Физические основы для конструирования пчелиных жилищ

Общее представление о процессах, происходящих в пчелином гнезде    

При отсутствии пчёл в дупле или ином месте температура внутреннего пространства будет с некоторым запазданием следовать за температурой окружающей среды. И не исключено, что амплитуда температурных колебаний внутри этого пространства может быть меньше амплитуды колебаний температуры окружающей среды.

На различие колебаний внутри и снаружи могут влиять многие факторы: теплопроводность стенок гнезда; размер отверстия, соединяющего внутреннию полость с внешней средой и др. Такие колебания будут сглаживаться, если гнездо заселено пчёлами. И это сглаживание будет тем заметнее, чем сильнее и больше по массе пчелиная семья. Все медоносные пчёлы стремятся к стабилизации температуры внутри своего гнезда. Причём на протяжении всего года планка этой стабилизированной температуры может несколько меняться в годичном цикле. Наибольшей величины планка стабилизированной температуры достигает во время выращивания пчёлами своего расплода. В этот период пчёлы поддерживают температуру в коридоре 36-37 градусов Цельсия.

Влажность  

В обычном гнезде медоносных пчёл обитает несколько десятков тысяч особей. Все они потребляют корм (преимушественно мёд) и дышат, выделяя влагу. Запасаемый пчёлами мёд образуется из нектара, большую часть которого составляет вода. Чтобы мёд при хранении не закисал, пчёлы во время медосбора постоянно выпаривают её излишнее количество из принесённого нектара. Например, чтобы собрать 20 кг мёда в лётном сезлне, пчёлам нужно выпарить из гнезда около 80 литров воды. 80 литров - это 10 восьмилитровых вёдер!

Вода образуется в гнезде и в зимний период в процессе метаболизма при питании пчёл мёдом, для окисления которого требуется кислород, получаемый из воздуха при дыхании пчёл. Приводятся сведения, что при потреблении 1 кг мёда выделяется около 800 грамм воды; таким образом при потреблении за зимний период 20 кг мёда, необходимого им для пропитания в этот период, выделяется еще около 16 литров вода (т.е., еще 2 восьмилитровых ведра).

Из приведенных цифр должно быть видно, что пчелиное гнездо является постоянным и активным генератором влаги. Удаление излишней влаги из гнезда является существенным фактором обеспечения нормальной жизнедеятельности пчелиной семьи (излишняя влага - источник зарождения губительной плесени внутри гнезда). Заметим также, что излишняя влага - причина постоянного повышенного давления внутри пчелиного гнезда, определяющего физику воздухообмена.

Температура  

Пчёлы не являются теплокровными животными, но для поддержания их жизнедеятельности им нужна положительная температура внутри гнезда, включая и зимний период, когда за пределами гнезда господствуют морозы.

Энергию на образование тепла они получают за счет питания мёдом. Чтобы уменьшить теплопотери пчёлы собираются в клуб, поддерживая за счет мускульной работы довольно высокую температуру внутри клуба. Наружнюю оболочку клуба, образованную телами живых пчёл, называют коркой клуба. Её температура, естественно, ниже, чем внутри клуба. Очень часто бывает, что температура за пределами этой корки клуба имеет отрицательное значение.

Температура внутри клуба не постоянна в течение зимы. К концу зимы она начинает постепенно повышаться, благодаря усилиям пчёл, подготавливающих условия для откладки маткой первых яиц в новом году и выращивания из них небольшого количества расплода. Большое количество расплода закладывать пчёлы не могут, поскольку для его питания требуется значительное количество белкового корма и чистой воды, которых в это время снаружи ещё нет.

Успех зимовки пчёл в своём жилище зависит от количества запасённого ими ранее корма и низких теплопотерь, то есть благодаря хорошей термоизоляцией этого жилища. Если теплопотери слишком велики, то пчёлам приходится для поддержания температуры внутри клуба съедать больше корма.

Одного запаса корма в достаточном количестве, однако, ещё не гарантирует успешной зимовке. Если для поддержания температуры внутри клуба (и гнезда) пчёлам приходится съедать много корма, то образуемый шлак (каловые массы) могут переполнять кишечноый тракт пчёл, провоцируя опонашивание и развитие всяческих болезней из-за наличия таких испражнений, приводящих к гибели всей пчелиной семьи или, в лучшем случае, к образованию большого объема подмора и существенному ослаблению семьи. Так что наличие хорошо утеплённого жилища с минимальными теплопотерями - важный фактор успешной зимовки в нём.

Если стенки пчелиного жилища тонкие, и теплопроводность их высока, отрицательные температуры проникают внутрь улья на долгое время, и пчёлам приходится находиться там в сосуде, образованном ледяным панцирем. Градиент падения температуры от центра клуба к стенкам жилища очень резкий. Точно оценить резкость температурного перепада можно только с помощью дорогой специальной аппаратуры - тепловизора. Обычные датчики не будут давать точных значений, поскольку сдвиг датчика буквально на пару миллиметров приведёт к совершенно другим показателям, чем были у первоначальной отметки.

Следует заметить, что температура и влажность находятся в сильной зависимости друг от друга. Для оценки такой зависимости существуют кривые так назваемой точки росы, которые указывают при каком понижении температуры влажного воздуха для его определенной насыщенности начинает образовываться конденсат.

Газовый состав и вентиляция  

Газовый состав пчелиного гнезда определить точно ещё сложнее, чем влажность и температуру. Газоанализаторы стоят очень дорого. Для использования пчеловодами-любителями они сейчас недоступны по стоимости. Их применение возможно только в экспериментальных целях хорошо оборудованными научно-исследовательскими лабораториями. И тем ценнее сведения о газообменных процессах, описанных в научных трудах по этому вопросу.

Известно, что при дыхании пчёл вырабатывается углекислый газ. Углекислый газ тяжелее воздуха, но он теплый. Теплые газы легче и поднимаются вверх. Но может ли он быть легче воздуха - вопрос. Следует также учесть, что насыщенный парами воздух тяжелее сухого и должен опускаться вниз. Очевидно, что в объеме пчелиного гнезда происходят теплообменные процессы между молекулами газов и диффундирование их в разных направлениях: и вверх, и вниз. Несмотря на ограниченные размеры гнезда, описать эти процессы даже на качественном уровне весьма сложно.

Говорить однозначно, что теплый воздух всегда поднимается вверх нельзя. Если приглядеться к поведению пчёл у летков, то, следуя такому пониманию легкости воздуха, пчёлы-вентиляторщиц взмахами своих крыльев должны были бы нагнетать внутрь гнезда новый воздух на смену поднимающемуся вверх. Но пчёлы у нижних летков всегда стараются выгнать воздух из гнезда через летки наружу. Такое поведение пчёл-вентиляторщиц может указывать на то, что в гнезде создается избыточное давление увлажненного воздуха, оказывающегося довольно тяжелым, чтобы им было выгоднее выдувать его наружу, обеспечивая вытяжную вентиляцию через нижние летки, а не приточную с нагнетанием свежего воздуха через эти летки внутрь улья.

Говоря о газовом составе и вентиляции, обеспечивающей некоторое его постоянство в пчелином гнезде, следует заметить, что вентиляция нужна не только для поддержания постоянства газового состава, но и для изгнания из улья излишней влаги, поскольку, как уже упоминалось выше, оно является круглогодичным генератором влаги. Другими словами, нельзя говорить о каком-либо составе газовой смеси без учёта нахождения в ней водяных паров.

В таком объеме, как в улье (в отличие от тумана над пастбищными лугами, засеянными полями и у водных поверхностей) наличие водяных паров в газовой смеси ульев зрительно не видно. Однако их присутствие там легко визуализировать. Для этого непосредственно у нижних летков нужно разместить металлические пластины. Охлаждаясь в ночное время, они послужат хорошими конденсаторами влаги. И по утру до восхода солнца на этих пластинах будет хорошо заметен конденсат, образованный влагой, исходящий через летки наружу. Для оценки его количества стекающий конденсат, можно направить в какую-либо емкость с узкой горловиной.

Теплофизика    

Для правильного проектирования пчелиных жилищ нужно знание теплофизики.

Из направлений теплофизики наиболее близка к конструированию пчелиных жилищ строительная теплофизика, предметом рассмотрения которой являются тепловые, влажностные и воздушные режимы зданий.

• БИОЛОГИЧЕСКИЕ И ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЗИМОВКИ /!!!
• Теплофизика зимовки пчёл /автор: Суходолец Л.Г.
• Точка росы в стене — расчет и нахождение /Text
• Ю.И.ТОЛСТОВА,Р. Н.ШУМИЛОВ: ОСНОВЫ СТРОИТЕЛЬНОЙ ТЕПЛОФИЗИКИ. Учебное пособие в PDF

Физика газов и жидкостей    

Понятие точки росы  

• Точка росы в стенах из газобетона: это опасно?

Основные свойства материалов    

Экологичность материалов    

В данном разделе

Конструктивные характеристики и параметры    

Исторически сложилось так, что пчеловоды характеризуют свои улья описательным образом, например, указывая тип улья, вид рамок и их число, а также количество используемых корпусов. Обобщенные характеристики обычно не указываются. Такая практика в эру всеобщей цифровизации препятствует правильной количественной оценки разрабатываемых конструкций и сравнению их между собой.