Пчеловодство выходного дня

 6.3. Сколько воздуха нужно пчёлам зимой?

Расход мёда 1 кг/сутки соответствует мощности 131,4 Вт, а расход 1 г/час – 3,1 Вт. Мощность Р _макс = 31 Вт получается, если пчёлы расходуют 10 г/час, 240 г/сутки, 7,2 кг/месяц. Эти цифры соответствуют “аппетиту” пчёл при больших морозах и известным максимальным значениям расхода мёда.

Можно поставить и обратную задачу, – какой расход мёда в сутки соответствует мощности 1 Вт?

Эта величина равна 7,6 (г/сутки)/1 Вт.

Выводы:

1. Потребности воздуха для вентиляции во много раз больше, чем для дыхания. Поэтому следует делать различие потребностей в воздухе для дыхания (минимальных) и для удаления паров воды (максимальных и неопределённых).

2. Оценивать достаточность количества мёда по среднемесячным температурам опасно как по причине завышения температуры, так и по причине неточности средних значений.

3. Полученные зависимости не дают ответа на вопрос о том, как обеспечить любой из выбранных режимов вентиляции. Задача сопряжения сложных зависимостей (параметров летка и необходимого расхода воздуха), точно может быть решена только для какой-либо одной температуры. Об этом умалчивают авторы “расчётов диаметра летка”. Этот диаметр пчеловоды подбирают методом проб и ошибок. Наиболее рациональный путь решения этой задачи -–разработка простейших средств экспериментального измерения расхода воздуха и сопоставление их с результатами оценок раздела 6.2.

4. Полученные результаты по расходу воздуха даже для целей дыхания значительно отличаются в большую сторону от рекомендаций Бутлерова (0,24 куб.м/сутки). Это различие определяется различием в начальных условиях расчётов. Влияние изменения внешней температуры на потребность в воздухе для вентиляции на уровне знаний своего времени Бутлеровым вообще не были учтены.

7. Диффузия.

7.1.Диффузия в улье.

Может ли диффузия явиться ещё одним способом удаления воды? По этому поводу на страницах журнала “Пчеловодство” ведётся яростная дискуссия. Для того чтобы без эмоций найти выход, обратимся к такому проверенному источнику, как энциклопедия.

Диффузия – взаимное проникновение соприкасающихся веществ друг в друга вследствие теплового движения частиц вещества. Диффузия происходит в направлении падения концентрации вещества и ведёт к равномерному распределению вещества по всему занимаемому им объёму.

Применительно к нашему случаю это значит, что если концентрация паров воды в воздухе везде одинакова, то диффузии нет. Но концентрация паров воды разная, и внутри улья (в клубе и на дне), и вне улья по сравнению с тёплым и влажным гнездом. Так что полностью отрицать диффузию нельзя. Она может быть незначительной количественно, но качественно она всегда присутствует. То обстоятельство, что, помимо диффузии, существует ещё конвекционный механизм перемешивания газов, не является основанием для полного её отрицания.

Для того чтобы оценить её влияние количественно, необходимо сформулировать такие начальные условия оценки, при которых конвекция, по возможности, отсутствовала бы, а различная концентрация паров воды, наоборот, присутствовала бы. Такие условия имеются в улье, если пчёлы (источник тепла) размещаются вверху, под “глухим” воздухонепроницаемым потолком, а пол является поглотителем тепла и влаги. Конвекция воздуха между двумя плоскими поверхностями существует во всех случаях, кроме того, когда более тёплая поверхность находится вверху (раздел 4, рис. 4.3). Такие условия, в первом приближении, существуют в воздушном промежутке между рамками с клубом пчёл и дном улья.

Качественную оценку роли диффузии проведём для двух вариантов начальных условий.

Вариант 1. Улей – дадан, под гнездом – пустой корпус. Общий диффузионный поток на дно улья – 0,248 кг/месяц = 1,5 кг/6 месяцев. Это – незначительная величина, если пчёлы зимуют на воле, съедают 15 кг мёда и выделяют 10,2 кг воды. Это – заметная величина, если пчёлы находятся в зимовнике, съедают всего 5 кг мёда и выделяют только 3,4 кг воды.

Вариант 2. Предположим, что в корпусе под гнездом помещён ящик с сухим мхом. Тогда общий диффузионный поток на дно улья – 2,48 кг/месяц = 15 кг/6 месяцев.

Полученные результаты, вследствие большой неопределённости исходных данных и условности самой физической схемы, являются оценочными, лишь иллюстрирующими потенциальные возможности диффузии. Вероятная ошибка в сторону преувеличения общего диффузионного потока возможна из-за снижения поглощающих свойств древесины под воздействием диффузионного потока. Тем не менее, из-за паропроницаемости стен и удаления влаги с наружной поверхности улья, эффект от диффузии не будет сведён к нулю. Ошибка в сторону преуменьшения общего диффузионного потока возможна из-за движения воздуха в подрамочном пространстве. Односторонний нагрев (солнцем), охлаждение (ветром), нессиметричное размещение пчёл и их движение способны вызвать конвекцию воздуха.

Точно так же, как и пары воды, может диффундировать и углекислый газ. Игнорирование многими авторами процессов конвекции и диффузии ведёт к появлению необоснованных схем вентиляции, в которых углекислый газ, “как более тяжёлый” “самостоятельно” выходит через леток навстречу (!?) основному потоку воздуха, не смешиваясь с ним. Налицо полное игнорирование процессов диффузии и конвекции и наделение газов отсутствующими у них свойствами несмешивающихся жидкостей с различной плотностью.

Выводы:

1. Диффузия паров воды в улье существует и может, наряду с конвекцией, обеспечить транспорт влаги, как к проходящему потоку внешнего воздуха, так и к элементам внутренней влагоёмкости.

2. Численные значения диффузионного потока таковы, что представляется обоснованным используемое опытными пчеловодами размещение корпуса со мхом под гнездом пчёл.

7.2 Паропроницаемость.

Паропроницаемость – форма диффузии растворённых в воздухе паров воды для случая, когда области с различной их концентрацией разделены твёрдой перегородкой.

Надо отметить хорошее сочетание высоких параметров, как по теплопроводности, так и по паропроницаемости у камышита (соломенные и камышовые ульи) и пенопласта. Эти материалы лучше даже древесины.

Если стенка многослойная (например, дерево, покрытое краской), то сопротивления для всех слоёв определяются по отдельности и суммируются. Если в многослойной стенке имеются воздушные прослойки, то их сопротивление паропроницанию считается равным нулю. Этот факт для нас особенно важен при оценке паропроницаемости стенок типа осиного гнезда.

Сопротивление паропроницанию стенки неокрашенного дадановского улья оказывается равным 0,66 мг/(м*час*Па), что почти точно соответствует сопротивлению слоя масленой краски по таб.7.2. Таким образом, при окраске улья его сопротивление паропроницанию возрастает вдвое. К тому же, краска обычно быстро трескается, и тогда через щели в древесину проникает дождевая и снеговая вода. Краска превращается не в защитника от влаги, а в её накопителя. Механизм капиллярности и паропроницаемости древесины начинает работать, в основном, в обратную сторону – к пчёлам. Это знают опытные пчеловоды, выступающие против окраски ульев.

Выход из положения простой – ульи не красить, обеспечить их паропроницаемость, а от осадков защитить специальным экраном.

По мнению некоторых авторов, паропроницаемость и влагоёмкость ульев ничтожна, т.к. зимой влага в их стенках замерзает. Однако:

1. Транспорт влаги в древесине не прекращается при минусовых температурах, если влажность древесины менее 30%. До этого предела влага находится в древесине в связанном (гигроскопическом) состоянии и свободно циркулирует из древесины в воздух и обратно и при температурах значительно ниже нуля – раздел 8.2, рис. 8.3. Замёрзнуть может только та вода, которая находится в свободном состоянии – в мокрой или живой древесине, с влажностью более 30%.

2. Критика моих оценок влагоёмкости базируется на утверждении, что мною использована «неправильная величина плотности древесины – 420 кг/м³. А надо, якобы, 200 кг/м³! Нет такой плотности древесины ни у сосны, ни у ели! Их древесина имеет плотность более 450 – 500 кг/м³.

Паропроницаемость всех металлов и стекла равна нулю. Этого не учитывает автор, предлагающий делать ульи из титана (!?). Вот уж «хуже не придумаешь»! Дорого, холодно и сыро!

7.3 Газопроницаемость.

Проблема жизнеобеспечения пчёл в улье состоит не только в сбережении тепла и удалении влаги. Нужно ещё обеспечить дыхание, удалять углекислый газ и поставлять кислород. Сейчас предполагается, что эта задача может быть решена и решается исключительно при помощи вентиляции. А не может ли она быть решена и при помощи диффузии? Как улей справляется с передачей этих газов через стенки?

Диффузия углекислого газа через стенку дадановского улья равна 486 мг/час = 11,7 г/сутки = 351 г/месяц = 2,1 кг/6 месяцев. Это заметная величина. Ведь есть ещё и другие каналы удаления СО₂ – вентиляция, диффузия на дно и потолок. Эти оценки свидетельствуют ещё и о том, что высокие концентрации углекислого газа во всём объёме улья маловероятны.

7.4. Диффузионный улей.

Нельзя ли создать такой улей, который обеспечивал бы пчёлам необходимый газообмен при зимовке абсолютно без вентиляции, только за счёт диффузии? Это позволило бы сберечь тепло и мёд. Надежды на создание такого улья имеются на основании анализа осиного гнезда. Задача, которая стоит при создании такого улья, состоит в максимальном обеспечении, как теплоизоляции, так и газопроницаемости.

Прообразом может служить осиное гнездо. Материал для создания пчелиного улья “из бумаги” по образцу осиного гнезда в изобилии имеется на городских свалках – это гофрокартон от упаковки телевизоров, холодильников и пр. Он состоит из 2-3 слоёв бумаги толщиной около 0,2 мм. Между ними размещены 1-2 слоя такой же гофрированной бумаги, сообщающей прочность всей 3-х слойной (или 5-слойной) конструкции, толщиной 5-8 мм.

Многослойная стенка, толщиной 80 мм, по образцу осиного в 2,7 раза теплее стенки стандартного улья. На самом деле её теплоизолирующие свойства будут намного выше, т.к. при оценке не было учтено тепловое сопротивление самих слоёв гофрокартона. Стенка получилась лёгкой, но достаточно толстой.

Паропроницаемость этой стенки равна 280 г/сутки = 8,4 кг/месяц. Ясно, что эти возможности удаления паров воды во много раз превышают её производство. Стены такого улья являются мощной “сушилкой” гнезда пчёл. По мере удаления паров воды разница парциальных давлений будет уменьшаться до тех пор, пока расход и приход не сравняются.

Зимний воздух, вследствие низкой его температуры, содержит малое количество воды. Поэтому имеется опасность высыхания пчёл. Сам режим зимовки в таком улье, благодаря его большому тепловому сопротивлению, малому расходу тепла и мёда, будет приближаться к “высокотемпературной зимовке”. Общий вывод таков – диффузионный улей обеспечивает не только в несколько раз лучшую, чем стандартные ульи, теплоизоляцию, но и идеальный газообмен с окружающей средой, позволяющий полностью отказаться от вентиляции.

7.5. Опять осиное гнездо.

Проведённые выше оценки возможностей диффузии позволяют на новом уровне подойти к осиному гнезду. Оно является очень тёплым, в нём отсутствует проточная вентиляция. Ведь воздух в нём не движется, поскольку тёплое гнездо – вверху, а единственный леток – в самом низу. А как тогда удаляются из гнезда газообразные продукты его жизнедеятельности? Только диффузией через стенки!

Стенки осиного гнезда имеют в несколько раз меньшее сопротивление газопроницанию, чем даже у диффузионного улья, и заведомо обеспечат такой газообмен, который превосходит потребности в нём. Внутри осиного гнезда состав атмосферы будет почти точно соответствовать наружному. Пары воды и углекислый газ “беспрепятственно” выходят через стенки, а кислород также входит. Получается, что осиное гнездо обеспечивает одновременно и “тепло”, и “свежий воздух”. При чём без каких-либо затрат энергии на вентиляцию! Идеальное жилище!

7.6. Соломенный улей.

Соломенные стены в 1,5 раза теплее деревянных и в 8 раз лучше по паропроницаемости. Если при этом принять во внимание, что стены соломенных ульев, по понятным причинам, были в 2-3 раза толще современных 35 мм, то и получится, что они были в 4 раза теплее современных даданов, рутов и имели в 4 раза лучшую паропроницаемость. А это уже близко к диффузионному улью.

К этому следует добавить, что в соломенных ульях единственный леток находился ниже зимующего гнезда и, следовательно, пчелосемья сидела под потолком без проточной вентиляции. Потерь тепла на вентиляцию не было. Газообмен хорошо обеспечивался диффузией через газопроницаемые стенки при их высокой “теплоте”.

Выводы:

1. Несмотря на некоторую условность и возможную неточность предложенной методики определения паропроницаемости и газопроницаемости, полученные результаты свидетельствуют как о существовании, так и о больших возможностях процессов диффузии для обеспечения успешной зимовки пчёл.

2. Процессы диффузии для успешной зимовки пчёл уже используются как в природе (большое пространство под гнездом в дупле), так и в пчеловодстве.

3. Параметры древесины (высококачественной, плотной, из которой делаются ульи) по газопроницаемости и теплопроводности намного хуже, чем у соломы, камыша, “ситной древесины”, картона и даже пенопласта ПХВ. Ещё хуже эти параметры у древесины живого дерева. Современная практика пчеловодства ещё не принимает во внимание такой важный параметр стен ульев, как их паропроницаемость и газопроницаемость.

4. Понимание процессов диффузии, конвекции и теплопроводности позволяет лучше понять и позитивно оценить простые, забытые, но эффективные ульи наших предков – дуплянки (соломенные и “пеньки”), сапётки, колоды. Оказывается, ульи наших предков “хорошо дышали”, и поэтому в них не было сырости. Не обязательно их и дупло копировать. Но понять и использовать – можно.

5. Процессы диффузии могут быть целенаправленно и успешно использованы при создании новых конструкций ульев. Можно создать такой улей, в котором удивительно сочетались бы:

Ø высокий уровень теплоизоляции (“теплота”);

Ø полное отсутствие вентиляции в обычном её понимании (все летки закрыты при зимовке, нет расхода тепла на вентиляцию);

Ø хороший внутренний состав атмосферы (в улье “сухо” и “легко дышать” пчёлам) – диффузионный улей.

8. Влага в улье и в дупле.

8.1. Влагоёмкость.

При попытке расчётным путём удалить из улья всю воду, образующуюся во время зимовки, исключительно при помощи вентиляции, оказалось, что сделать это практически невозможно. А как же тогда реально выживают пчёлы при больших морозах? Они выживают без вентиляции, без расходов на неё энергии. А куда тогда девается выделяемая ими вода? Ведь при больших морозах расход энергии и выделение воды – максимальные! Следовательно, вода поглощается внутри улья, элементами её конструкции. Именно по этой причине оказалось невозможным при расчётах в разд. 6.2 увязать “концы с концами”, не прибегая к предположению, что не вся вода, а только её часть может быть удалена при помощи вентиляции. И этим путём пользовались всегда и все. И пчёлы в дупле, отказываясь от проточной вентиляции и пчеловоды, которые набивали ульи моховыми подушками. А раз так, то давайте не будем при зимовке на воле и при больших морозах устраивать сквозняки в ульях, открывая и верхние, и нижние летки “во избежание сырости в ульях”, а используем влагоёмкость.

В случае отказа от вентиляции (не от вентиляции вообще, а от интенсивной вентиляции с удалением всей образующейся воды), есть следующие каналы удаления влаги:

Ø диффузия паров воды на дно улья, во внешнюю среду (“финская зимовка”, разд. 7.2, 4.3);

Ø транспорт паров воды во внешнюю среду через стенки ульев с использованием их паропроницаемости (диффузия через стенку, разд. 7.3);

Ø поглощение паров воды внутри улья.

Оказалось, что даже без принятия специальных дополнительных мер, ульи уже имеют заметную влагоёмкость. Но если сокращение вентиляции – такое эффективное средство сокращения потерь тепла, то можно и нужно его использовать, специально увеличивая влагоёмкость внутренних элементов улья. Для этого имеется испытанный эффективный поглотитель – мох сфагнум. Вот только в традиционных моховых подушках его помещается мало. А надо, чтобы его было много, и со всех сторон гнезда. Влагоёмкая диафрагма – это солидный плоский ящик, представленный на рис. 8.1, весом около 6 кг, содержащий 2 кг плотно набитого сухого мха. При извлечении такой диафрагмы из улья в мае (когда она уже частично просохла), она несёт в себе лишний килограмм веса. Если улей – просторный лежак или улей Глазова, имеющий зимой много свободного места, то такими влагоёмкими диафрагмами гнездо можно защитить не только с двух сторон, но и сверху (рис. 8.2).

Эта система является не только дополнительным утеплением, но и “забирает на себя” 3-4 кг воды сверх той (тоже 3-4 кг), которая поглощается традиционными элементами (стенки улья, подушки, мешок с сеном или мхом). Особо хочу отметить мешок с сеном (мхом). Он находится в дальнем холодном углу улья и весной бывает буквально пропитан водой, у дна – просто мокрый. А в гнезде – сухо! Имея такие резервы влагоёмкости, и помня о том, что для дыхания пчёлам воздуха нужно совсем немного, я не боюсь ограничивать вентиляцию. При понижении температуры до –20⁰С, закрываю на несколько дней, пока стоят морозы, все летки. С этими мерами зимовка у меня заметно улучшилась.