Печать

3.1.2. ОСНОВНЫЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ЗИМНЕМ КЛУБЕ ПЧЕЛ

Известно, что зимний клуб пчел образуется при осеннем стабильном понижении внешней температуры до 6— 8 °С. Во время зимовки пчелы, находящиеся в клубе, потребляют мед, являющийся источником жизненной энергии, которая позволяет поддерживать в зимнем клубе необходимые температуры. Так, в центре клуба может поддерживаться температура 28-30 °С, а к периферии она падает и на внешней стороне (корке) клуба может составлять 6— 10 °С. Если внешняя температура поднимется выше 8—10 X, то клуб распадется. Следовательно, условием существования клуба является наличие за пределами клуба внешней температуры ниже температуры корки клуба. Коль скоро это так, то существующий клуб всегда будет являться источником тепла, находящимся во внутриульевом пространстве. А как этот источник тепла будет влиять на температуру самого внутриульевого пространства?

В соответствии с законами физики явление теплообмена, т.е. передачи тепла, осуществляется посредством процесса теплопроводности, процесса конвекции либо лучистым теплообменом.

Явление теплопроводности возникает при наличии разности температур в разных точках объема. В общем случае количество тепла, передаваемого за счет явления теплопроводности, зависит от свойств среды, через которую этот процесс проходит. Количественной характеристикой способности среды передавать тепло за счет ее теплопроводности является коэффициент теплопроводности. В нашем случае передача тепла от корки клуба происходит равнонаправленно во все стороны через воздух. Однако известно, что неподвижный воздух является одним из лучших теплоизоляторов, так как коэффициент теплопроводности у него очень низкий. По этой причине отбор тепла от зимнего клуба за счет явления теплопроводности через воздух будет незначительным. Учитывая, что клуб при оптимальных условиях зимовки является маломощным источником тепла (2—5 Вт), и все сказанное выше, можно прийти к выводу, что нагрева внутриульевого пространства зим- ним клубом за счет теплопроводности воздуха фактически не будет происходить.

Лучистый теплообмен (тепловое излучение) возникает у любого тела, температура которого выше температуры абсолютного нуля. По закону физики, мощность теплового излучения пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры излучающего тела. Применительно к нашему анализу это означает, что чем выше будет температура корки клуба относительно температуры внешней среды, тем сильнее клуб будет излучать тепло. При наружной температуре, равной температуре корки клуба, тепловые излучения клуба и внешнего пространства одинаковы. По мере понижения внешней температуры тепловой контраст клуба будет возрастать, и будет увеличиваться мощность теплового излучения. Однако, как показывают исследования, на тепловое излучение клуба даже при низких внешних температурах расходуется мощность не более 2—4 Вт (Трифонов А.Д., 1991). Поскольку тепловое излучение нагретого тела происходит равнонаправленно во все стороны, то рассеяние тепловой мощности при этом осуществляется в сфере объема пространства, следовательно, рассеиваемая мощность на нагрев пространства будет резко падать (обратно третьей степени расстояния) по направлению от источника теплового излучения. По этой причине, а также из-за малой мощности тепловой энергии, расходуемой клубом на тепловое излучение, Нагрев внутриульевого пространства будет ограничиваться несколькими сантиметрами пространства вокруг корки клуба. За счет теплового излучения вокруг клуба будет возникать так называемая «тепловая сорочка» толщиной в несколько сантиметров, за пределами которой во всем остальном объеме внутриульевого пространства температура практически будет мало отличаться от наружной. Следует заметить, что за счет теплового излучения в пространство передается сухое тепло, не связанное с влагой воздуха. В таком аспекте это тепло является желательным для поддержания оптимального микроклимата в зимнем клубе. Это как раз то тепло, за которым «охотятся» пчеловоды, сильно сокращая гнездо. Однако «добыча» в этом случае никогда не может быть большой, а вот негативные последствия такого сокращения часто могут быть значительными, о чем более подробно будем говорить дальше.

Явление конвекции состоит в том, что нагретый источником тепла воздух, как более легкий, всегда будет подни­маться вверх в окружающем его более холодном воздухе. Это в полной мере относится и к зимнему клубу, из которого за счет явления конвекции теплый воздух будет устремляться вверх по всей поверхности, за исключением его нижней части. Это тепло будет вносить свой вклад в поддержание «тепловой сорочки» в верхней части клуба. Надо иметь в виду, что за счет явления конвекции из клуба выделяется влажное тепло, поскольку выдыхаемый пчелами теплый воздух всегда имеет высокую влажность. По этой причине это влажное тепло желательно из клуба удалять, так как излишняя влажность при зимовке хуже сухого холода.

Что же касается обогрева внутриульевого пространства за счет явления конвекции, то здесь надо иметь в виду, что на нагрев за счет конвекции расходуется почти такая же тепловая мощность, как и на тепловое излучение (Трифонов А.Д., 1991). Но при этом конвективное влажное тепло распространяется только вверх. При наличии хорошей восходящей вентиляции большая часть этого тепла вместе с излишней влагой будет уходить во внешнее пространство через верх улья. В этом случае говорить об обогреве внутриульевого пространства конвективным теплом не приходится.

Если восходящая вентиляция слабая или ее совсем нет, то конвективное тепло в виде влажного теплого воздуха будет «растекаться» по потолку. При этом будет происходить охлаждение влажного теплого воздуха, в результате чего начнется конденсация влаги на потолке и стенках в виде капель или изморози. В этой ситуации какая-то часть внутриульевого пространства, находящаяся под потолком, будет иметь температуру несколько выше наружной. Остальное внутриульевое пространство конвективным теплом

обогреваться не будет. Таким образом, ввиду названных причин за счет конвективного тепла может обогреваться только та часть внутриульевого пространства, которая непосредственно примыкает к верхней части клуба.

Из всего сказанного следует, что зимний клуб пчел очень слабо влияет на температуру внутриульевого пространства. Многочисленными исследованиями установлено, что во время зимовки пчелы поддерживают положительные температуры только внутри клуба и на его поверхности. Температура воздуха внутри улья не намного отличается от внешней температуры.

Выводы

  1. Тепловая энергия зимнего клуба пчел за счет явлений теплового излучения и конвекции образует вокруг клуба «тепловую сорочку» толщиной всего несколько сантиметров.
  2. За пределами «тепловой сорочки» температура внутриульевого пространства мало отличается от внешней температуры. Следовательно, зимний клуб пчел, ввиду своей тепловой маломощности, не способен обогревать все внутриульевое пространство.