К числу необходимых условий благополучной зимовки пчёл относят сохранение тепла в улье и своевременное удаление из него избыточной влаги. Но совместное решение этих вопросов представляет известные сложности, поэтому пчеловоды обычно выбирают из двух зол меньшее, руководствуясь принципом, что не холод губит пчёл, а сырость, и в результате тем или иным способом увеличивают вентиляцию гнезда. Однако задача может быть решена и по-другому, если учесть, что для создания семье оптимальных условий зимовки достаточно ограничиться удалением избыточной влаги. Рассмотрим улей с увеличенным подрамочным пространством (более 10 см) и расположенным одним открытым летком в нижней части его передней стенки. Предположим, улей утеплён настолько, что температура стенок, ограничивающих гнездо, превышает температуру подрамочного пространства. Потолок – воздухонепроницаемый. Тогда максимальный перепад температур будет направлен от гнезда пчёл в сторону дна.
Воздух, как известно, представляет собой молекулярную смесь химически нейтральных газов, каждый из которых при стандартном давлении в 760 мм рт.ст. подчиняется уравнению состояния идеального газа. Будучи выраженным через плотность, оно выглядит так: pi = Pi *Mi/RT, где pi – плотность i-го газа (в частности, водяного пара); Рi – его парциальное давление; Мi – молекулярный вес; R – универсальная газовая постоянная; Т – температура. Как следует из него, при постоянном давлении газа его плотность обратно пропорциональна абсолютной температуре.
Любая физическая система независимо от её природы самопроизвольно стремится к достижению равновесия. В нашем случае оно определяется равенством парциального давления каждого газа во всех точках объёма улья. Достигается это согласно приведённому уравнению, увеличением плотности газа в областях с пониженной температурой. Поэтому если в улье температура максимально понижается в направлении дна, подрамочное пространство будет характеризоваться наиболее высокими содержанием составляющих воздух газов, в том числе и наиболее высоким содержанием водяного пара по сравнению с другими объёмами улья.
Но в улье статическое равновесие отсутствует, так как пчёлы, потребляя мёд, выделяют водяной пар и углекислый газ. В результате парциальное давление пара в гнезде увеличивается, что вызывает его диффузию, и, прежде всего в сторону дна. Здесь же (в подрамочном пространстве) водяной пар частично удаляется через леток, а частично конденсируется после того, как достигнет состояния насыщения. Выделяющаяся при его конденсации теплота [у воды при 00С она равна 595 кал/г, т.е. представляет собой довольно большую величину, особенно если учесть, что теплоёмкость воздуха при этой температуре 0,24 кал/(г*град)] будет существенно подогревать поступающий в улей холодный воздух.
Конечно, при конденсации пара будет намокать нижняя часть улья, что, в общем, нежелательно. Во избежание этого на дно можно положить мох (или другой влагопоглощающий материал).
Чем ниже температура у дна улья, тем при меньшем количестве водяного пара достигается состояние насыщения. Следовательно, большее его количество (в хорошо утеплённом улье, где значительный градиент температуры) будет диффундировать в сторону дна из гнезда пчёл, а значит, будет суше воздух в нём. Однако при слишком большой разнице температур он может стать настолько сухим, что вызовет кристаллизацию мёда. В то же время в слабо утеплённом улье вследствие отсутствия (или небольшого его значения) вертикального температурного градиента состояние насыщения будет практически одновременно достигаться и в гнезде пчёл, и в подрамочном пространстве, что приведёт к конденсации пара по всему объёму улья (начиная с углов и стенок). В этом случае мёд в сотах будет впитывать влагу и разжижаться, что для пчёл также нежелательно.
Считается, что пчёлы хорошо зимуют при относительной влажности воздуха в гнезде 70-80%. Для поддержания такого показателя разница температур в гнезде пчёл и подрамочном пространстве (в его придонной части) должна составлять примерно 4-50С.
Действительно, если в гнезде 100С при относительной влажности воздуха 70%, то парциальное давление водяного пара 8,613 мб., что почти совпадает с давлением насыщенного водяного пара при 50С (8,72 мб). Поэтому при температуре воздуха в подрамочном пространстве 5’C выделяемый пчёлами водяной пар вследствие увеличения его давления будет диффундировать в сторону дна (где частично удаляется через леток и частично конденсируется), выравнивая таким образом своё давление, а в результате и относительную влажность воздуха в гнезде пчёл.
Если же при относительной влажности воздуха 70% температура в гнезде 50С, то парциальное давление водяного пара равно 6,146 мб, что практически совпадает с его давлением в состоянии насыщения при 00С (6,11 мб). В этом случае для поддержания влажности 70% температура придонной части улья должна равняться 00С.
Подрамочное пространство с пониженной температурой действует как регулятор влажности в гнезде пчёл, отсасывающий из гнезда излишки водяного пара. Кроме того, оно смягчает резкие колебания внешней температуры. Так, если температура снаружи внезапно понизится, то с поступлением в улей через леток холодным воздухом понизится и температура у дна улья, что вызовет дополнительную конденсацию находящегося там водяного пара и соответственно дополнительную диффузию его из гнезда. Это приведёт к дополнительному выделению теплоты, подогревающей поступающий в улей холодный воздух.
Очевидно, в этой регуляции температуры и влажности в гнезде пчёл и заключается положительное влияние на их зимовку большого подрамочного пространства, что уже давно отмечают пчеловоды.
Выделяемые пчёлами водяной пар и углекислый газ увеличивают давление в районе клуба пчёл и будут диффундировать в области более низкого давления, прежде всего в сторону дна, где удаляются через леток. Водяной пар будет частично конденсироваться после того, как достигнет здесь состояния насыщения. Таким образом, в улье установится динамическое равновесие воздуха, определяемое постоянством его давления.
В статьях разных авторов, публикуемых в журнале, утверждается, что причина конвекционных потоков воздуха в улье – разность температур. Однако это зауженное понимание конвекции, потому что в действительности свободная конвекция при наличии разности плотностей в газе возникает лишь в поле действия силы тяжести, причём только в тех случаях, когда действие поля приводит к нарушению механического равновесия. Но оно при наличии разности температур возможно и в поле силы тяжести, если температура газа изменяется только по вертикали (вдоль вертикальной оси 0Z). Причём равновесие устойчиво, когда выполняется так называемое условие отсутствия конвекции, которое при постоянстве давления элементарно приводится к виду dT/dz>0. Данное неравенство означает, что если температура с высотой возрастает, то конвекции в рассматриваемом объёме не будет, что подтверждается и теплотехнической практикой: когда вверху находится нагретая пластина, а внизу холодная, конвекция между ними отсутствует. Это утверждение справедливо и в том случае, если температура у дна улья или в любой другой его горизонтальной плоскости в различных её точках не является одинаковой (у стенок улья, особенно в углах, она обычно имеет меньшее значение) при условии, что вышележащий слой воздуха характеризуется более высокой температурой, нежели находящийся непосредственно под ним.
Так, если дом в его подвальной части и со стороны пола не утеплён (для чего делают завалинки и двойной пол, настилают половики), то ноги будут мёрзнуть, даже если при умеренной топке на уровне груди может быть достигнута вполне приемлемая температура. Если в доме и стены плохо держат тепло, вертикальный градиент температуры сильно увеличится. Печку можно натопить так, что у потолка нечем будет дышать, а внизу всё равно окажется дискомфортно вследствие большого температурного перепада. При таком варианте применительно к улью вполне возможна посадка клуба у потолка.
И чтобы не было такой посадки, надо просто хорошо утеплить улей сверху и со всех четырёх сторон. Конечно, тепло будет теряться пчелиным клубом и в этом случае, но вследствие ничтожной теплопроводности воздуха прогревание подрамочного пространства крайне замедлится, тем более что при значительной его высоте, которая уменьшает вертикальный градиент температуры, сократится и поток тепла в сторону дна. Кроме того, поступающий в улей холодный воздух будет подогреваться за счёт теплоты конденсации опустившегося водяного пара. Поэтому вряд ли можно думать, что свободный воздух подрамочного пространства действует как охлаждающее устройство. Напротив, при достаточном утеплении улья он выступает как регулятор температуры и особенно влажности в гнезде пчёл.
Но если, как это рекомендуется, открыть верхний леток, и особенно если сделать потолочную вентиляцию, то находящийся в районе клуба пчёл тёплый воздух будет быстро удаляться из улья, понижая давление в районе клуба. Компенсация понижения давления будет происходить посредством конвективного поступления к клубу снизу холодного воздуха, и в этом случае подрамочное пространство, естественно, будет действовать как охладитель клуба. Причём размеры его уже не будут иметь значения.
Ю.С.Уткин, 185014, г. Петрозаводск, ул. Древлянка, д.12, корп.2, кв.26
