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 теплопроводностивозникает 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 конвекциисостоит 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.