III. ДИФФУЗИЯ В УЛЬЕ. Ранее мы рассмотрели некоторые перспективы удаления воды при помощи вентиляции и влагоемкости. Может ли диффузия стать еще одним способом ее удаления? По этому поводу на страницах журнала ведется яростная дискуссия. В.Янцен (ж-л «Пчеловодство» №6, 1998) считает диффузию в улье возможной и важной, М.Кошин (ж-л «Пчеловодство» №8, 2003) — совершенно невозможной, потому что «в пчелином гнезде воздух, пары воды и углекислый газ представляют однородную смесь газов». Для того чтобы без эмоций найти объяснение, обратимся опять же к энциклопедии. Читаем: «Диффузия — взаимное проникновение соприкасающихся веществ друг в друга вследствие теплового движения частиц вещества. Диффузия происходит в направлении падения концентрации вещества и ведет к равномерному распределению вещества по всему занимаемому им объему» (БСЭ, т. 8, с. 344).
Применительно к нашему случаю это значит, что если концентрация паров воды в воздухе везде одинакова (как в качестве исходной предпосылки предполагает М.Кошин), то действительно ее нет. Между тем в улье и пары воды, и углекислый газ накапливаются не равномерно во всем объеме, а только около клуба пчел, а уже затем распределяются и удаляются. Так что полностью отрицать диффузию нельзя. Она может быть незначительной количественно, но качественно всегда присутствует. То обстоятельство, что помимо диффузии существует еще конвекционный механизм перемешивания газов, не является основанием для полного ее отрицания.
Из теплотехники известно, что конвекция воздуха между двумя плоскими поверхностями существует во всех случаях, кроме того, когда более теплая поверхность находится вверху. Такие условия в первом приближении существуют в воздушном промежутке между рамками с клубом пчел х1 и дном улья х2 на представленном рисунке. Путь диффузии d = х2 – х1. Поскольку параметры воздуха — его температура t°С и относительная влажность а при координатах х1 и х2 — нам известны лишь ориентировочно, то возможна лишь качественная оценка роли диффузии. Проведем расчет для двух вариантов начальных условий.
Вариант 1. Улей — стандартный, d=240 мм, t1 = 10°C, а1 = 90%; t2 = 0°C, а2 = 70%. Такая относительная влажность воздуха при этой температуре заведомо обеспечивает переход влаги из воздуха в древесину, имеющую относительную влажность 11–12% (БСЭ, т. 8, с. 484). Эти параметры древесины соответствуют средним равновесным значениям, предположительно сохранившимся с лета. При выбранных параметрах абсолютная влажность воздуха составляет 8,45 г/м3 вверху и 2,66 г/м3 внизу. Вертикальный градиент концентрации паров воды в воздухе гр. С получится равным 21,1 х 10–3 кг/м4. Удельный (на 1 м2 сечения) диффузионный поток j определим по закону Фика:
где D — коэффициент диффузии паров воды в воздухе, равный 0,23 x 10–4 м2/с.
Найдем общий диффузионный поток G на дно улья сечением S (S = 0,45 x 0,45 = = 0,2 м2): G = jS = 0,96 x 10–7 кг/с = = 0,248 кг/1 мес = 1,5 кг/6 мес. Это величина незначительная, если пчелы зимуют на воле, съедают 15 кг меда и соответственно выделяют 10,2 кг воды. Это величина заметная, если пчелы находятся в зимовнике, съедают всего 5 кг меда и выделяют только 3,4 кг воды.
Вариант 2. Предположим, что в корпусе под гнездом размещен ящик с сухим мхом, который поглощает воду не хуже древесины. Примем для этого случая d = 24 мм, остальные параметры такие же, как в варианте 1. Тогда G = 2,48 кг/1 мес = 15 кг/6 мес.
Полученные результаты вследствие большой неопределенности исходных данных и условности самой физической схемы довольно приблизительные. Они лишь иллюстрируют потенциальные возможности диффузии. Вероятная ошибка в сторону преувеличения параметра G возможна из-за снижения поглощающих свойств древесины под воздействием диффузионного потока. Тем не менее из-за паропроницаемости стен и удаления влаги с наружной поверхности улья (ж-л «Пчеловодство» №5, 2000) эффект диффузии не будет сведен к нулю.
Ошибка в сторону преуменьшения параметра G возможна из-за движения воздуха в подрамочном пространстве. Односторонний нагрев (солнцем), охлаждение (ветром), несимметричное размещение пчел и их перемещение способны вызвать это движение. Даже незначительная циркуляция воздуха в подрамочном пространстве может резко увеличить эквивалентную величину S и уменьшить величину d, что приведет к увеличению параметра G.
Точно так же, как пары воды, может диффундировать и углекислый газ. Игнорирование многими авторами процессов конвекции и диффузии ведет к появлению необоснованных схем вентиляции, в которых углекислый газ «как более тяжелый, самостоятельно» выходит через леток навстречу (!?) основному потоку воздуха, не смешиваясь с ним. Налицо — наделение газов отсутствующими у них свойствами несмешивающихся жидкостей с различной плотностью.
Следовательно:
1. Диффузия паров воды в улье существует и может наряду с конвекцией обеспечить транспорт влаги как к проходящему потоку внешнего воздуха, так и к элементам внутренней влагоемкости.
2. Численные значения величины диффузионного потока таковы, что представляется обоснованным размещение опытными пчеловодами корпуса со мхом под гнездом пчел.
Л.Г.СУХОДОЛЕЦ
Москва
Адрес редакции журнала "Пчеловодство":
