УДК 638.124.936
Соты являются не только основой и фрагментом гнезда, но и средством сохранения выделяемого пчелами метаболического тепла. Пожалуй, единственной характеристикой их теплозащитных качеств в пчеловодной литературе фигурирует теплопроводность.
Существует мнение, что старые соты являются более теплыми по сравнению с новыми.
В связи с этим нами была проведена сравнительная оценка их теплоизоляционных качеств.
По данным А.Миснара, на теплопроводность материала оказывает влияние его химический состав.
Проведенные нами исследования показывают, что в светлых сотах массовая доля механических примесей в 4,3 раза меньше, а воска на 25,1% выше, чем в темных. Различается и их элементный состав. Нами было определено содержание в сотах, меде и перге следующих элементов: свинца, кадмия, меди, цинка, железа, хрома, стронция, селена, калия, магния, натрия, калия (табл. 1).
Результаты показали, что в светлых сотах (после откачки меда) среднее значение содержания определяемых нами элементов составляет 148,93 мг/кг, в темных сотах (после 5–6 выводов расплода) оно доходит до 365,42 мг/кг, в перге — до 4395,37 мг/кг, а в меде — до 609,62 мг/кг.
Измерения теплофизических параметров проводили с помощью лабораторной установки, описанной в журнале «Пчеловодство» (№10, 2015). Она представляет собой предварительно отградуированную обечайку, включающую четыре боковые стенки и дно.
Исследуемые объекты устанавливали на место крышки и помещали в смотровую канаву размером 2x0,7 м, заглубленную в грунт на 1,2 м, чтобы обеспечить в процессе опытов стабильный режим — температура держалась на уровне (9±0,25)°С.
На нагреватель прибора подавали мощность 2,5; 5,0; 7,5; 10 Вт. Через 30 мин, когда значения 3–4 последних показаний измеряемых параметров не отличались от предыдущих, фиксировали величину ЭДС, генерируемую термобатареей прибора, и разность температур внутри установки и вне ее.
Измерение эффективной теплопроводности светлого и темного сотов провели сбоку от нагревателя, как это имеет место в гнезде пчелиной семьи. При таком же положении измерили эффективную теплопроводность вощины.
Наряду с пустыми были определены теплозащитные параметры сотов, содержащих пергу, а также холстиков и пенопластовых пластин толщиной 40 мм, используемых пчеловодами в качестве утеплителя.
Полученные в опытах коэффициенты передачи тепла К и термические сопротивления R представлены в таблице 2.
В таблице 3 теплозащитные параметры пчелиных сотов сопоставлены с применяемыми в пчеловодстве утепляющими материалами. Сведения о них позаимствованы из литературных источников, а коэффициенты теплопередачи рассчитаны как отношение теплопроводности λ к толщине сота (0,025 м).
По своей сути сот представляет собой воздушную прослойку шириной 25 мм, разделенную восковыми средостениями на шестигранные ячейки с диаметром вписанного круга 5,25–5,38 мм и глубиной 12–16 мм. Ячейки в свободном состоянии заполнены воздухом и снизу ограничены глухим дном, а сверху сообщаются с окружающей средой. Объем свежего, полностью отстроенного сота, по подсчетам А.Д.Трифонова (1997), Vсот= 2641 см3, а объем воздуха в ячейках соответственно Vвозд= 2495 см3, то есть насыщение сота воздухом составляет почти 95%, а масса воска в свежеотстроенном соте 140 г, что при удельной массе 0,962 г/см3 составляет 145 см3 или немногим более 5%.
Вполне очевидно в структуре теплопередачи пчелиного сота воздух, содержащийся в ячейках, играет определяющую роль. Сухой воздух — прекрасный теплоизолятор, если неподвижен. Но в воздушных прослойках часто возникает конвекция, в результате которой передача тепла возрастает. Поэтому в теории теплообмена передачу тепла через прослойку принято характеризовать через эквивалентный коэффициент теплопроводности (Михеев М.А., Михеева И.М., 1960): Е = λэкв / λвозд , где Е — коэффициент конвекции; λвозд — коэффициент теплопроводности сухого воздуха при 10°С (0,025 Вт/м.град); λэкв — коэффициент теплопроводности воздуха в прослойке.
Коэффициент конвекции в каждом конкретном случае зависит от разности температур поверхностей, передающих и принимающих тепло, направления теплового потока, ширины и формы прослойки (плоская, цилиндрическая, шаровая). Результаты проведенных опытов показывают, что в ячейках сот существенной конвекции не возникает.
Как видно из таблицы 3, коэффициенты передачи тепла сотами, как молодыми (2,77 Вт/м2·град), так и темными (3,05 Вт/м2·град) близки к таким эффективным тепловым изоляторам, как речной мох (2,43 Вт/м2·град), пробковая плитка (2,16 Вт/м2·град), хлопковая вата (2,60 Вт/м2·град), пористая резина (2,00 Вт/м2·град).
Конечно, соты уступают «идеальному» тепловому изолятору — сухому воздуху (1,0 Вт/м2·град), но здесь, несомненно, сказывается роль воска как арматуры, без которой конструкция просто невозможна. Хотя воска в соте и немного (5%), но его теплопроводность (0,357 Вт/м·град) в 14 раз выше, чем сухого спокойного воздуха (0,025 Вт/м·град).
Из полученных данных видно, что коэффициенты передачи тепла светлых (2,77 Вт/м2·град) и темных (3,05 Вт/м2·град) сотов весьма близки. Но коконы, остатки корма, экскременты и прочие включения, количество которых в соте, по исследованиям Г.Ф.Таранова (1942), возрастает с 5% в свежеотстроенном до 55% после выхода 20 поколений, вносят свою лепту в усиление передачи тепла. Фактически «наросты» на ячейках замещают определенную долю воздуха. Их передачу тепла с определенной погрешностью можно оценить через теплопроводность сухой пасечной мервы, отличающейся от них в основном отсутствием водорастворимых компонентов.
По исследованиям С.А.Доброхотова (1974), коэффициент теплопроводности пасечной мервы λмер = 0,0715 Вт/м·град, откуда коэффициент теплопередачи через слой, эквивалентный толщине сота (25 мм) составит К = 2,86 Вт/м2·град, что значительно превышает коэффициент теплопередачи воздуха (К = 1,0 Вт/м2·град), который он вытеснил.
Иными словами, нарост на ячейках, именуемый обычно остатками коконов, даже гипотетически не может претендовать на роль «утеплителя» сотов.
Таким образом, темные соты никаких преимуществ перед светлыми при сборке зимнего гнезда не имеют.
В.И.ЛЕБЕДЕВ,
Е.П.ЛАПЫНИНА, А.И.КАСЬЯНОВ
ФГБНУ «НИИ пчеловодства»
Описаны теплозащитные качества пчелиных сотов: светлого, темного, а также занятого пергой. Приведены теплофизические характеристики ульевого холстика и пенопластового утеплителя гнезда.
Ключевые слова: пчелиные соты, утеплители гнезда, термическое сопротивление.
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ:
Лебедев Вячеслав Иванович, д-р с.-х. наук, профессор, науч. руководитель института, e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript., тел. 8(49137) 53-926;
Лапынина Елена Петровна, науч. сотр., тел. 8(49137) 51-547;
Касьянов Анатолий Иванович, канд. с.-х. наук, ст. науч. сотр.
HEAT-PROTECTIVE QUALITIES OF HONEY COMBS AND THERMAL INSULATION OF A BEE NEST
V.I.Lebedev, E.P.Lapynina, A.I.Kasjanov
The article describes heat-protective qualities of different types of honey combs, such as the dark and the light ones as well as honey combs containing beebread. The article reports on the thermophysical data of a hive mat and styrofoam thermal insulation of a bee nest.
Keywords: honey combs, thermal insulation of a bee nest, thermal resistance.
Адрес редакции журнала "Пчеловодство":
