STUDYING THE DIFFERENCE IN AIR TEMPERATURE INSIDE A HIVE AND INSIDE SEALED BROOD COMB UNDER NATURAL SOLAR HIVE HEATING IN "SUNNY HIVE".

 

Abstract

 

In common practice, when articles are written about bee living conditions in a hive, and especially about temperatures, they typically refer to the air temperature inside the hive. However, how this affects brood temperature in a hive full of comb, bees, and honey is generally overlooked. In the Sunny Hive, this is a vital parameter, determining the survival of bees, brood, and the queen when the hive interior heats up to high temperatures, which can kill Varroa mite egg masses. Our experiment on monitoring the temperature inside the brood comb showed that the brood temperature follows the air temperature in the hive by 3-4 degrees, and stabilizes, most likely due to the bees' active efforts to lower it.

 

Keywords

 

Mites, Varroa, Solar Hive, solar heating, brood

 

ypically, the temperature in Sunny Hive, even in typical temperate climate during summer, doesn't reach critical levels and is only 1-2 degrees higher than the typical temperature in the bee nest. Only on certain hot and sunny days does the temperature in the hive rise to 38-40°C or more. During such periods, the key conditions for mite death—high temperature and low relative humidity—should be achieved. But is this achieved? How does it affect the brood, the bees, and the queens? Our experiments provide answers to the part of these questions.

 

First, the queens. Queens can withstand high temperatures as long as they are short-term and don't reach the bees' survival threshold of 45-50°C. In our experiment, when the air inside the hives heated to 43-45°C, the queens in two small colonies died, in one became infertile.

 

Second, the eggs. Eggs also disappear from the nest at such high temperatures. Italian beekeepers believe that queens stop laying eggs, but more likely, the eggs cannot withstand the high temperatures and dryness and die, and the bees remove them. It's also possible, of course, that queens sharply reduce egg production after heat stress.

 

Thirdly, the bees. Bees generally don't suffer from high temperatures of 42-43°C (104-111°F), especially those that can leave the hive and create clusters in the shade. However, it can happen that bees in small colonies die completely at such temperatures, as the hive has zones of above-average temperatures approaching 50-60°C (122-140°F). In these cases, young honeycombs also can melt and collapse. But only young combs, which lack cocoons and the wax foundation of which is too soft. Large colonies with a full complement of combs containing brood and honey, as a rule, don't suffer.

 

Fourthly, the brood. The brood situation has been unclear until now. Experiments showed that heating the air around the brood comb to 43°C (111°F) did not harm the brood. Normal bees eventually emerged from such combs. However, the actual temperature in the comb during this period is unclear. After all, a temperature of 38°C (102°F) is considered the threshold for normal brood development.

 

Materials and Methods

 

For this reason, we conducted another experiment to monitor the brood comb temperature in a single-body ten-frame hive of a typical bee colony with three frames of brood and seven frames of food. The sensors were positioned on the comb as shown in Figure 1.

Figure 1. Location of temperature sensors on a comb and their temperature indicators arranged in the corresponding order. The sixth sensor shows the air temperature between the brood combs.

Five sensors were placed inside a brood comb so that the metal body of the sensor was completely deepened into the comb. Half of the sensor was on one side of the comb, the other on the other side. Only the wire remained exposed. Sensors 1 and 2 were located on the south side of the comb, 3 in the center, and 4 and 5 on the north side opposite the hive entrance. One sensor was positioned in the air between the brood frames, approximately in the middle of the comb, well away from the south wall and the hot air flow from the solar heater. This means that the temperature of the hot air coming from the solar heater down the south wall of the hive could be significantly higher. We only measure an average air temperature between the brood frames.

 

Measurements were taken at 0.5-1 hour intervals over two hot and, most importantly, sunny days with temperatures ranging from 26-27°C (80-82°F) and 28-29°C (82-82°F). This difference is quite significant, as the air temperature inside the hive approaches the critical limit of +40°C and above. It was important to clarify several questions, three of which are key:

• To what temperature does the brood actually warm up, and what is the difference between the air and brood temperatures, if any?

• Is there a delay, and for how long, in the brood reaching its maximum temperature when the hive is heated in the sun from morning to evening?

• Are bees able to withstand overheating of the hive and interfere with its efficient operation, while still preserving the lives of  brood and queen?

 

Results

 

The results of temperature monitoring on the first day are shown in Figure 2.

Figure 2. Temperature graph in five zones of brood frame and the air between the frames, which warms them up due to heat transfer at an outside temperature of +26-27C

The results showed that with an outside temperature of 26-27°C and clear skies, the temperature inside the hive reaches 39-40°C, while the brood comb temperature generally remains in the range of 36-37°C. Only in the southern part of the hive does it exceed 37°C, and then mostly in the lower part, where brood is typically sparse. The brood is in a comfortable temperature zone. The bees ventilate the hive without gathering in a cluster on the wall of the hive around the entrance. The graph shows that ventilation allows the bees to maintain a stable temperature in most of the brood comb, with a 3-4°C difference relative to the temperature in the interframe space.

 

The monitoring results on the second day are shown in Figure 3.

Figure 3. Temperature graph in five zones of the brood frame and the air between the frames, which warms them up due to heat transfer at an outside temperature of +28-29C

Results showed that with an outside temperature of 28-29°C and clear skies, the air temperature inside the hive reaches 41-42°C, while the brood comb temperature generally ranges near and above 37°C. In the southern part of the hive, it reaches and exceeds 38°C, especially in the lower part, where hot air enters. Conditions for brood are approaching a critical limit. Bees actively ventilate the hive, partially crowding outside the hive. This temperature is not critical for the brood and queen unless it lasts for several days at a time. However, if it persists for a long time, some eggs may die, and the queen may cease laying. In small colonies, bees and the queen may die, as they are unable to provide adequate thermoregulation in the nest. Therefore, we recommend partially closing the heating elements of the hive, which ensure its heating at low external temperatures.

 

Discussion

 

In both cases, Varroa mite eggs suffer from overheating. Based on the work of Akimov and Piletskaya, we can draw conclusions about the approximate temperature ranges for the death of mite eggs at an average relative humidity of 40%-60% (Fig. 4).

• +35-36°C - up to 50%

• +36-37°C - up to 70%

• +37-38°C - up to 95%

• +38°C - up to 100%

In our case, we can talk about three temperature zones with varying effectiveness (Fig. 4). In the first, on the south side of the brood frames, all mite eggs will die, then up to 70%, and further north, toward the entrance, up to 50%. On average, up to 70% of all Varroa mite eggs in sealed brood will die after these temperatures are reached. Furthermore, increasing the hive temperature to 40-42°C will lead to a decrease in humidity to 15-20%, which in turn will affect the female mites present on the bees in the hive. This will further reduce the mite infestation in bee colonies.

Figure 4. Temperature and humidity ranges and their lethality levels for Varroa mite egg laying, as well as an approximate distribution of temperature zones in a brood frame in a Sunny Hive

In summary, answering the main question posed before the experiment, we can say that:

• The brood warms to temperatures 3-4 degrees Celsius lower than the average air temperature inside the hive. This temperature is maintained for a long time (3-4 hours in the experiment). This may be due to active thermoregulation by the bees, coupled with natural heat loss of the hive. This difference ensures brood survival at hive temperatures of up to +41-42°C.

• When the hive warms up, surprisingly, there is almost no delay in the brood warming relative to the air in the hive. A delay of about half an hour is possible. Subsequently, during the established thermal regime, with air temperature fluctuations in the hive within 1-2 degrees, the brood temperature remains fairly stable. Convection in the hive is virtually absent. Zonal heating of the brood combs is observed. • Analysis of the graphs shows that, when a certain air temperature is reached in the hive, the brood temperature stabilizes with a decrease of 3-4 degrees. It is unlikely that this is due to heat loss within the hive. Therefore, it can be concluded that this is the result of the bees' activity. On the one hand, this has a negative effect, as the hive must be heated more intensely to reach a temperature at which Varroa mite eggs in the brood will die. This creates dangerous conditions for the bees themselves, and especially for the queen, who cannot leave the hive like the bees if it overheats. On the other hand, in the case of critical, uncontrolled hive overheating and the absence of a beekeeper, this can at least save the part of brood from death. However, this is only possible in complete colonies. In colonies with a small number of frames and bees, this is not possible, and the colonies may die entirely.

 

Conclusion

 

Thus, it can be concluded that on hot, sunny days, the Solar Hive performs its function—suppressing the growth of Varroa mites by regularly ovsrheating their eggs to lethal temperatures. This means that the Sunny Hive demonstrates its true effectiveness in combating Varroa mites in honeybee colonies.

ESTUDIO DE LA DIFERENCIA DE TEMPERATURA DEL AIRE DENTRO DE UNA COLMENA Y TEMPERATURA DENTRO DE UN PANAL DE LA CRIA SELLADA, BAJO CALEFACCIÓN SOLAR NATURAL EN LA COLMENA "SUNNY HIVE" (Colmena Soleada).

 Resumen

En la práctica habitual, cuando se escriben artículos sobre las condiciones de vida de las abejas en una colmena, y especialmente sobre las temperaturas, generalmente se hace referencia a la temperatura del aire dentro de la colmena. Sin embargo, suele pasarse por alto cómo esto afecta la temperatura del panal de cría en una colmena llena de panales, abejas y miel. En la Colmena Soleada, este es un parámetro vital que determina la supervivencia de las abejas, la cría y la reina cuando el interior de la colmena alcanza temperaturas elevadas, que pueden matar las masas de huevos del ácaro Varroa. Nuestro experimento de monitorización de la temperatura dentro del panal de cría demostró que la temperatura de la cría sigue la temperatura del aire en la colmena con una diferencia de 3 a 4 grados menos, y se estabiliza, muy probablemente debido a los esfuerzos activos de las abejas para reducirla.

 

Palabras clave

Ácaros, Varroa, Colmena Solar, calefacción solar, cría

 

Normalmente, la temperatura en la Colmena Soleada, incluso en un clima templado típico durante el verano, no alcanza niveles críticos y solo es 1-2 grados superior a la temperatura habitual en el nido. Solo en ciertos días calurosos y soleados la temperatura en la colmena sube a 38-40 °C o más. Durante estos periodos, deberían darse las condiciones clave para la muerte de los ácaros: alta temperatura y baja humedad relativa. Pero, ¿se cumplen estas condiciones? ¿Cómo afecta a la cría, las abejas y las reinas? Nuestros experimentos ofrecen respuestas a parte de estas preguntas.

 

Primero, las reinas. Las reinas pueden soportar altas temperaturas siempre que sean de corta duración y no alcancen el umbral de supervivencia de las abejas de 45-50 °C. En nuestro experimento, cuando el aire dentro de las colmenas se calentó a 43-45 °C, las reinas de dos colonias pequeñas murieron y una de ellas se volvió infértil.

 

En segundo lugar, los huevos. Los huevos también desaparecen del nido a temperaturas tan elevadas. Los apicultores italianos creen que las reinas dejan de poner huevos, pero lo más probable es que los huevos no soporten las altas temperaturas y la sequedad, mueran y las abejas los retiren. También es posible, por supuesto, que las reinas reduzcan drásticamente la producción de huevos tras un estrés por calor.

 

En tercer lugar, las abejas. Las abejas generalmente no sufren con temperaturas de 42-43 °C (104-111 °F), especialmente aquellas que pueden abandonar la colmena y formar racimos a la sombra. Sin embargo, puede ocurrir que las abejas de colonias pequeñas mueran por completo a estas temperaturas, ya que la colmena presenta zonas con temperaturas superiores a la media, cercanas a los 50-60 °C (122-140 °F). En estos casos, los panales jóvenes también pueden derretirse y colapsar. Pero solo los panales jóvenes, que carecen de capullos y cuya cera base es demasiado blanda. Las colonias grandes con panales completos que contienen cría y miel, por lo general, no sufren. En cuarto lugar, la cría. Hasta ahora, la situación de la cría no estaba clara. Los experimentos demostraron que calentar el aire alrededor del panal de cría a 43 °C (111 °F) no la perjudicaba. Finalmente, las abejas normales emergieron de dichos panales. Sin embargo, se desconoce la temperatura real dentro del panal durante este período. Después de todo, se considera que una temperatura de 38 °C (102 °F) es el umbral para el desarrollo normal de la cría.

 

Materiales y Métodos

 

Por este motivo, realizamos otro experimento para monitorear la temperatura del panal de cría en una colmena de diez cuadros de una colonia típica, con tres cuadros de cría y siete de alimento. Los sensores se colocaron en el panal como se muestra en la Figura 1.

Figura 1. Ubicación de los sensores de temperatura en un panal y sus indicadores de temperatura dispuestos en el orden correspondiente. El sexto sensor muestra la temperatura del aire entre los panales de cría.

 

Se colocaron cinco sensores dentro de un panal de cría, de manera que el cuerpo metálico del sensor quedara completamente sumergido. La mitad del sensor se ubicó a un lado del panal y la otra mitad al otro. Solo el cable quedó expuesto. Los sensores 1 y 2 se ubicaron en el lado sur del panal, el 3 en el centro y el 4 y el 5 en el lado norte, frente a la entrada de la colmena. Un sensor se colocó en el aire entre los panales de cría, aproximadamente en el centro del panal, lejos de la pared sur y del flujo de aire caliente del calentador solar. Esto significa que la temperatura del aire caliente proveniente del calentador solar que baja por la pared sur de la colmena podría ser significativamente mayor. Solo medimos la temperatura promedio del aire entre los panales de cría.

 

Las mediciones se tomaron a intervalos de 0,5 a 1 hora durante dos días calurosos y, sobre todo, soleados, con temperaturas que oscilaron entre 26-27 °C (80-82 °F) y 28-29 °C (82-82 °F). Esta diferencia es bastante significativa, ya que la temperatura del aire dentro de la colmena se acerca al límite crítico de +40 °C o más. Era importante aclarar varias preguntas, tres de las cuales son clave:

 

• ¿A qué temperatura se calienta realmente la cría y cuál es la diferencia entre la temperatura del aire y la de la cría, si la hay?

 

• ¿Existe un retraso, y de cuánto tiempo, en que la cría alcance su temperatura máxima cuando la colmena se calienta con el sol desde la mañana hasta la tarde?

 

• ¿Pueden las abejas soportar el sobrecalentamiento de la colmena e interferir con su funcionamiento eficiente, sin dejar de sobrevivir a la cría y a la reina?

 

Resultados

 

Los resultados del monitoreo de temperatura del primer día se muestran en la Figura 2.

 

Figura 2. Gráfico de la temperatura en cinco zonas del cuadro de cría y el aire entre los cuadros, que los calienta debido a la transferencia de calor a una temperatura exterior de +26-27 °C.

Los resultados mostraron que, con una temperatura exterior de 26-27 °C y cielos despejados, la temperatura dentro de la colmena alcanza los 39-40 °C, mientras que la temperatura del panal de cría generalmente se mantiene entre 36 y 37 °C. Solo en la parte sur de la colmena supera los 37 °C, principalmente en la parte inferior, donde la cría suele ser escasa. La cría se encuentra en una zona de temperatura confortable. Las abejas ventilan la colmena sin agruparse en la pared alrededor de la entrada. El gráfico muestra que la ventilación permite a las abejas mantener una temperatura estable en la mayor parte del panal de cría, con una diferencia de 3-4 °C menos, con respecto a la temperatura en el espacio entre cuadros.

 

Los resultados del monitoreo del segundo día se muestran en la Figura 3.

Figura 3. Gráfico de temperatura en cinco zonas del cuadro de cría y del aire entre los cuadros, que los calienta debido a la transferencia de calor a una temperatura exterior de +28-29 °C.

Los resultados mostraron que, con una temperatura exterior de 28-29 °C y cielos despejados, la temperatura del aire dentro de la colmena alcanza los 41-42 °C, mientras que la temperatura del panal de cría generalmente ronda los 37 °C o más. En la parte sur de la colmena, alcanza e incluso supera los 38 °C, especialmente en la parte inferior, por donde entra el aire caliente. Las condiciones para la cría se acercan a un límite crítico. Las abejas ventilan activamente la colmena, apiñándose parcialmente fuera de ella. Esta temperatura no es crítica para la cría y la reina a menos que se prolongue durante varios días seguidos. Sin embargo, si persiste durante mucho tiempo, algunos huevos pueden morir y la reina puede dejar de poner. En colonias pequeñas, las abejas y la reina pueden morir, ya que no pueden proporcionar una termorregulación adecuada en el nido. Por lo tanto, recomendamos cerrar parcialmente los elementos calefactores de la colmena, que aseguran su calefacción a bajas temperaturas exteriores.

 

Discusión

 

En ambos casos, los huevos del ácaro Varroa sufren sobrecalentamiento. Basándonos en el trabajo de Akimov y Piletskaya, podemos extraer conclusiones sobre los rangos de temperatura aproximados para la muerte de los huevos de ácaros con una humedad relativa promedio del 40 % al 60 % (Fig. 4).

• +35-36 °C: hasta el 50 %

• +36-37 °C: hasta el 70 %

• +37-38 °C: hasta el 95 %

• +38 °C: hasta el 100 %

En nuestro caso, podemos hablar de tres zonas de temperatura con diferente efectividad (Fig. 4). En la primera, en el lado sur de los panales de cría, morirán todos los huevos de ácaros, luego hasta el 70 %, y más al norte, hacia la entrada, hasta el 50 %. En promedio, hasta el 70 % de todos los huevos de ácaros Varroa en la cría sellada morirán al alcanzar estas temperaturas. Además, aumentar la temperatura de la colmena a 40-42 °C provocará una disminución de la humedad a un 15-20 %, lo que a su vez afectará a los ácaros hembra presentes en las abejas de la colmena. Esto reducirá aún más la infestación de ácaros en las colonias de abejas.

 

Figura 4. Rangos de temperatura y humedad y sus niveles de letalidad para la puesta de huevos del ácaro Varroa, así como una distribución aproximada de las zonas de temperatura en un cuadro de cría en una Colmena Soleada.

En resumen, respondiendo a la pregunta principal planteada antes del experimento, podemos afirmar que:

 

• La cría alcanza temperaturas 3-4 grados Celsius inferiores a la temperatura media del aire dentro de la colmena. Esta temperatura se mantiene durante un tiempo prolongado (3-4 horas en el experimento). Esto puede deberse a la termorregulación activa de las abejas, junto con la pérdida de calor natural de la colmena. Esta diferencia garantiza la supervivencia de la cría a temperaturas de hasta +41-42 °C dentro de la colmena.

 

• Sorprendentemente, al calentarse la colmena, prácticamente no hay retraso en el calentamiento de la cría con respecto al aire interior. Es posible un retraso de aproximadamente media hora. Posteriormente, durante el régimen térmico establecido, con fluctuaciones de la temperatura del aire dentro de la colmena de 1-2 grados, la temperatura de la cría se mantiene bastante estable. La convección en la colmena es prácticamente inexistente. Se observa calentamiento zonal de los panales de cría. El análisis de los gráficos muestra que, al alcanzarse cierta temperatura ambiente en la colmena, la temperatura de la cría se estabiliza con un descenso de 3-4 grados. Es improbable que esto se deba a la pérdida de calor dentro de la colmena. Por lo tanto, se puede concluir que es el resultado de la actividad de las abejas. Por un lado, esto tiene un efecto negativo, ya que la colmena debe calentarse con mayor intensidad para alcanzar una temperatura que elimine los huevos del ácaro Varroa en la cría. Esto crea condiciones peligrosas para las abejas, especialmente para la reina, que no puede abandonar la colmena como las demás si se sobrecalienta. Por otro lado, en caso de sobrecalentamiento crítico e incontrolado de la colmena y en ausencia de un apicultor, esto puede al menos salvar a parte de la cría. Sin embargo, esto solo es posible en colonias completas. En colonias con pocos cuadros y abejas, esto no es posible y las colonias pueden morir por completo.

 

Conclusión

 

Por lo tanto, se puede concluir que en días calurosos y soleados, la Colmena Soleada cumple su función: suprimir el crecimiento del ácaro Varroa al sobrecalentar regularmente sus huevos a temperaturas letales. Esto significa que la Colmena Solar demuestra su verdadera eficacia en el control del ácaro Varroa en las colonias de abejas.