Ноя, 2015
14

При зимовке на воле

Опубликовал: Petr_MS

Вентиляция в жилищах пчел

Сохранение пчелиных семей при зимовке на воле всегда было одной из центральных проблем цивилизованного пчеловодства. Двухвековой опыт содержания пчел в рамочных ульях на воле в условиях суровых зим России всегда сопряжен с риском их гибели. Вынужденный занос пчелиных семей осенью в зимовник и вынос весной на точок требуют больших затрат труда на строительство помещения и транспортировку ульев и не гарантируют сохранность крылатых тружениц.

Между тем пчелы тысячелетиями успешно зимовали в природных жилищах — дуплах деревьев и выживали в самые суровые зимы. Среди пчеловодов утвердилось мнение, что эффективность дупла живого дерева в условиях зимовки объясняется, в частности, тем, что древесина поглощает влагу, выделяемую семьями пчел при поедании меда и являющуюся губительной для них. Пчеловоды объясняют этот эффект наличием сокодвижения в стволе дерева в зимний период (Корж В.Н. Зимовка пчел. — Харьков, 2000). Однако в «Лесной энциклопедии» нет подтверждения наличию сокодвижения в дереве в зимний период, в ней написано: «...весной в стволе дерева начинает двигаться влага (сок)» (Лесная энциклопедия. -М., 1986).

С позиции закона неразрывности потока поступление и движение влаги в дереве возможно только при наличии ее одновременного расхода, что имеет место весной и летом при набухании почек и распускании листвы. Впитывание воды стволом также невозможно, потому что он уже имеет влажность в диапазоне 30-70% (Лесная энциклопедия. — М., 1986).

Таким образом, тезис о наличии сокодвижения в стволе дерева зимой и основанная на нем гипотеза удаления влаги из дупла в зимнее время и его вентиляции являются ошибочными. Поэтому следует пересмотреть представление о механизме процессов тепломассопереноса в дупле, которые обеспечивают вентиляцию.

Вмешательство человека в жизнь семьи пчел с поселением ее в рамочный улей, который лишь частично соответствует характеристикам дупла, создало удобство для пчеловода, но поставило пчел на грань выживания. Глубинная причина такого явления лежит в недопонимании пчеловодами процессов тепломассопереноса как в дупле, так и в рамочном улье, что провоцирует их на неправильные приемы организации зимовки семей. Примеров таких действий множество. Некоторые из них проанализируем ниже.

1. Известно, что мощность семьи пчел мала и колеблется в пределах 5-30 Вт (Суходолец Л.Г. Теплофизика зимовки пчел. — М., 2006). Этой мощности недостаточно, чтобы обогреть большой объем улья в зимний период и создать внутри него комфортный режим. Пчеловоды уменьшают внутренний объем улья посредством сокращения количества рамок, однако правильное направление действия не опирается на научно обоснованное соотношение мощности семьи и занимаемого ею объема в период зимовки. Пчелиные семьи в дуплах сохраняют постоянное соотношение своей тепловой мощности с занимаемым объемом.

2. В настоящее время в пчеловодном сообществе нет единого мнения относительно размеров подрамочного пространства в улье. На практике его изменяют от 20 мм (например, 12-рамочный улей) до установки под рамками надставок или пустых корпусов улья. В дупле же пространство может иметь размеры от 0,5 м и более.

Вместе с тем в пчеловодном сообществе нет четкого представления о роли верхнего летка в зимний период. Одни его закрывают вообще, а другие считают необходимым периодически его закрывать и открывать. Между тем пчеловоды, которые содержат пчелиные семьи на воле, знают, что верхние летки они никогда не запрополисовывают с осени наглухо, а всегда оставляют отверстие для прохода двух и более пчел.

Объем дупла дерева и окружающую атмосферу схематично можно представить в виде двух сообщающихся сосудов. Оба заполнены атмосферным воздухом. Согласно закону сообщающихся сосудов воздух из сосуда «атмосфера» будет переходить в сосуд «дупло» при перепаде давления между ними. Он создается благодаря тому, что пчелы клуба при дыхании потребляют кислород воздуха, понижая, таким образом, его парциальное давление и создавая в дупле небольшое разрежение.

Холодный воздух с улицы проходит через разрыхленную корку клуба в его нижней части и поступает внутрь, где нагревается и обеспечивает кислородом пчел. Нагретый до температуры клуба и обогащенный парами воды и углекислого газа от дыхания пчел теплый воздух выходит через верхнюю разрыхленную корку клуба и заполняет подпотолочное пространство дупла. Отработанная паровоздушная смесь в слое, примыкающем к стенкам дупла, постепенно охлаждается. Ее охлаждение при контакте с внутренней поверхностью дупла обусловлено законом теплофизики, согласно которому температура стенки тела, отделенного от нагретого тела (клуб) воздушным зазором при направлении снижения температуры в сторону наружной стенки (на улице мороз), всегда ниже температуры нагретого тела (клуба) (Краснощеков Е.А., Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче. — М., 1963). Ключевые точки распределения температуры при передаче тепла от клуба к стенке дупла и через нее показаны на рисунке.

Охлажденная паровоздушная смесь сжимается, что увеличивает ее удельный вес. Согласно закону Архимеда тело, погруженное в жидкость (газ) испытывает выталкивающую силу, равную весу вытесненной им среды. Вес вытесненного теплого воздуха меньше веса холодной смеси, благодаря чему она опускается на дно дупла. Так как на дне устанавливается уличная температура, то опускающаяся и продолжающая охлаждаться паровоздушная смесь может принять отрицательную температуру, только перейдя границу раздела положительной и отрицательной температур.

На подходе к границе с нулевой температурой паровоздушная смесь оказывается в зоне «росы», и вся влага из нее конденсируется на внутренней стенке дупла, по которой и стекает в его нижнюю часть. Скрытая теплота испарения при конденсации паров согревает воду, обеспечивая ей плюсовую температуру и подвижность, позволяющую течь.

Представленная физическая картина процессов тепломассообмена внутри дупла осуществляется непрерывно в течение зимовки при сохранении жизнеспособности пчелиной семьи.

Из рассмотренной физической картины процессов тепломассообмена следует, что в дупле с нижним летком в зимний период имеет место так называемая пассивная вентиляция, ориентированная только на потребление пчелиной семьей свежего кислорода воздуха. Свидетельством этого также является факт высокого (до 5%) содержания С0₂ в клубе (Энциклопедия пчеловодства. — СПб., 2002). При наличии естественной приточно-вытяжной вентиляции такое содержание СO₂ было бы невозможно. Очевидно, что удаление его избытка из клуба в этом случае возможно только путем принудительной вентиляции, которую устраивают пчелиные семьи точно так же, как они это делают в летний период при осушке нектара или повышенной температуре в гнезде.

Рассмотренная картина физических процессов тепломассообмена меняется, если дупло и рамочный улей имеют верхние летки. В этом случае вступает в действие закон сохранения неразрывности потока. В емкость (дупло или улей) через нижний леток входит такая масса наружного холодного воздуха, сколько его нагретого выходит через верхний леток. В этом случае имеет место то, что пчеловоды называют «сквозняковой» вентиляцией. Она является следствием различия удельного веса холодного наружного и согретого внутреннего воздуха жилища пчелиной семьи.

При естественной вентиляции паровоздушная смесь после выхода из клуба уходит через верхний леток в атмосферу, и, таким образом, происходит удаление влаги из дупла (улья). Наличие верхнего летка в сочетании с принудительной вентиляцией ускоряет процессы выпаривания нектара и охлаждения гнезда при его перегреве в жаркую погоду. Потери тепла через верхний леток в зимний период, как показал ранее Ю.Н.Куликов, не превышают 2,7% от общего тепловыделения семьи и, таким образом, не создают опасности ее замерзания, но повышается жизнестойкость благодаря эффективному удалению влаги.

После рассмотрения физических процессов тепломассообмена внутри дупла и рамочного улья можно сделать вывод, что при наличии только нижних летков в жилищах пчелиных семей осуществляется пассивная вентиляция, обусловленная снижением парциального давления кислорода из-за его непрерывного расходования пчелиной семьей, а при превышении допустимой величины концентрации углекислого газа, температуры или влажности пчелиная семья осуществляет принудительную вентиляцию. Наличие в дупле или в улье верхнего летка создает условия для образования естественной вентиляции внутреннего объема жилища за счет разности удельного веса теплого и холодного воздуха.