво­бодной и связанной водой в разных агрегатных состояниях и более чем на 40% — газом (О₂+ СО₂) (Крамер П., Коз­ловский Т., 1983).

Газ в древесине заполняет те полости и пустоты, кото­рые не заняты водой. Если бы газ находился в капиллярах вместе с водой и разрывал непрерывные водные потоки, то это сделало бы невозможным передвижение водных потоков, ибо обязательным условием для передвижения жидкости в капилляре является непрерывность и нераз­рывность водного потока.

Наличие в стволе зимнего дерева большого количества пустот, составляющих до 40% общего объема ствола и занятых газом, придает древесине хорошие теплоизолиру­ющие свойства.

Что же касается возможности пополнения запасов воды мелкими ветвями в холодное время года (а именно они испытывают в это время наибольший дефицит влаги), то И.И. Туманов (1955) установил следующее. Срезанные по­беги, хранившиеся зимой на открытом месте, содержат меньше воды, чем побеги, находившиеся в тех же условиях на растениях. Объясняется это тем, что даже в холодные месяцы происходит пополнение влаги в ветвях за счет при­тока воды из других частей дерева, где имеются запасы, влаги. Такое передвижение воды может быть и при слабых морозах, если в древесном организме остается еще дос­таточное количество воды в жидкой фазе. Пополнение вод­ного дефицита возможно даже при значительных морозах. Оно наблюдается при солнечной погоде, когда надземные части могут заметно прогреваться по сравнению с окружа­ющим воздухом. Таким путем тонкие веточки, имеющие большую поверхность испарения, периодически пополняют израсходованную воду за счет ее запасов в более массив­ных частях растений. Если длительное время из-за сильных морозов этого происходить не будет, то ветви будут по­вреждаться и в дальнейшем отмирать.

Основной, причиной повреждения древесины при замер­зании растений считается обезвоживание цитоплазмы клетки, вызванное образованием льда в межклетниках. Все более и более оттягивая воду из цитоплазмы, лед увеличивается в объеме и начинает чисто механически повреждать повер­хностные слои обезвоженной цитоплазмы.

Ю.З. Кулагин (1969) также указывает на то, что во вре­мя зимних оттепелей и слабых (менее 5—7 °С) морозов в побеги поступает вода из толстых скелетных ветвей и ствола, которая ликвидирует опасный водный дефицит, вызванный зимним иссушением.

Однако при наступлении продолжительного периода низ­ких отрицательных температур (—15...—20 °С) дерево пере­ходит в состояние вынужденного покоя, при котором со­кодвижение в дереве будет в значительной мере замед­ленно, а в отдельные периоды очень низких температур и вовсе прекращаться.

Ранней весной с началом потепления при прогреве ство­ла до положительных температур возобновляется интен­сивное сокодвижение, в первую очередь за счет запасов свободной влаги, хранящейся зимой в межклеточных про­странствах. По мере прогрева почвы и корнеобитаемого слоя возобновляется поступление влаги от корней, вклю­чается механизм активного поглощения воды древесным организмом. Движущей силой активного поглощения явля­ется так называемое корневое давление. Корневая система при этом превращается в своеобразный насос, который го­нит влагу по стволу. Механизм активного поглощения дей­ствует только ранней весной. В дальнейшем дерево перехо­дит на пассивное поглощение влаги за счет кутикулярной (с поверхности дерева), а затем — и листовой транспира-ции, которая теперь будет основной движущей силой, вызы­вающей перемещение влаги в проводящей системе дерева.