Высокотехнологичный омшаник для пчёл FAVUM



Автором был изучен рынок газоанализаторов на оксид углерода (углекислый газ), собран и успешно протестирован дизайн-проект системы, позволяющей контролировать параметры температуры, влажности, давления, содержания углекислого газа. Сделаны выводы о том, что умная система-анализатор контролируемой среды обеспечивает пчёлам максимально комфортную зимовку.

Ключевые слова : омшаник для пчёл, пчеловодство, газовоздушный анализатор, дизайн-проект.

Альберту Эйнштейну приписывается фраза о том, что если на Земле исчезнут все пчёлы, человечество погибнет через 4 года. Доподлинно неизвестно, принадлежит ли это высказывание знаменитому физику-теоретику, но смысл в этой фразе действительно есть. Пользу от деятельности пчёл в экосистеме невозможно переоценить. Учёные считают, что многомиллионному разнообразию растений мы обязаны именно этим насекомым, ведь растения прямо или косвенно — пища для всех живых организмов.

Пчела — одно из самых полезных насекомых на земле. Собирая пыльцу в обножку (скатывая и приклеивая шарики пыльцы к задним ножкам) [1], трудолюбивые насекомые попутно опыляют разные сорта растений, что позволяет значительно повысить урожайность сельскохозяйственных культур. Пчела на протяжении многих веков даёт человеку не только полезный мёд, но и воск, прополис, маточное молочко, что нередко используется в изготовлении лекарственных и косметических средств [2].

С давних времен известно, что пчёлы плохо переносят резкие изменения микроклимата. Слабые пчелиные семьи вообще не могут переносить длительные морозы и часто гибнут. Из-за резких перепадов температуры, увеличения концентрации углекислого газа насекомые не могут впасть в нормальную, естественную спячку, подвергаются различным заболеваниям, а потому весной их организм ослаблен и не способен к полноценному размножению. Вследствие этого уменьшается количество и ухудшается качество собираемого мёда. Поэтому пчеловоды издавна стремятся защитить пчёл от суровых зим.

Создать благоприятные условия для зимовки пчёл можно несколькими способами, одним из которых является перенос ульев в помещения, где можно поддерживать благоприятный микроклимат, необходимый для комфортной зимовки насекомых.

Целью настоящего исследования являлась разработка дизайн-проекта анализатора газовоздушной среды, внедряемого в высокотехнологичный омшаник, который обеспечит благоприятную зимовку пчелиных семей.

Исследование было разделено на два этапа. Задачами первого этапа являлись выбор оптимальной системы анализатора газовоздушной среды, сборка прибора, проведение измерений в разных общественных местах. Задачи второго этапа заключались в изучении условий комфортной зимовки пчёл, усовершенствовании схемы прибора, рассмотрении трёх типов омшаников.

На первом этапе было выявлено, что на состояние здоровья живых организмов, в том числе и человека, большое влияние оказывает состав воздуха. В зависимости от этого может изменяться работоспособность и эмоциональное состояние людей [3].

Всем известно, что человеку нужен свежий воздух. При повышении углекислого газа в воздухе, который попадает в организм, образуется угольная кислота и закисляется кровь, что приводит к серьезным проблемам со здоровьем. Данный процесс вызывает необходимость регулярного проветривания помещения.

Изучив рынок анализаторов углекислого газа, поняв принцип работы приборов, было решено остановиться на определённой схеме подключения, которая включает в себя датчики температуры, влажности и атмосферного давления, плату часов реального времени, датчик для измерения углекислого газа в воздухе и иные элементы.

Выбранная, а затем собранная схема системы, позволяет отслеживать углекислый газ в ppm (промилле), влажность воздуха в процентном соотношении, показание атмосферного давления, температуры, с указанием времени и даты (рис. 1).

Рис. 1. Вывод данных газовоздушного анализатора

Также программно система способна выводить на экран графики измерений в разных временных интервалах.

Согласно закону толерантности Шелфорда [4], лимитирующим фактором процветания организма, в том числе и человека либо популяции, может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия, а диапазон между ними определяет величину выносливости (толерантности) организма законному воздействию. По закону толерантности Шелфорда и ГОСТу 30494–2011 [5] была выстроена кривая толерантности, которая имеет 4 зоны (рис. 2).

Рис. 2. Кривая толерантности Шелфорда

Зоны:

I — зона комфорта, концентрация СО ₂ < 800 ppm — воздействие фактора не оказывает негативного влияния на здоровье и работоспособность человека;

II — зона допустимых значений, концентрация СО _2– 800–1000 ppm — воздействие фактора не оказывает негативное влияние на состояние здоровья человека, но работоспособность может быть снижена;

III — опасная зона, концентрация СО _2– 1000–1400 ppm — длительное систематическое воздействие фактора приводит к ухудшению состояния здоровья человека и различным заболеваниям;

IV — чрезвычайно опасная зона, концентрация СО ₂ > 1400 ppm — кратковременное воздействие фактора может привести к резкому ухудшению состояния здоровья, травме, смерти.

Светодиод на приборе загорается определённым цветом при соответствующих условиях. Зеленый (0–800 ppm) — малая концентрация углекислого газа; жёлтый (800–1200 ppm) — повышенная; мигающий красный (1200 ppm и более) — очень высокая концентрация.

Для испытания анализатора среды были выбраны следующие места, в которых проводились измерения:

— улицы маленького и большого городов;

— метрополитен Москвы.

1. Улицы городов . Сегодня в крупных городах показания концентрации углекислого газа превышают 500 ppm, неизвестно что же будет через 30 лет. Концентрация диоксида углерода на улицах города Бавлы, РТ с населением в 22 тыс. человек (2020 г.) не выше 399 промилле (рис. 3).

Рис. 3. Концентрация СО ₂ на улицах г. Бавлы

Концентрация CO ₂ в большом городе отличается на 300 ppm. На улицах Москвы газовоздушный анализатор среды выдал показания, представленные на рисунке 4.

Рис. 4. Концентрация СО ₂ на улицах г. Москва

2. Метрополитен Москвы. Ежедневно общественным транспортом пользуются миллионы людей, только вот в каких условиях они перемещаются по городу? Исследование в московском метрополитене проводилось в час пик на протяжении двух часов в вагоне поезда «Русич», не оборудованном кондиционером, форточки также были закрыты. Когда в вагоне находится слишком много людей, качество воздуха заметно ухудшается, прибор подаёт сигналы красного цвета (рис. 5).

Рис. 5. Показания прибора при большом количестве людей в вагоне

Когда вагон заполнен наполовину, либо практически пуст, показания системы меняются, что можно пронаблюдать на рисунке 6.

Рис. 6. Показания прибора в пустом вагоне

Собранный анализатор газовоздушной среды был успешно протестирован в среде обитания человека, а это значит, что на базе данной схемы можно разработать дизайн-проект высокотехнологичного зимовника для пчёл.

Как уже было сказано ранее, вероятность ослабления или гибели пчелиной семьи из-за значительного изменения микроклимата в период зимовки очень высока. Важно контролировать в зимовнике такие параметры как температура, влажность, концентрация CO ₂ [6]. Если правильно подготовить насекомых к зиме, то пчёлы без проблем переживут холодное время и порадуют пчеловода богатым медосбором.

Известно, что оптимальная температура , при которой происходит наименьшее потребление корма и фиксируется лучшая сохраняемость здоровья пчёл в зимний период — 8–10 °С. При t < 8–10°С начинается кладка яиц, ранний расплод, истощение пчёл и гибель от чрезмерного напряжения. При t > 8–10°С начинается выход пчёл из состояния спячки, поедание большого количества корма, ранний вылет из улья, гибель [7].

Оптимальнаявлажность воздуха в омшанике — 75–85 %. Если влажность воздуха будет составлять 65–75 %, начнётся постепенное беспокойство пчёл, затем гибель расплода. Когда влажность достигнет отметки в 85–90 %, произойдёт образование конденсата на стенках ульев, прорастание грибка [8].

Концентрация CO ₂ также играет большую роль в зимовке пчелиных семей. Когда концентрация CO ₂ достигнет значения 2–2,5 %, у насекомых начнётся переход в состояние зимнего покоя, понижение уровня обмена веществ и снижение потребление корма. При меньшей концентрации диоксида углерода пчелиные семьи начнут ослабевать и потреблять больше корма, а при большей концентрации пчёлы возбудятся и примутся активно вентилировать свои гнёзда [9].

Чтоб обеспечить благоприятную зимовку насекомых, пчеловоды:

— дополнительно утепляют ульи, оставляя их на летних местах;

— помещают ульи в траншеи и ямы;

— сносят ульи в небольшие группы, которую утепляют совместно;

— помещают ульи в зимовники, омшаники, где можно поддерживать необходимый микроклимат.

Пчеловоды, использующие в своей практике традиционные методики, предпочитают пользоваться утепленным помещением, в котором пчелы хорошо переносят суровые русские зимы. Омшаник — сооружение не очень большого размера, предназначенное для зимовки пчел — защищает «домики» с пчелами от низкой температуры, от порывов ветра и уличного шума [10].

Для разработки дизайн-проекта высокотехнологичного омшаника FAVUM (от лат. — соты) необходимо усовершенствовать схему анализатора среды путём добавления релейного блока. К блоку подключаются вытяжной и приточный вентиляторы, нагреватель и увлажнитель воздуха. Модифицированный анализатор программно подаёт сигналы об изменениях микроклимата, нормализует его по заданным параметрам.

На основе анализатора среды рассмотрено несколько видов модифицированных пчелиных зимовников:

— подземный омшаник;

— полуподземный омшаник;

— наземный омшаник.

Три вида разработаны для разных регионов страны. Например, самыми популярными у жителей России и СНГ являются полуподземные омшаники. Когда уровень грунтовых вод позволяет углубиться лишь на небольшую глубину, целесообразно строить полуподземный омшаник.

В ходе работы были разработаны планы для каждого типа омшаников, для лучшего понимания рассмотрим план наземного омшаника, который представлен на рисунке 7.

Рис. 7. План наземного омшаника

Зимовники необходимо строить с переходным модулем, чтобы холодный воздух не проникал к ульям, когда человек входит внутрь. В переходном модуле установлен экран, на котором отображается вся информация, получаемая с датчиков, находящихся в основном модуле. Также предусмотрено внедрение дополнительного входа с другой стороны основного модуля, через который удобно заносить и выносить ульи. На зиму дополнительный вход закрывается наглухо. Рядом с омшаником установлен солнечный элемент, который может служить основным либо резервным источником питания.

По завершении работы над вторым этапом был получен вывод, что разрабатываемые высокотехнологичные омшаники FAVUM имеют ряд преимуществ, а именно:

1. Умная система-анализатор среды обеспечивает пчёлам максимально комфортную зимовку;
2. Возможность гибели пчелиной семьи из-за изменения микроклимата близится к нулю;
3. У пчеловода есть все возможности для контроля пчелиных семей в зимний период;
4. Деревянные ульи, при зимовке в помещении, практически не подвержены гниению и будут служить гораздо больше;
5. Представление высокотехнологичных омшаников на рынке влечёт за собой поддержку мини-ферм, производящих пчелиную продукцию;
6. Обеспечение благоприятной зимовки пчёл приводит к повышению качества продукции пчеловодства на рынке;
7. Проведение зимнего периода в комфортных омшаниках влечёт сохранение популяции и здоровья пчелиных семей.

Проделанная работа показывает, что благодаря дизайн-проекту высокотехнологичного омшаника для пчёл FAVUM можно изменить в лучшую сторону развитие пчеловодства в различных регионах страны, осуществить поддержку малого бизнеса, и, что более важно, замедлить сокращение популяции пчёл в мире.

Литература:

1. Шабаршов И. А. Юному пчеловоду: Кн. для учащихся.—2-е изд., перераб. и доп.— М.: Просвещение, 1988.— 128 с.
2. Нуждин А. С. Основы пчеловодства — 5-е изд., перераб. и доп.— М.: Агропромиздат, 1988. — 240 с.
3. Lotos-frolov.ru/База знаний URL: https://lotos-frolov.ru/baza-znanij/mneniya-vrachej-o-vliyanii-uglekislogo-gaza-co2–2.html
4. Экология: биология взаимодействия. 5.07. Принцип толерантности Шелфорда. URL: https://batrachos.com/Принцип_толерантности_Шелфорда
5. ГОСТ 30494–2011 Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200095053?section=text
6. Щербина П. С. Азбука пчеловодства.- Пермь: Кн. изд-во, 1968. — 256 с.
7. Гунякин А. А. Пасека под крышей дома.— Л.: Лениздат, 1991.— 77 с.
8. Гробов О. Ф., Смирнов А. М., Попов Е. Т. Болезни и вредители медоносных пчел: Справочник. М.: Агропромиздат, 1987. — 335 c.
9. Жеребкин М. В. Зимовка пчел. М.: Колос, 1979. — 151 c.
10. Ивлев А. Н., Барбарович Ю. К., Тетюшев В. М. В чудесном мире пчел.— Л.: Лениздат, 1988. — 252 c.