A queste domande è possibile rispondere con qualche semplice misurazione delle temperature registrate all'esterno dell'arnia, sui 4 lati e sul coprifavo (sotto lo strato coibentante), confrontate con le temperature esterne. L'apparato sperimentale consiste in 6 termometri capaci di memorizzare la temperatura per diversi giorni, in modo da poter confrontare le variazioni giornaliere e quelle legato ad una manipolazione successiva: il restringimento del glomere tra due diaframmi coibentati e rivestiti di uno strato riflettente. I grafici che ne risultano possono essere comparati con istantanee termiche che permettono di confrontare la dispersione da arnie con un diverso grado di coibentazione.

L'apparato sperimentale consiste semplicemente in una normale arnia di legno, un modello prodotto industrialmente, con le pareti di 25 mm di spessore, attorno a cui sono montati 4 termometri che memorizzano le temperature (Sensirion smart gadget SHT31), installati in un blocchetto di materiale isolante, in modo da formare una piccola camera d'aria a contatto con il legno e preservarla, per quanto possibile, dalle variazioni della temperatura esterna

 

Un quinto sensore è appoggiato sul coprifavo, sotto lo strato di lana che lo riempie e che ha funzione coibentante (il potere isolante della lana è ottimo, per cui buona parte del calore che fugge attraverso il legno del coprifavo è trattenuto dalla lana). La temperatura esterna è misurata sotto l'arnia, sopra lo stato di polistirolo e a sua volta entro una scatoletta di materiale coibentante con un buco, in modo da cogliere al meglio la temperatura dell'aria vicino all'arnia senza subire l'influenza diretta del sole. Tutti I dati sono registrati ogni minuto. L'arnia è sensorizzata, così che disponiamo anche delle temperature interne.

La figura 3 mostra i dati grezzi registrati dai sensori tra il 9 febbraio e il 6 marzo 2023. La linea nera indica la temperatura esterna. Come si vede, tutte le altre linee stanno sopra quella della temperatura esterna, ad indicare che da tutte le pareti e dal coprifavo si disperde un po' di calore. Ma si notano anche subito due cose. La prima è che mentre le temperature sui lati e sul retro non sono molto superiori a quelle esterne, sul lato frontale e sul coprifavo si registra un divario notevole, ad indicare una forte dispersione di calore. La seconda, è che prima e dopo l'inserimento dei diaframmi c'è un evidente salto nelle temperature.

La dispersione dalle pareti

Per valutare quanto calore viene disperso in corrispondenza dei vari sensori, rappresentiamo graficamente la differenza tra la temperatura registrata da ciascuno di essi e la temperatura esterna (figura 4).

Nel coprifavo, la differenza di temperatura con l'esterno era mediamente di 15.6°C prima dell'inserimento dei diaframmi e di 20.5°C dopo l'inserimento dei diaframmi (con una punta di oltre 25°C). Qui, a causa della lana, è difficile calcolare esattamente quanta energia si stia disperdendo, ma è evidentemente un quantitativo enorme!

Sulla parete frontale, la differenza frontale era di 9.2°C prima dell'inserimento dei diaframmi, salita a 11°C con i diaframmi. Questa differenza è molto maggiore durante il giorno: il sole picchia sulla parete frontale, scaldando le parti non coperte dal blocchetto isolante che protegge il sensore; questo calore si trasmette attraverso il legno, in parte verso l'interno ma anche lateralmente, e viene dunque colto dal sensore. Le pareti laterali e il retro sono solo 2-4°C più calde rispetto all'aria circostante.

I punti critici sono dunque due: il coprifavo, e la parete frontale; entrambi diventano più delicati con la coibentazione laterale tramite i diaframmi.

La dispersione delle temperature sul lato frontale

Naturalmente la tempertura su ciascuno dei lati non è uniforme, ma è maggiore vicino al centro termico del glomere e minore lontano da esso. Alcune immagini termiche relative a 4 arnie, con le temperature indicate in 3 punti di ciascun frontale, ci mostrano (anche graficamente) come il calore si disperda con intensità diverse in diversi punti (i colori che tendono verso il bianco indicano le zone più calde, quelli tendendi al blu le zone più fredde)

I diaframmi

Contemporaneamente al restringimento del glomere entro i due diaframmi coibentati (2 cm di EPS) ricoperti su entrambi i lati da uno strato di materiale riflettente e ulteriormente isolante, le api sono state nutrite con del candito. Oltre al compattamento del glomere, c'è dunque un effetto termico addizionale, in quanto la nutrizione comporta un consumo di energia da parte delle api. Nessuna meraviglia, dunque, che essendoci più calore nella zona entro i due diaframmi, sul coprifavo si rilevi una temperatura nettamente superiore. Lo stesso vale anche, seppure in misura inferiore, per il lato frontale dell'arnia: trattandosi di una Dadant a favo freddo, il calore che sfugge dal glomere non incontra ostacoli, e in effetti con l'apposizione dei diaframmi la differenza di temperatura cresce di un paio di gradi. 

Seppure in misura minore, questo vale anche per il retro: prima dei diaframmi, le api erano molto lontane dal retro dell'arnia, e sono state poi forzate a espandere il gromere retrocedendo. Il calore del glomere, inoltre, non potendo sfuggire dai fianchi (ora coibentati) cerca un'altra via. La differenza media di temperatura rispetto all'esterno è dunque passata da 1.5 a 2.3°C. Sulle pareti laterali, invece, il calore che sfugge dal glomere è diminuito: da 2.9 a 2.6° a destra, e da 4.1 a 3.5° a sinistra.

La coibentazione delle pareti

È possibile evitare queste dispersioni? Certamente: una tavola in legno da 2.5 cm coibenta piuttosto male e non riesce a trattenere molto il calore. Se si impiegano invece materiali coibentanti, il risultato può cambiare drasticamente. Ho effettuato le medesime misure sul frontale di 3 altre arnie, nel punto che un'immagine termica mi ha indicato essere quello con maggiore dispersione. L'arnia gialla delle immagini che seguono è una normale arnia in legno con cappotto in polistirene estruso (EPX), 3 centimetri; La sua particolarità è che il legno interno assorbe il calore, mentre il manto isolante ne rallenta la dispersione. L'arnia nera è un Gorri Klima, prodotta da Leonardo arnie, in polipropilene, 2.7 cm di spessore; l'arnia verdina è una quarti 10 in polistirene espanso ad alta densità (EPS), spessore 2.5 cm. Sia la Klima che la Quarti non accumulano calore in quantità rilevanti, ma rallentano la dispersione verso l'esterno del calore prodotto internamente dalle api.

Le misure che risultano, espresse come differenza di temperatura tra il frontale e la temperatura esterna, sono rappresentate nel grafico seguente:

La linea nera rappresenta la temperatura esterna, vicina a zero durante la notte  (tra il 16 e il 19 marzo 2023). La linea verde riguarda l'arnia in legno: di notte, la temperatura misurata all'esterno della tavola frontale è di circa 9-10° superiore a quella dell'aria. L'arnia Quarti (linea blu) disperde meno, con una differenza sui 7-8°. Fa meglio l'arnia Klima, che risparmia un ulteriore grado. L'arnia nettamente più performante è quella in legno incappottato con EPX (linea gialla), che disperde solo 3-4°.

Misure effettuate in laboratorio, con la medesima fonte di calore (in modo da evitare differenze dovute alla diversa forza delle famiglie di api che abitano ciascuna delle diverse arnie), sono coerenti con questo risultato: rispetto all'arnia in legno, la Klima e la Quarti permettono un risparmio energetico complessivo (tenendo conto cioè della dispersione su tutti i lati e dal coprifavo) attorno al 30% rispetto a una normale arnia in legno, mentre il legno rivestito di EPX permette un risparmio del 40%: quantitativi notevoli, che specialmente in presenza di covata si traducono in una molto maggiore efficienza termica della colonia e un minore consumo di energia (miele o zucchero) nelle arnie coibentate.[1]

La coibentazione del coprifavo

Si possono confrontare anche diversi tipi di coprifavo. Ne ho comparati solo 2: il normale coprifavo in legno posto sull'arnia in legno, e il coprifavo della Klima, costituito da un pannello-sandwich con uno strato di sughero da 1 cm racchiuso tra due strati sottili di compensato. Il grafico, come in precedenza, riporta la differenza tra la temperatura misurata immediatamente sopra il coprifavo (ciascuno dei due coprifavo è riempito di lana, e ciascuna delle due arnie è dotata di nutritore) e quella esterna. Il coprifavo in sughero trattiene decisamente meglio il calore (disperde circa 5° meno rispetto al legno), nonostante il fatto che l'arnia di polipropilente dispede meno calore sui lati e quindi c'è una maggiore 'pressione' di calore verso il coprifavo.

Conclusione

Le dispersioni di calore dall'arnia non sono dunque inevitabili: l'uso di materiali coibentanti aiuta in modo molto efficace le api a risparmiare energia: non solo le api consumano meno miele, e rischiano meno di dover abbandonare la covata nel caso di un ritorno di freddo, ma dovendo lavorare meno per produrre calore vivono più a lungo e sono meno stressate.

La coibentazione non deve per forza consistere in materiali sintetici: si può ricorrere al sughero e pannelli in materiale vegetale, purché adeguatamente protetti. Una buona coibentazione richiede però una certa perizia, per non creare ponti termici che vanificano lo sforzo e finiscono per creare punti di condensazione dell'umidità. L'incappottamento totale (come nell'arnia gialla) è estremamente efficiente ma piuttosto laborioso, e dunque non adatto all'uso di massa.

Naturalmente la soluzione più semplice e più elegante sarebbe che i produttori di materiale apistico producessero delle arnie con pannelli sandwich, con legno nello strato interno che funga da accumulatore di calore, uno strato coibentante (possibilmente naturale) a rivestimento del legno, e uno strato esterno di protezione. Un tale prodotto sarebbe più caro delle normali arnie in legno, ma da una parte permetterebbe notevoli risparmi energetici, e dall'altra aumenterebbe considerevolmente la durata dell'arnia, dal momento che i multistrato non crepano.

Riferimento bibliografico

[1] D. Besomi, La coibentazione dell'arnia, dossier allegato a L'apis, aprile 2023. [torna al testo]

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