おがおが
愛知県
2019の秋に待ち箱開始し、 2020年4月にミツバチ達がやってきてくれ養蜂生活がスタートしました。 2021年9月までは横浜から実家の愛知へ往復していました...
投稿日：2020/10/11 17:47
冬場のえさの消費量について大胆な仮定のもと推算してみました。
この推算方法は、餌の消費量＝巣箱の放熱量と仮定します。
つまり、放熱で奪われた熱量をハチが運動することにより補い、さらにハチはハチミツによりエネルギー補給しているという仮定で逃げた熱量相当のハチミツはどのくらいになったかという計算です。
巣箱の温度分布は巣の構造によって非常に複雑になるため巣内の温度分布は考慮せず、
内壁温度を仮定して箱の厚さ・サイズ、外気による自然対流熱伝達によって決まる熱移動量を求めます。
そして、熱移動量とハチミツのカロリーから冬場のハチミツ消費量を推算します。
まず、巣内の温度がどうなっているか？という点については32℃とか夏場は36℃になっている、幼虫や蛹が生育するには35℃くらい、成虫が生きるには20℃必要、などなど内部の温度をどう仮定したら良いか迷います。
今回は内壁温度と外気との熱計算のため成虫が死なない程度の内壁温度になっていると仮定して20℃とします。
もちろん、巣の内部はもっと高温になっているかもしれませんが箱内壁は案外このくらいで省エネ運転かもしれないということです。
次に、外気温は日中の変動も地域差もありますが、東京の2月のデータ
http://www.data.jma.go.jp/obd/stats/etrn/view/monthly_s3.php?%20prec_no=44&block_no=47662
があったのでここからざっくりと5℃としました。
外気は5℃、内壁は20℃ということです。
外壁温度が分かっていませんが、無風の自然対流熱伝達(10W/m2K)として外壁温度も推算します。
次に、箱の放熱面積です。
厳密には内面の面積と外面の面積は違いますがめんどくさいので内面と外面の表面積は同じとします。
一般的であろう300mm×300mm、高さ180mm、厚さ30mm、
木の熱伝導率を0.12W/mKと仮定して側面と天井から放熱するとします。
放熱面積は3段仕様で0.738m2となります。
ここから熱移動量を計算しますが、
外面の自然対流熱伝達による熱移動量W＝熱伝達率×表面積 ×（外壁温度 - 外気温度）
重箱断熱部の熱移動量W=木の熱伝導率／板厚×表面積×（内壁温度 - 外壁温度）
となります。二つの熱移動量は一致しなければならないのでそのように計算すると、
外壁温度＝9.29℃
熱移動量＝31.6W
となります。
カロリーに直すと
1日あたり653.1kcal
となりました。
ここからハチミツの消費量を求めます。
ハチミツのカロリーは100gあたり294kcal（googleでハチミツ カロリーで検索）とありましたので
1日に222g、30日だとおよそ6.7㎏消費することになりました。
あくまで仮定で多少多めに出てる気もしなくないですが、月に数㎏単位で消費するということが分かりました。
重箱1つでおよそ5㎏程度の採蜜ができるということで多少のパラメータによる前後はあるもののおおよそいいオーダーで計算できているんじゃないかと思います。
3段継箱、厚さ30mmで6.7kg 消費でしたが、
厚さを20mm、10ｍｍと薄くすると断熱性能が低下し放熱量が増えるためハチミツ消費量は8.7kg、12.7kgのようにかなり増えますが、
逆に厚くすると40mmでは5.4㎏となりそれほど消費量は少なくなりませんでした。
この辺は経験的に30mm程度といわれている根拠かな？と感じました。
おがおが
愛知県
2019の秋に待ち箱開始し、 2020年4月にミツバチ達がやってきてくれ養蜂生活がスタートしました。 2021年9月までは横浜から実家の愛知へ往復していました...
冬場の巣箱内でミツバチがぶるぶる震えて発熱して室内温度を上げても巣箱表面から熱が逃げてしまうので、その逃げる熱量を補うために更にハチが発熱するということに対して、逃げた熱量相当のハチミツはどのくらいになったかという計算です。
2020/10/11 18:17
おがおが
愛知県
2019の秋に待ち箱開始し、 2020年4月にミツバチ達がやってきてくれ養蜂生活がスタートしました。 2021年9月までは横浜から実家の愛知へ往復していました...
W＝J/s (ジュール毎秒)
1cal=4.184Jとなります。
木の物性値は金属と違って文献により様々なのでどの数値を信用したら良いか取り扱いに迷いますが、桁が大きく変わらなければ特に問題ありません。概算できれば後は合わせ込みパラメータとして扱えば良いです。
あと、電熱量ではなくて伝熱量（伝わる熱の量）です。
頑張って下さい！
2021/8/17 06:10
おがおが
愛知県
2019の秋に待ち箱開始し、 2020年4月にミツバチ達がやってきてくれ養蜂生活がスタートしました。 2021年9月までは横浜から実家の愛知へ往復していました...
下の図は一般的な固体内部の温度勾配と対流熱伝達による壁面近傍の温度勾を表したものです。
厚さ一定の板の場合、表裏の温度差を直線で結んだものが温度勾配となります。温度勾配と熱伝導率から熱移動量が求まります。
これが②の式です。
外壁部の熱伝達は自然対流熱伝達になっているはずで、図のように壁面付近から曲線的に温度が変化します。
この外気と外壁温度の間での伝熱量を求める式、これが①の式です。
ここで、外壁温度も内壁温度も基本的には不明ですが、どちらかを決めないと式が成り立たないので、蜂により安定させているであろう内壁温度を勝手に決めて2つの式により熱移動量を求めました。
自動計算のサイトは外壁と内壁両方の温度が分かっているときの固体の
熱移動量を求めるものです。
両方分かっていれば式は1つで熱移動量が求まるということになります。
電球のWと今回の熱移動量Wは同じものです。
＞丸洞で壁厚が厚い１０ｃｍと普通の３ｃｍとの比較・・
私の過去の重箱式の検算で3㎝=6.7kg、10㎝=2.5㎏となっています。
巣箱サイズや仮定の置き方にもよりますが「計算上は」このくらいの差が生じると思います。
実際にはミツバチの基礎代謝（生命維持に必要な最低限のエネルギー）でいくら断熱したとしてもハチミツの消費は一定量必要だということも考えられます。（この辺は詳しくないのであくまで想像の域を出ませんが）
また、個々の検算については計算コンセプト含めて追いかけるのは非常に大変なのでご自身でご確認いただければと思います。
2021/8/18 10:14
おっとり
千葉県
ワバチが棲みたくなる洞をつくる。
今までＱ＆Ａを見ておりましたが、これほど素晴らしい日誌は無かったです。
まさに、私が計算したかったものです。
ざっくり読ませて頂いて理解いたしましたが、更に熟読いたします。
皆さん、経験的に分かっておられると思いますが、経験をこの計算でマッチングする事で、今の巣箱の機能が裏付けられると思います。
ありがとうございます。
おがおがさんの資料と比較するのもおこがましいですが、この冬には巣箱の温度計測をして、板厚の厚いのと薄いのと比較していました。
笑ってやってください。
2021/8/16 12:50
おっとり
千葉県
ワバチが棲みたくなる洞をつくる。
おがおがさん、おはようございます。
どれだけ食いつけるか分かりませんが、頑張ってみます。
おがおがさんの設定の中に「木の熱伝導率を0.12W/mKと仮定」
とありますが、一般的には杉が多用されており杉の熱伝導率は０．０８７W/mkのようです。
０．１２W/mkの木は一般的ではなさそうに思いました。
2021/8/17 05:11
おっとり
千葉県
ワバチが棲みたくなる洞をつくる。
ご紹介頂いた、電熱量計算から発電量を求める事ができました。
Excelでも同じ結果が得られました。ご指導ありがとうございます。
ここで言う電熱量Wは時間の表記が有りませんが、１時間当たりでしょうか？
質問がピンボケでしたらお許しください。
2021/8/17 05:36
おっとり
千葉県
ワバチが棲みたくなる洞をつくる。
少しづつ、学んでいます。 教えてください。
①と②の方法からWを計算して、この二つは一致しなくてはならない」とあります。
①外面の自然対流熱伝達による熱移動量 W＝熱伝達率×表面積 ×（外壁温度 - 外気温度）
②重箱断熱部の熱移動量 W=木の熱伝導率／板厚×表面積×（内壁温度 - 外壁温
方や、下記の自動計算サイトをご紹介頂きました。
下は↑でいう処の②の計算式だと思います。
今回私がWを計算するにあたって、この計算式だけで、おおまかには目的が達せられると理解してよろしいですか？
私の丸洞は壁厚が大きく１０ｃｍです。
以下、丸洞の内側と外側の面積を計算しました。
外は１．５m2 内は０．８ｍ２ となり、結構大きな違いになります。
計算上無視できる範囲でしょうか？
丸洞高さ 1.000 丸洞高さ 1.00 ｍ
丸洞外直径 0.450 外半径 A 0.225 ｍ
丸洞内径 0.250 内半径 B 0.125 m
壁厚 0.100 杉伝導率 C 0.087 W/m k
温度差 D 13.3 ℃ （千葉県の冬）
伝熱量 E 12 W
壁 天井 合計
外壁総面積 1.413 0.159 1.572
内壁総面積 0.785 0.049 0.834
千葉県の冬の説明
成虫が死なない程度の内壁温度を２０℃とし、冬の外気の平均を６．７℃とした場合（１２月８．３℃ １月５．７℃ ２月 ６．１℃）
2021/8/18 04:42
おっとり
千葉県
ワバチが棲みたくなる洞をつくる。
伝熱量の単位がWですが、これは身近な処では裸電球が１００Wとか６０Wとかありますが、これと同じ事でしょうか？
１０W位の答え伝熱量になっております。
１０Wだと随分暗いな～～って思いますが、この程度の電球を冬の間、付けっぱなしにしなくてはならないと言う解釈ですか？
因みに１００Wとなったら、そんなに電気代を使うの～～ってビックリする感覚ですか？
2021/8/18 05:03
おっとり
千葉県
ワバチが棲みたくなる洞をつくる。
丸洞で壁厚が厚い１０ｃｍと普通の３ｃｍとの比較をいたしました。
どこかに計算の誤りがありますか？
ハチミツの消費量がまったく違ってきています。
2021/8/18 06:25
おっとり
千葉県
ワバチが棲みたくなる洞をつくる。
おがおがさん
[個々の検算については計算コンセプト含めて追いかけるのは非常に大変なのでご自身でご確認いただければと思います。]
↑のコメントは至極当然で、甘え過ぎました。お許しください。
まだ、分からない事が多いですが、少しづつものになりそうに感じています。
今までのご指導を感謝いたします。
これからもよろしくお願いいたします。
2021/8/18 10:57
