Для пассивного периода жизни пчёл характерна высокая неравномерность распределения водяных паров в улье.
Содержание водяных паров существенно различается как в пределах зоны, занятой пчёлами, так и в пространстве, свободном от них. В части улья, занимаемой пчёлами, отмечается наибольшее содержание водяных паров в зоне локализации теплового центра. По мере удаления от него происходит резкое падение влажности. Только вверху, над тепловым центром, она уменьшается постепенно.
Степень насыщения воздуха водяными парами в различных зонах гнезда, занятых пчёлами и свободных от них, зависит от температуры и влажности внешнего воздуха, поступающего в жилище, уровня его аэрации и физиологического состояния пчёл. В начале зимовки при температуре внешнего воздуха колеблющейся около нуля, абсолютная влажность в семьях без расплода находится на уровне 10-20г/куб.м. Это соответствует колебаниям относительной влажности в пределах 38-70%. Появление расплода во второй половине зимовки ведёт в основном к повышению нижней границы указанного диапазона колебаний влажности. Его верхняя граница существенно смещается вверх лишь в завершающий период зимовки.
В широких пределах изменяется влажность воздуха в той части улья, которая не занята пчёлами. Наибольшей изменчивостью этого показателя отличается зона, обращённая к летковому отверстию, где насыщение воздуха водяными парами изменяется в соответствии с колебаниями внешней влажности. Значительно влияют температура и влажность внешнего воздуха также на содержание водяных паров у стенки, противоположной летковому отверстию. Влажность воздуха в этой части гнезда нередко поддерживается на уровне насыщения и при понижении температуры конденсируется пар, выпадающий в виде воды или инея. Конденсат может скапливаться в большом количестве не только на дне и задней стенке, но также на обращённых к ней участках сотов. Наличие в улье сквозной вентиляции препятствует его скоплению. Несмотря на значительное увлажнение этой части улья, в сильные морозы содержание водных паров в ней уменьшается до десятых долей грамма в пересчёте на кубический метр воздушного пространства.
Среди различных зон улья, не занятых пчёлами, наибольшей стабильностью влагосодержания отличается верхняя часть, особенно зона, расположенная над тепловым центром. Здесь содержание водяных паров намного выше, чем в других свободных от пчёл местах. Исключение составляют лишь периоды оттепелей, когда в жилище поступает тёплый воздух, насыщенный водяными парами, или испаряется конденсат, скопившийся у задней стенки улья.
Содержание водяных паров в различных зонах гнезда зависит от уровня воздухообмена между внутриульевым пространством и внешней средой. Для интенсификации этого процесса крыши ульев снабжают вентиляционными окнами.
В зимние месяцы изменению влажности сопутствуют значительные изменения концентрации кислорода и углекислого газа. Например, от начала к концу зимы абсолютная влажность воздуха в надрамочном пространстве в ульях, зимующих под открытым небом, увеличивается примерно в полтора раза. В соответствии с этим концентрация углекислоты повышается в среднем в 5 раз, а содержание кислорода уменьшается в 3 раза.
Таким образом, гигрорежим пчелиного жилища формируется под влиянием физических факторов среды и жизнедеятельности пчёл. Из факторов внешней среды наибольшее влияние оказывает влажность внешнего воздуха, зависящая от температуры. Зимой в дни с ясной морозной погодой, например при –200С содержание водяных паров вне улья – 0,4-0,6г/куб.м. Приток такого воздуха в гнездо, температура в котором не опускается зимой ниже 24-280С, ведёт к снижению в нём относительной и абсолютной влажности, так как с увеличением разности температур между внешней средой и внутригнездовым пространством интенсивность воздухообмена возрастает. (Е.Еськов).
Водный обмен пчёл в зимний период существенно отличается от такового летом, когда существует возможность удаления избытка воды вместе с каловыми массами. За зимний период одна пчела съедает 400-500мг мёда и при этом образуется 280-350мг воды. Только 10% этого количества воды она может накопить в организме в задней кишке в составе каловых масс, содержащих 80% воды. Оставшиеся 250-320мг метаболической воды пчеле необходимо каким-то образом удалить из организма.
Выживание пчёл зимой зависит от баланса между производством воды в процессе метаболизма и потерями её путём испарения с поверхности тела. У насекомых это происходит в основном через трахеи. Эффективность удаления воды пчелой в значительной мере определяется относительной влажностью окружающего воздуха: в центре клуба при температуре 200С в первой половине зимовки она составляет 85%, а в наиболее тёплой точке клуба (300С) – 50%.
Значительная плотность пчёл и высокая относительная влажность воздуха в большей части объёма клуба создают неблагоприятные условия для испарения воды с поверхности тела пчёл.
Наиболее реальный путь удаления её больших количеств из организма пчёл в зимнем клубе – выдыхание воздуха, предельно насыщенного водяными парами.
Внутри оболочки клуба, где пчёлы находятся в состоянии покоя, плотно прижаты друг к другу и занимают все свободные ячейки влажность окружающего пчелу воздуха должна быть очень высокой, так как объём воздуха возле каждой пчелы незначителен, а вентиляция его затруднена плотной упаковкой пчёл. Удаление сколько-нибудь значительных количеств воды из организма пчёл внутри оболочки невозможно и происходит только накапливание воды.
В центре клуба и во внешнем слое оболочки, где пчёлы сидят на некотором расстоянии друг от друга, объём окружающего их воздуха сравнительно велик, пчела может удалять воду из организма, вдыхая воздух с относительно невысокой влажностью (60-80%) и выдыхая предельно насыщенный парами воды (100%).
При нормальном дыхании пчелы концентрация углекислого газа в выдыхаемом воздухе увеличивается на 4% над уровнем таковой в окружающем воздухе. Учитывая, что при потреблении 1г мёда образуется 1,18г углекислого газа и 0,68г воды, получаем, что для удаления образующейся воды из организма пчёлам необходимо прокачивать через себя во внешнем слое оболочки в 12-25, а в центре клуба при 250С в 5-10 раз больше воздуха, чем это необходимо для удаления образующегося углекислого газа. Зная, что пчеле необходимо удалить излишки воды, накопленные ею в оболочке, приходим к выводу, что простое увеличение интенсивности прокачивания воздуха через организм не может обеспечить полного удаления её избытка. Единственно возможный путь активного удаления излишков воды из организма – увеличение температуры выдыхаемого воздуха, т.е. производство тепловой энергии
Установлено, что эффективность удаления воды из организма пчелы будет расти с увеличением разницы между температурами выдыхаемого и вдыхаемого воздуха, а также с увеличением температуры окружающего пчелу воздуха. Наиболее эффективно пчёлы могут удалять влагу из организма при температурах 26-330С.
Для удаления воды из организма пчелы в центре клуба необходимо, чтобы пространство вокруг неё было достаточно свободным. В этом случае обеспечивается приток к пчеле воздуха, не перегруженного собственной выдыхаемой влагой. Возможно, этим и объясняется рыхлая структура центра клуба.
Наиболее интенсивное удаление воды происходит при активном вентилировании, когда выделение тепловой энергии вследствие работы грудных мышц максимально и влажный воздух быстро удаляется от пчелы. Массовое вентилирование можно наблюдать при плохой зимовке, когда пчёлам приходится удалять много воды.
При неблагополучной зимовке число пчёл, которые могут находиться в оболочке и проявлять минимальную активность, накапливать воду незначительно, и большинство пчёл выделяет тепло, пытаясь избавиться от излишков воды. В этом случае оболочка, как правило, тонкая, а большинство особей находятся в активном состоянии.
Таким образом, существует определённое совпадение между реальным поведением пчёл, поведением, согласно нашим рассуждениям, обеспечивающим эффективное удаление воды из тела пчёл.
В некоторой степени это объясняет отсутствие жёсткой зависимости между размерами клуба и внешней температурой и постепенное увеличение объёма клуба в ходе зимовки. С течением зимовки количество воды в теле пчёл постепенно увеличивается и уменьшается число особей, находящихся в оболочке в состоянии покоя. В центре же клуба вследствие этого процесса увеличивается выделение тепловой энергии и, следовательно, температуры. Объём клуба растёт, так как растёт высокотемпературная зона с рыхлой структурой и уменьшается число пчёл, находящихся в ячейках и в оболочке в состоянии покоя. Увеличение каловой нагрузки особей к концу зимовки приводит к сжатию воздушных мешков и интенсивная прокачка воздуха через организм пчелы затрудняется, поэтому для удаления того же количества воды приходится поддерживать высокую температуру тела.
Из приведённого объяснения процессов, протекающих в зимнем клубе, следует, что для улучшения зимовки пчёл необходимо в первую очередь создать условия, облегчающие пчёлам удаление воды из организма. Это будет способствовать уменьшению активности семьи, зависящей от содержания воды в теле отдельных особей, оптимальной структуре клуба с толстой оболочкой и более позднему появлению расплода.
Теоретическое рассмотрение водного обмена пчёл в зимнем клубе показывает, что необходимость удаления метаболической воды из организма пчёл может определять их поведение зимой, количество выделяемого ими тепла и, следовательно, весь ход зимовки. (А.Комиссар)
Сырость в ульях – главная причина неудовлетворительной зимовки. В основе естественной приточно-вытяжной вентиляции, в том числе и вентиляции ульев, находится так называемый изобарический процесс в газах (закон Гей-Люссака). Для вытеснения ульевого воздуха через верхний леток и продушину необходимо, чтобы температура в улье была выше внешней. Если такое превышение не обеспечено, то улей практически не будет вентилироваться, в нём будет сыро. Надеяться на диффузию нет оснований, так как этот процесс протекает очень медленно и избыточные водяные пары успевают превратиться внутри улья в воду, не достигнув внешней среды. Для эффективной вентиляции улья необходимо создать воздушный поток от нижнего летка к внешней среде через верхний леток и продушину.
Многолетние наблюдения за микроклиматом зимовников подсказали, что чем больше разница температур внутреннего и внешнего воздуха, тем сильнее действует вентиляция. В сильные морозы она действует особенно интенсивно, а в тёплое время, в оттепели значительно ослабевает. То же происходит и с вентиляцией ульев. Движение воздуха в улье неизбежно, однако скорость его, видимо очень мала, например, из продушины воздух выходит настолько медленно, что он не всегда способен увлечь поднесённую к предполагаемой струе легчайшую шёлковую нить. Проходная площадь верхнего летка и продушины в этом опыте была в 50 раз меньше свободного от пчёл суммарного межрамочного пространства, через которое протекает воздух в улье. Поэтому сквозняки в улье нужно считать домыслом пчеловодов.
В современном пчеловодстве оперируют словами слабая, умеренная, сильная вентиляция пчелиного гнезда, причём мнимым мерилом её интенсивности служат размеры вентиляционных отверстий. При этом не учитывают, что, кроме размеров вентиляционных отверстий, на интенсивность вентиляции улья существенно влияет и давление, вытесняющее из него тёплый воздух, которое зависит в основном от перепада температур.
В предельно холодном улье перепад температур равен нулю, вентиляция действует слабее, чем в тёплых, при равном гидравлическом сопротивлении вентиляционных отверстий.
По мере понижения внешней температуры перепад повышается и усиливается воздухообмен в гнёздах. Во время сильных морозов перепад температур может достигать 300С и более – так значительно может подогреваться входящий в улей воздух. По мере же повышения внешней температуры перепад снижается и тем больше, чем слабее термическая защита гнезда. Температура в гнезде становится близкой к внешней, и его вентиляция ослабевает или полностью приостанавливается.
Жизненные условия семей, живущих на воле в тонкостенных, неутеплённых ульях, ухудшаются не в сухие морозные дни, а осенью, во время продолжительных оттепелей среди зимы и ранней весной, когда относительная влажность атмосферного воздуха велика, а его температура близка к температуре в улье за пределами клуба. Если пчёлы зимуют в зимовниках, холодных помещениях, павильонах или на воле в тонкостенных и неутеплённых ульях, то им опасна продолжительная внешняя температура от +2 до +80С. Перепад температур при этом близок к нулю, вентиляция ослабевает, особенно если закрывают нижние летки. В ульях неизбежно образуется сырость.
При повышении температуры вне улья пчёлы меньше теряют тепла, поэтому перепад снижается, уменьшается и интенсивность вентиляции. Кроме того, его снижению способствует потеря тепла через ограждение слабо утеплённого гнезда. Отсюда следует, что для поддержания вентиляции при положительной температуре зимовника пчелиные гнёзда необходимо в достаточной мере утеплять или же значительно оголять со стороны дна и потолка
При зимовке пчёл под снегом и в зимовниках просветы верхних вентиляционных отверстий должны быть в 2 раза больше, чем в ульях под открытым небом. Проходная площадь нижнего летка должна быть не менее чем в 1,5 раза больше суммарной площади продушины и верхнего летка.
Я оставляю в гнезде после формирования клуба только сотовые рамки, покрытые пчёлами. При зимовке под открытым небом в Подмосковье просвет верхнего летка определяется нормой – 0,5кв.см на каждую улочку, занятую пчёлами, просвет продушины – 0,4кв.см. Эти нормы обеспечивают сухость гнезда при любом подрамочном пространстве. Утечку воздуха из улья, кроме как из этих отверстий, по возможности не допускаю.
Пропускная способность применяемых в пчеловодстве воздухопроницаемых подушек и матов не может быть стабильной, так как зависит от многих трудно контролируемых факторов – площади подушки, её толщины, плотности ткани наволочки, структуры наполнителя и т.д. Кроме того, если “чердак” улья – пространство между утеплением и крышей – не продувается, то подушка отсыревает, портится, и значительно ухудшаются её термоизоляционные свойства. Об эффективности вентиляции судят по крыше. По внутренней стороне крыши можно безошибочно определить вентиляцию улья, сыро в нём или сухо. Открыв или чуть приподняв крышу, увидите, сухая она или сырая. Возможно, на ней скопился иней. Если крыша сухая, значит, вентиляция улья хорошая. Выходящие пары сразу уходят из-под неё. Но если она, хотя бы чуть вспотела, не говоря уж о сырости на ней, значит, водяные пары не успевают выходить наружу и в улье накапливается избыточная влага. Следует немедленно открыть больше окна или подложить планки под края крыши.
Особенно полезно проследить за вентиляцией улья в морозные дни, когда пчёлы больше выделяют паров.
Между утеплением и крышей должно быть свободное пространство, где бы циркулировал воздух. Небольшие пропилы в крышах не обеспечивают хорошей вентиляции.
Многие пчеловоды считают, что для предупреждения сырости в ульях необходимо оставлять на зиму больше рамок, чем их способны покрыть пчёлы, т.е. создавать просторные гнёзда. Однако сырости не подвергается компактное, в меру утеплённое и достаточно вентилируемое гнездо. (А.Агафонов)
Конвекция в улье возникает и поддерживается за счёт вырабатываемого пчёлами тепла. Действие же холодного воздуха, поступающего через нижний леток, сводится к выталкиванию вверх нагретого пчёлами согласно закону Архимеда. Так, в результате разности в плотностях нагретого и холодного воздуха возникают конвекционные токи.
Столб воздуха находящийся внутри клуба, нагревается быстрее, чем окружающий его воздух. Нагревшись, обогатившись водяными парами и углекислым газом и сделавшись легче, внутренний воздух выталкивается вверх не нагретым более тяжёлым, поступающим снизу через разряженную нижнюю часть клуба. Таким образом, устанавливается постоянное течение воздуха снизу вверх, непрерывно отводящее продукты метаболизма пчёл и приносящее свежий воздух. При этом корка клуба играет ту же роль, что и ламповое стекло в керосиновой лампе или дымовая труба в печи: она усиливает приток свежего воздуха внутрь клуба, создавая тягу. Улей с клубом пчёл в свою очередь также представляет собой теплотехническую систему, подобную керосиновой лампе со стеклом, в которой стенки улья усиливают приток свежего холодного воздуха внутрь, создавая тягу.
Итак, тёлый воздух, содержащий значительное количество водяного пара и углекислого газа, покидает клуб и поднимается вверх к потолку. По пути он отдаёт часть тепла сотам с мёдом и самому потолку. Благодаря поступлению тёплого отработанного воздуха в верхней части улья создаётся повышенное давление, поэтому ранее поступивший к потолку, уже частично охладившийся и ставший более тяжёлым воздух вытесняется и движется вниз, к летку. К этому потоку присоединяется конвекционный ток воздуха, образующийся около поверхности клуба. Смешанный поток при движении вниз соприкасается со стенками улья и свободными от пчёл сотами, отдаёт им тепло и ещё больше охлаждается, становится тяжелее, что облегчает его движение вниз. Он также взаимодействует с восходящим конвекционным потоком около поверхности клуба. Опустившись до летка, отработанный воздух разделяется на две части. Первая, более лёгкая и влажная, выталкивается наружу избыточным давлением, которое при этом гасится около верхней кромки леткового отверстия. Так происходит удаление влаги из улья зимой. Вторая часть – тяжёлая фракция отработанного воздуха, состоящая в основном из углекислого газа, опускается ниже летка, где давление равно атмосферному, заполняет летковое пространство и вытекает подобно жидкости через нижнюю кромку леткового отверстия. Вместо вышедших газов и водяного пара внутрь улья через центральную часть летка поступает такой же объём свежего холодного воздуха. В летке и прилетковой зоне холодный воздух взаимодействует с находящимся там тёплым, при этом он нагревается, вбирает в себя соответствующее новой температуре равновесное количество водяного пара, становится легче и поднимается вверх, подталкиваемый вновь поступающими порциями холодного воздуха и опускающимся углекислым газом. Обмен теплом и влагой происходит на всём пути от летка до низа клуба. Дойдя до клуба, большая часть свежего воздуха заходит внутрь его, а меньшая – образует конвекционный ток около поверхности. Цикл воздухообмена и вентиляции замкнулся, и всё повторяется, как описано выше.
При удалении углекислого газа через леток холодный воздух сначала будет опускаться ко дну вместе с потоком углекислого газа, отбирая у него тепло, а затем уже вытесняется вверх, к клубу пчёл.
Чем выше клуб поднимается от летка, тем более длительным становится взаимодействие встречных потоков отработанного и свежего холодного воздуха. Поэтому нет необходимости увеличивать надлетковое пространство, оно постепенно увеличивается естественным путём. При этом холодный воздух всё больше нагревается и насыщается влагой, отнимая тепло и влагу у отработанного, который всё больше охлаждается и всё меньше влаги выносит наружу. Поэтому в улье постепенно повышается абсолютная влажность воздуха, а вместе с этим возрастает и опасность гибели пчёл от запаривания. Кроме того, пчёлы активизируются, поднимают температуру внутри клуба, матка начинает откладывать яйца, в семье появляется ранний расплод, т.е. увеличение подрамочного пространства влечёт за собой сверхраннее появление расплода в гнёздах пчёл со всеми вытекающими негативными последствиями. Надо, наоборот, по мере продвижения клуба к потолку постепенно открывать дополнительные летки, расположенные через небольшие расстояния выше нижнего летка.
Клубу пчёл лучше занимать сечение улья как можно полнее, но не всё. Чтобы естественно, непрерывно, в соответствии с физическими законами осуществлялась вентиляция гнезда, между стенкой улья и боковой поверхностью клуба должен быть зазор 4,8-9,5мм, называемый свободным пчелиным пространством.
Расширение и сжатие клуба направлено на большее или меньшее закупоривание внутреннего объёма самого клуба. Сказанное хорошо согласуется с утверждением, что пчёлы в клубе согревают не весь внутренний объём улья, а лишь сам клуб. Хотя клуб пчёл и выделяет тепло в окружающее пространство, но он не регулирует температуру, ни над, ни под собой. (Н.Решетников)
