► 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 внутриульевой 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 Дадановского 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.