Естественные и искусственные жилища пчел и их свойства применительно к зимовке

Основы пчеловодства / Зимовка пчел / Естественные и искусственные жилища пчел и их свойства применительно к зимовке

Страница 15

Определив характеристики отработанного воздуха, рассмотрим сам механизм воздухообменных процессов в дупле с пчелиным клубом. Для начала будем считать, что объем вдыхаемого и выдыхаемого клубом воздуха одинаков.

До наступления холодной погоды, пока пчелы еще летают, воздухообмен в гнездовой полости осуществляется в основном за счет активной вентиляции через леток пчелами-вентилировщицами. После образования зимнего клуба воздухообмен дупла будет осуществляться еще и за счет других факторов, о которых и пойдет речь ниже.

Поскольку дупло представляет собой замкнутую полость с открытым отверстием (летком), то в принятых нами условиях холодный воздух, как более плотный и тяжелый, будет поступать («вливаться») через нижнюю часть летка внутрь дупла. Там он будет постепенно заполнять нижнюю часть дупла и подниматься вверх, выдавливая более теплый и менее плотный отработанный воздух вверх.

Процесс заполнения дупла холодным воздухом будет продолжаться до тех пор, пока давление воздуха в верхней закрытой и теплой зоне дупла не уравняется с давлением воздуха в нижней холодной зоне. Такое устойчивое состояние наступит только тогда, когда наружный тяжелый воздух поднимется выше среза летка и закупорит, как поршнем, менее плотный теплый воздух клуба в верхнем герметическом объеме (рис. 3.6).

Высота своеобразного воздушного «затвора» (Ah) зависит от разности температур и плотностей воздушных масс в холодной и теплой зонах дупла.

В устойчивом состоянии, когда теплый воздух клуба будет закупорен вверху, нижняя часть дупла окажется заполненной воздухом с высоким содержанием кислорода и низким содержанием СО2 (как в атмосфере). В дальнейшем через всю площадь соприкосновения верхней теплой и нижней холодной зон, через границу их раздела, будет происходить диффузия газов и водяного пара. Это будет приводить к выравниванию концентраций газов и водяного пара в обеих этих зонах. Но при этом не будет происходить выравнивания температур в зонах, поскольку теплая зона находится вверху, а конвективное тепло вниз не распространяется. Площадь соприкосновения этих двух зон для диаметра дупла 25-30 см составляет соответственно 0,05-0,07 м2. Мои расчеты показывают, что в единицу времени только за счет диффузии через эту площадь в нижнюю часть дупла будет удаляться из клуба весь выделяемый за это же время углекислый газ и почти весь водяной пар.

Напомню, что суть явления диффузии состоит в выравнивании на молекулярном уровне концентраций одноименных газов, находящихся в двух соприкасаемых объемах. При диффузии не происходит механического перемещения потоков газа, поскольку выравнивание концентраций происходит на молекулярном уровне. Поэтому для явления диффузии не существует понятий «верх» или «низ», так как градиент происходящего выравнивания концентраций всегда направлен через границу раздела от объема с большей концентрацией газа в сторону объема с меньшей концентрацией независимо от того, как эти два объема будут расположены в пространстве. Так как разноименные газы химически не смешиваемы, то диффузия каждого из них будет происходить независимо, со своей скоростью и по своему направлению.

Поскольку воздухообмен за счет диффузии происходит самопроизвольно без участия пчел, то назовем такой механизм воздухообмена в дупле «пассивной фазой воздухообмена». В этой фазе воздухообмена пчелы используют свежий воздух, находящийся в нижней части дупла, Минимальная потребность пчелиной семьи из 20 тыс. пчел в свежем воздухе составляет 8 л в час. Объем нижней части дупла, в зависимости от его формы и диаметра, чаще всего колеблется в пределах от 50 до 150 л. После использования этого воздуха в гнезде начинает повышаться концентрация углекислого газа. При достижении за пределами клуба концентрации СО2 выше 3—4% пчелы начинают активное вентилирование гнездового пространства (Еськов Е.К., 1991). В результате этого в теплой верхней зоне дупла начинает повышаться избыточное давление воздуха и граница раздела теплой и холодной зон начинает опускаться вниз. Теперь уже теплый воздух, как имеющий более высокое избыточное давление, начинает вытеснять вниз холодный воздух. Как только граница раздела достигнет верхнего среза летка, отработанный теплый воздух, выходящий через продух в нижней части клуба, получит возможность дальнейшего беспрепятственного выхода наружу через верхнюю часть летка.