пчела


Пчеловод.КОМ

О механизме самообогрева пчелиной семьи

В настоящее время в пчеловодстве существует предложенная Э.Ф.Филлипсом теория зимнего клуба пчел, согласно которой клуб состоит из наружной, более плотной обочочки из неподвижно сидящих пчел и сердцевины, где они находятся в постоянном движении и за счет своих мускульных усилий вырабатывают тепло. Существует постоянное перемещение пчел из оболочки в центр и, наоборот, из центра в оболочку.

При понижении внешней температуры клуб все более и более сжимается, а его температура повышается. При повышении внешней температуры клуб расширяется, его температура падает.

Оболочка или, как авторы ее называют, скорлупа является хорошим теплоизолятором и не допускает потери тепла.

Однако эта теория, несмотря на ее всеобщее признание, содержит ряд спорных моментов.

1. Прежде всего, неправомерно приписывать выработку тепла лишь центральной части клуба - «тепловому центру». Пчелы, находящиеся на периферийной части, также являются живыми организмами, которые в результате своей жизнедеятельности выделяют метаболическое тепло, идущее на обогрев клуба. Н.ЕксН (1960), наклеив на тело пчелы термопары и выпустив ее в клуб, так чтобы она могла перемещаться с периферии в центр и обратно, установил, что при любом местонахождении температура пчелы превышала окружающую. В соответствии с законами термодинамики, пчела, температура которой превышает окружающую, отдает тепло.

2. Работами D.Burchardt (1954), H.Esch (1964), M.Roth (1969) установлено, что производство тепла пчелами осуществляется за счет микровибраций мышц груди, которые визуально незаметны и могут быть обнаружены лишь с помощью специальной аппаратуры. При видимых же движениях пчел и их органов заметного выделения тепла не наблюдается, так что приписывать пчелам, движущимся в центре клуба, роль «отопителей» нет основания.

3. Никак нельзя согласиться с мнением, что «оболочка» клуба является хорошим геплоизоля тором и специально создается пчелами для сохранения тепла, выработанного в центре.

Если бы корка клуба действительно выполняла роль теплоизолирующей оболочки, то в соответствии с закономерностями теплопередачи на границе между нагретой зоной и наружной стороной оболочки наблюдался бы большой градиент температуры. Однако этого никто из исследователей не обнаружил. Г.С.Жданова (1962), исследовавшая температурное поле зимнего клуба, прямо отмечает, что температура в толще клуба плавно понижается с 25 до 12-10°.

Нами проведены измерения эффективной теплопроводности слоя пчел при различной степени его уплотнения. В результате установлено, что с повышением плотности теплопроводность слоя не только не уменьшается, но даже возрастает.

4. Возможности расширения-уплотнения, как метода регулирования теплового режима семьи, вопреки распространенному мнению, ограничены. Если, следуя О.С.Львову (1954, 1955), уже при -3,5 половина пчел занимает почти все свободные ячейки, а вторая половина размещается в межсотовом пространстве, объем которого в 2 раза меньше. Можно положить, при минус 5-6 уплотнение достигнет своих пределов.

Но нашему мнению, гнездо пчел вообще и зимний клуб в частности объективно следует рассматривать как гетерогенную систему с внутренними источниками тепла. Такая система включает в себя соты, запасы кормов, расплод, воздух и особей. Источниками тепла в такой системе являются сами пчелы, выделяющие тепло в результате своей жизнедеятельности.

Системы с внутренними источниками тепла в природе широко распространены - копны сырого сена, вороха зерна, насыпи плодов и овощей, да и сами плоды.

Характерной особенностью всех этих систем является повышение температуры в направлении к их центру (Г.Карслоу, Д.Егер, 1964; А.В.Лыков, 1967). Даже при небольшой мощности тепловых источников температура в центре может достичь большой величины и даже привести к возгоранию.

Несомненно, пчелы в процессе эволюции воспользовались этим природным явлением и хорошо вписались в него. Обладая поведенческой терморегуляцией, особи при понижении внешней температуры мигрируют в наиболее нагретое место, образуя гроздь или тот же клуб. Обычно таким местом является расплод, а при его отсутствии - какая-либо зона с повышенной температурой.

Как только пчелы собрались в «кучу», сами собой создаются условия для их нормальной жизнедеятельности. Температура в таком образовании, как и следует из теплофизики, неодинакова, в центре она выше, чем на поверхности, однако и на поверхности она выше, чем температура окружающей среды.

Как отмечает М.Линдауэр (1960), каждая особь ведет себя в семье, сообразуясь с теми микроусловиями, которые ее окружают. Там, где температура выше 13°, пчелы находятся в активном состоянии, двигаются, что было квалифицировано Э.Ф.Филлипсом как тепловой центр. Там, где температура 13° и ниже, пчелы в силу их физиологии неподвижны, и эта неподвижность создает впечатление оболочки. Израсходовав запасы корма, пчела вынуждена пробиваться в зону, где она может набрать корм в зобик, однако оставаться там долго не может из-за «выталкивания» другими особями, а также из-за высокой концентрации диоксида углерода и водяных паров, а если температура здесь поднялась выше 36°, то и из-за высокой температуры.

Когда из-за потерь тепла температура поверхности клуба падает ниже критической (обычно 5-6°), и когда прекращается всасывание углеводов в кишечнике, пчелы уходят внутрь - клуб сокращается.

Аналогичная картина наблюдается и в летнем гнезде пчел. Там, где надо поднять температуру, например, в области расплода, пчелы концентрируются, температура повышается.

Интерпретация пчелиного гнезда, как образования с внутренними источниками тепла в совокупности с физиологией и поведенческими реакциями пчел, позволяет объяснить и спрогнозировать целый ряд процессов в семье, которые трудно поддаются экспериментальному исследованию.

Если с учетом ряда упрощающих предпосылок гнездо можно представить в виде твердого тела, имеющего соответствующую форму, размеры и соответствующие эффективные характеристики, как это принято в теории теплообмена, то в установившемся состоянии его температурное поле может быть описано уравнением:

δ2t+W/λ=0
Где: δt=∂ 2t/∂ x2+∂ 2t/∂ y2+∂ 2t/∂ z2 - оператор Лапласа;
t – температура в какой-либо точке, град.;
x,y,z – координаты этой точки;
W – удельная мощность тепловых источников, Вт/м3;
λ - эффективный коэффициент теплопроводности гнезда пчел, Вт/м*град.

Однако, для решения конкретных задач это уравнение должно быть дополнено условиями однозначности: геометрическими, указывающими форму тела; физическими, указывающими физические свойства системы; граничными, определяющими условия теплообмена на границе.

Если, например, гнездо пчел представить в виде параллелепипеда с граничными условиями первого рода, когда задана температура внешней поверхности гнезда, температура в его центре может быть определена по формуле Н.М.Дульневой (1966):

tц= tпов+P/Vλ(lz/2)2C
где: tпов - температура поверхности гнезда;
lz - половина высоты гнезда;
P – общее тепловыделение семьи
V – объем гнезда
С - величина, определяемая суммой рядов в решении уравнения.

Из формулы следует, что в центре гнезда температура tпов превышает поверхностную на величину P/Vλ(lz/2)2C .

Для условий гнезда пчел, содержащихся в 10-рамочном улье с высотой рамки 300 мм (величина С = 0,3; lz= 0,16 м; = λ 0,1 Вт/м*град), температура в центре гнезда будет равна:

tц= tпов+P/5V.

Как следует из этого выражения, у пчел имеются две возможности воздействовать на температуру гнезда: суммарное тепловыделение Р и объем гнезда V.

Вполне очевидно, поддержание необходимой температуры посредством общего тепловыделения связано с расходованием кормов, что расточительно по сравнению с изменением объема или расширением и сокращением гнезда.

Применяя изложенный подход, можно, как уже отмечалось, спрогнозировать в гнезде различные ситуации. Рассмотрим, например, тепловую напряженность пчел в период зимовки в семьях разной силы при максимальном их уплотнении, исходя из того, что на поверхности клуба им необходимо поддержать температуру 13°, а в центре 33°. Опустив математические выкладки и считая максимальную упаковку пчел в клубе соответствующей упаковке сотовых ячеек, можно получить выражение для удельного расхода энергии на обогрев зимнего клуба пчел.

W=12/R2Вт/м3
где: R - радиус клуба, м.

На основе этого выражения нами произведены расчеты затрат тепла на обогрев клуба в семьях разной силы.

Результаты расчетов приведены в таблице.

Расчетные энергозатраты на обогрев клуба в семьях разной силы

121086421
Число улочек пчёл, шт.Число пчел, тыс.Объем клуба, м3*10-3Диаметр клуба, мW, Вт/м3Выделение тепла одной пчелой, мВтВыделение тепла семьёй
309,850,267100,236,99
258,210,257680,256,30
206,560,239070,305,90
154,920,2110880,365,35
103,280,1814810,484,86
51,640,1424480,804,01
2,50,820,1233331,092,73

Из таблицы следует, общее тепловыделение семьи, как и вполне очевидно, с увеличением ее живой массы возрастает с 2,73 до 6,99 Вт или в 2,5 раза при увеличении силы семьи с 1 до 12 улочек. Средние же затраты энергии, приходящиеся на одну пчелу, возрастают с уменьшением живой массы пчелиной семьи более резко - с 0,23 до 1,09 мВт или в 4,7 раза. Приведенное в таблице тепловыделение семьи силой 8 улочек составляет 5,9 Вт. Полученное нами экспериментальное значение величины тепловыделения при температуре -5° составляет 7,5, что довольно близко к расчетному.

А.И.Касьянов
НИИ пчеловодства


пчеловодное оборудование

orest 2017-07-31 10:25:25
Думаю автор старался приблизится к условиям решения залачи о повидении пчел зимой. Иногда вроде успешно. Но предлогаемое решение весьма упрощено. пчеловода всегда используют формулировку клуб. Это ошибочный подход. В действительности, это вытянутый цилиндр с живым организмом. Соответственно, задача должна решаться для цилиндра и сферы, в конечной ее части. Хотя, мне нравится данный подход автора.

[Ответить] [Ответить с цитатой]
↑ 0 ↓
Анатолий 2012-03-27 17:44:21
я начинающий пчеловод по этому мне интересно и полезно, спасибо пишущим пчеловодам.

[Ответить] [Ответить с цитатой]
↑ +6 ↓

Страницы: [1]

Оставить комментарий

Ваше имя:
Ваша почта:

RSS
Комментарий:
Введите символы: *
captcha
Обновить




  


пчеловодное оборудование