Улей как жилище пчел

С незапамятных времен пчелы привлекали человека са­мым главным своим продуктом — медом. Сначала человек добывал мед, извлекая его из дупел, находящихся в дере­вьях. В дальнейшем, пытаясь одомашнить пчел,.человек начал вырезать из деревьев дупла с семьями пчел и поме­щать эти колоды около своих поселений. Постепенно со­вершенствуя колоду и приспосабливая ее к своим потребностям, пчеловод превратил колоду в улей. Вначале улей во многом копировал колоду, а затем он начинает все боль­ше и больше приобретать черты современного улья. Нача­лом эпохи цивилизованного пчеловодства можно считать изобретение в 1814 г. рамочного улья нашим великим со­отечественником П.И. Прокоповичем.

С тех пор количество различных конструкций ульев не поддается никакому учету. Однако основа конструкции любого улья остается неизменной, несмотря на всяческие ухищрения конструкторов, — дно, корпус, леток, рамки, крыша. Материалом для изготовления большинства ульев является сухая древесина или другой материал искусст­венного происхождения — фанера, пенопласт и т.д. Также неизменным остается и основной принцип конструкции лю­бого улья — создание замкнутой полости определенного объема с отверстием (летком).

Исходя из всего этого, можно сказать, что физический принцип работы улья и его свойства как жилища пчел в основе своей сходны для любой конструкции улья. Поэто­му, чтобы не «утонуть» в частностях, давайте для дальней­шего анализа установим для себя обобщенную модель улья (рис. 3.11).

А теперь проанализируем, как функционирует улей с рас­положенной в нем семьей пчел в различные периоды жизни.

♦ функционирование улья в различные периоды жизни пчел

Коль скоро мы решили проводить оценку свойств улья как жилища пчел, отталкиваясь от дупла, то давайте внача­ле определим видимые отличия этих двух жилищ.

Очевидным отличием улья как жилища пчел от дупла является то, что эти жилища «построены» из разного ма­териала. Дупло создано в живой древесине, а улей сделан из «мертвой» древесины. В отличие от живой древесины, срезанную и разделанную «мертвую» (сухую) древесину будем называть товарной древесиной. Товарная древеси­на является наиболее распространенным материалом для строительства ульев, поэтому желательно знать все те ее свойства, которые влияют на качество улья как пчелиного жилища.

Основным отличием товарной древесины от живой яв­ляется то, что в товарной древесине после ее разделки прекращается обмен веществ по причине разрушения про­водящей системы живого дерева. Разрушение проводящей системы приводит к тому, что из древесины начинает испа­ряться влага. Так, у свежесрубленной древесины влажность составляет 50—100%. Под влажностью древесины при этом понимается отношение массы влаги, находящейся в дан­ном объеме древесины, к массе абсолютно сухой древеси­ны, (в %). После некоторого времени хранения товарной древесины на открытом воздухе влажность ее уменьшает­ся до 15—20% (воздушно-сухая древесина), а при хране­нии в комнате — до 8-12% (комнатно-сухая). У высушен­ной с исследовательскими целями в специальных шкафах древесины влажность можно довести до 0% (абсолютно-сухая древесина).

В живой древесине влага в первую очередь пропитыва­ет клеточные оболочки (это — связанная, или гигроскопи­ческая, влага), а затем заполняет внутренние пустоты кле­ток и межклеточные пространства (это свободная, или ка­пиллярная, влага). При высыхании товарной древесины из нее сначала испаряется свободная влага, а затем — гиг­роскопическая. При увлажнении товарной древесины влага из воздуха пропитывает только клеточные оболочки до полного их насыщения, а в полостях клеток и в межклеточ­ных пространствах будет находиться только воздух. Это состояние древесины при полном насыщении связанной влагой называется пределом гигроскопичности. Влажность древесины, соответствующая пределу гигроскопичности, при 20 X составляет 30% и практически не зависит от поро­ды. Предел гигроскопичности древесины увеличивается с понижением внешней температуры. Дальнейшее увлажне­ние товарной древесины выше предела гигроскопичности возможно только при непосредственном контакте древе­сины с водой. При этом водой заполняются полости кле­ток и межклеточные пространства, и появляется так назы­ваемая свободная влага. Предельное количество свобод­ной влаги зависит от породы и определяется объемом пустот в древесине, которые могут быть заполнены свободной влагой. Предельное количество свободной влаги в товар­ной древесине обратно пропорционально плотности дре­весины: чем ниже плотность, тем выше может быть пре­дельное количество свободной влаги в этой древесине.

Теперь посмотрим, как будет «работать» улей, изготов­ленный из досок (товарной древесины), в различные пери­оды года.

В летний период активной жизни пчел, когда они имеют возможность регулировать влажность воздуха внутри улья при помощи активной вентиляции, а положительные вне­шние температуры постоянно высушивают древесину, стенки улья будут иметь влажность, соответствующую пределу гигроскопичности. В таком состоянии улей, с точки зрения влагообмена, в наибольшей степени будет соответствовать своему назначению как жилищу для пчел.

Осенью с началом образования зимнего клуба возмож­ности активной вентиляции внутриульевого пространства уменьшаются. Влажность внутри улья повышается, чему спо­собствуют образование клуба и внешние атмосферные фак­торы, в частности, низкие температуры. Повышается также влажность древесины стенок и пола улья. Кроме того, в ре­зультате понижения внешней температуры и высокой внут-риульевой влажности предел гигроскопичности древесины повышается и достигает величин более 30%. Если зимовка идет неблагополучно, то внутри улья начинает конденсиро­ваться влага и древесина стенок и пола насыщается свобод­ной влагой до предела, определяемого плотностью древе­сины. Достигнув предела насыщения, товарная древесина, в отличие от живой, перестает потреблять влагу из внутри­ульевого пространства. При высокой влажности и плохой вентиляции в отдельных частях улья в случае достижения температурой воздуха так называемой точки росы будет происходить конденсация влаги. В этом случае при положи­тельных наружных температурах внутри улья, образно гово­ря, будет «идти дождь» (т.е. образовываться роса), а при отрицательных— «идти снег» (т.е. образовываться измо­розь). В таком состоянии улей в наименьшей степени будет соответствовать своему назначению как жилищу пчел. Пос­ле подобной зимовки в стенки и пол улья может проникнуть несколько литров воды. Пасечники хорошо знают, что улей после зимовки становится тяжелей.

Л.Г. Суходолец (2000) расчетным путем определил, что за 6 месяцев зимовки в 40-мм стенках стандартного Дада-новского улья накапливается до 3,7 кг избыточной влаги. Повышение влажности стенок и пола улья значительно ухудшает условия обитания и, в частности, тепловые ха­рактеристики улья. Эти характеристики определяются та­кими показателями, как удельная теплопроводность дре­весины и коэффициент теплопроводности поверхности.

Удельная теплопроводность, или просто теплопровод­ность, — это способность древесины проводить тепло через свою толщу от одной ее поверхности к другой. Теплопроводность характеризует теплоизоляционные спо­собности и измеряется в Вт/м °С. Она увеличивается при повышении влажности и плотности древесины, а также тем­пературы выше 0 °С. Теплопроводность также зависит от строения (породы) древесины и направления теплового потока. Вдоль волокон древесины она примерно в два раза выше, чем поперек. Так, для древесины сосны при температуре 20 °С удельная теплопроводность поперек волокон составляет 0,15—0,19 Вт/м °С для воздушно-су­хой и 0,28—0,33 "Вт/м °С для свежесрубленной древеси­ны. Удельная теплопроводность воздушно-сухой древе­сины сосны вдоль волокон составляет 0,35—0,41 Вт/м °С (Лесная энциклопедия, 1986).

Для подсчета теплопередачи с поверхности древесины удобно пользоваться коэффициентом теплопроводности поверхности (К), который равен отношению удельной теп­лопроводности к толщине древесины. Размерность коэф­фициента — Вт/м² °С.

Оценивая тепловые характеристики улья, изготовленно­го из товарной древесины, можно сказать, что в период активной деятельности пчел эти характеристики обеспечи­вают приемлемые условия обитания пчелиной семьи. Ведь летом древесина улья находится в воздушно-сухом со­стоянии, коэффициент теплопроводности у нее самый низ­кий из возможного, и стенки улья обеспечивают защиту семьи от перегрева при более высокой наружной темпе­ратуре или от охлаждения, если наружная температура ниже внутриульевой. Другое дело — зимой, и особенно в самый трудный период второй половины зимовки. Как было показано выше, древесина к этому времени пропитывается влагой до состояния свежесрубленной древесины, коэф­фициент ее теплопроводности повышается почти в два раза по отношению к воздушно-сухой древесине, и тепловые характеристики улья становятся неудовлетворительными. Однако, как будет показано дальше, негативные послед­ствия влияния плохих тепловых характеристик улья во вре­мя зимовки менее существенны по сравнению с негативны­ми последствиями нарушения нормального влагообмена в улье по указанным выше причинам.

♦ Воздухообмен в улье с нижним летком

А теперь посмотрим, как будет происходить воздухо­обмен через нижний леток в улье стандартной конструкции с подрамочным пространством 20 мм в зимнее время. Счи­таем, что улей хорошо утеплен, а клуб находится в нижней части сотов (рис. 3.12).

В отличие от дупла, в улье ниже клуба, по сути, нет свободного пространства. Кроме того, как показывают многочисленные исследования, температура внутренних стенок улья зимой практически не зависит от их толщины и при открытом летке соизмерима с внешней температурой. По этой причине отработанный теплый и влажный воздух клуба будет охлаждаться во внутреннем пространстве улья, что приведет к конденсации влаги на рамках и стенках улья.

Что касается верхнего утепления улья, то каким бы оно ни было, оно никогда не обеспечит полной герметичности (как в дупле) верхней части гнездового пространства. Ведь понятно, что даже «герметизация» целлофановой или дру­гой воздухонепроницаемой пленкой не сможет обеспечить герметичного ее прилегания по всему периметру верхней кромки улья. Без принятия специальных мер там всегда будут, хотя бы микроскопические щели. Посмотрим, к че­му это приведет.

Через нижний леток в улей будет поступать более тяже­лый и холодный внешний воздух, стремящийся занять внут­ренний объем, где воздух чуть теплее и легче. Но, по­скольку в стандартном улье подрамочный объем мал, вниз этому воздуху опускаться некуда (как это было в дупле) и он по причине большей плотности будет подниматься вверх, вытесняя собой наружу теплый воздух клуба через имею­щиеся в верхней части улья мелкие щели (как у борти). В результате этого все внутреннее пространство улья, за исключением объема, занимаемого клубом, и небольшого объема прилегающей к клубу «тепловой сорочки», будет занято холодным внешним воздухом.

Следовательно, можно сказать, что при любом из су­ществующих способов утепления и «герметизации» верха улья зимний клуб пчел всегда будет находиться в окруже­нии холодного воздуха. Об этом говорят и результаты мно­гочисленных исследований. По сути, получается, что в та­кой ситуации в улье будет происходить восходящая сквоз­ная вентиляция с очень малой интенсивностью, которой будет явно недостаточно для удаления всех продуктов жизнедеятельности клуба, но достаточно для того, чтобы холодный воздух заполнил почти все пространство около клуба.

Что же касается возможностей клуба осуществлять ак­тивную вентиляцию, то в этой ситуации по причине отсут­ствия герметичной полости вверху и из-за того, что клуб своей массой не может перекрыть улей поперек, клуб не сможет создавать необходимое избыточное давление для выхода наружу через леток отработанного воздуха. Ско­рее всего, в случае «включения» активной вентиляции, бу­дет происходить простое механическое перемешивание воздуха во внутреннем объеме улья с минимальным его выносом наружу через леток.

При отсутствии активной вентиляции выдыхаемый через низ клуба теплый воздух будет сразу же подниматься вверх, омывая клуб снаружи и образуя тепловую «сорочку». Этот воздух будет отдавать влагу более холодному внутренне­му воздуху, в результате чего влага будет конденсиро­ваться на внутренних конструкциях улья. В то же время через открытый нижний леток будет происходить воздухо­обмен с внешней средой и за счет диффузии. Но точно так же, как и в дупле, из-за малой площади открытого летка интенсивность этого воздухообмена будет существенно ниже требуемой.

В конечном счете, по указанным выше причинам зимой в улье при вентиляции через нижний леток всегда будет присутствовать высокая влажность, а пчелы будут испыты­вать дефицит необходимого им кислорода. Чтобы избе­жать этого, чаще всего делают интенсивную сквозную вен­тиляцию, которая позволяет «включить» конвекционный воздухообмен. В этом случае отработанный теплый воз­дух получает возможность интенсивно выходить наружу через специально созданные продухи в потолке. В резуль­тате этого внутри улья будет создаваться небольшое раз­режение, которое через нижний леток будет «подсасы­вать» холодный внешний воздух, и он при своем движении вверх будет омывать клуб (рис. 3.13).

Создание сквозной восходящей вентиляции, действитель­но, повышает количество поступающего в клуб кислорода и значительно понижает, а при интенсивной вентиляции — и вовсе устраняет избыточную внутриульевую влажность. Однако восходящий сквозной поток холодного воздуха является неестественным для зимнего клуба, поскольку из-за большой площади соприкосновения холодного воздуха с клубом происходит значительное охлаждение гнезда. Это сильно возбуждает пчел, и они начинают потреблять больше корма. При интенсивной сквозной вентиляции по­требление корма пчелами зимой увеличивается на 20— 25%, а в особо неблагоприятных случаях — и больше.

Хотя этот вариант вентиляции и нельзя признать опти­мальным, но для районов с короткой и теплой зимой он может быть вполне приемлемым.

А теперь давайте посмотрим, как будет происходить воздухообмен в улье при вентиляции через верхний леток.