3. При отсутствии теплопередачи движущимся воздухом (конвекции) сверху вниз тепло в этом направлении может передаваться лучеиспусканием.
Теплопередача будет определяться не расстоянием от теплопередающей к тепловоспринимающей поверхности, как в случае теплопроводности и конвекции, а их формой и взаиморасположением.
Мощность, излучаемая нагретой поверхностью, определяется законом Стефана–Больцмана. Удобная для применения в окрестности 0°С формула его имеет вид:
P = εφf(t1,t2)(t1 - t2)S, где Р – излучаемая мощность; S – площадь излучающей поверхности (пчел); t1 – температура пчел; t2 – температура тепловоспринимающей поверхности — пола улья; f(t1,t2) — табличная функция; ε – безразмерная приведенная степень черноты излучающей и тепловоспринимающей поверхности; φ – коэффициент облученности.
Безразмерный коэффициент облученности φ зависит от геометрических размеров тела и может изменяться от 0 до 1. Он определяет, какая доля мощности, излученной поверхностью 2 (пчелами), попадает на поверхность 1 (холодное дно улья). Схема лучевого теплообмена между пчелами, сидящими в самом низу рамок, и холодным дном улья приведена на рисунке 2.
Пренебрегая потерями на краях системы, что эквивалентно предположению, что φ = 1 и, считая, что темная и шероховатая поверхность живых и мертвых пчел на дне соответствует приведенному коэффициенту черноты ε = 0,8, можно определить излучаемую обитательницами улья мощность. Предположим, что поверхность клуба в улочках имеет температуру t1 = 10°С, их площадь составляет 30% от площади сечения гнезда в улье Дадана (S = 0,06 м2).
Предположим, что семья зимует на воле и температура дна t2 = –10°C. В данном случае потери тепла на излучение вниз составят 4,2 Вт. Это заметная величина, если принять во внимание, что общее производство тепла пчелиной семьей в зимних условиях находится в пределах 10–25 Вт (А.И.Касьянов, ж-л «Пчеловодство» №2, 2003). Для дупла диаметром 35 см эта величина равна 2,1 Вт.
Неблагоприятная ситуация в начале зимовки, представленная на рисунке 2, когда пчелы излучают тепло непосредственно на холодное дно, значительно улучшается по мере движения клуба вверх (рис. 3). В этом случае преобладающая часть теплового излучения насекомых, находящихся в улочке, будет направлена не на холодное дно, а на пустые соты, обладающие малой теплопроводностью и теплоемкостью.
Соты нагреются этим излучением почти до той же температуры, что и поверхность клуба, и защитят гнездо снизу. Ведь конвекция воздуха в пространстве, заполненном пустыми сотами, отсутствует как в соответствии с пунктом 1, так и потому, что эти соты ее предотвращают. Теплопроводность же самих пустых сотов (вниз и вбок) очень мала, особенно если принять во внимание большие расстояния для движения потока тепла в этих направлениях.
В случае размещения клуба пчел в средней и верхней части рамок лучевой контакт между поверхностями с температурами t1 и t2 уменьшится примерно во столько раз, во сколько раз угол ψ на рисунке 3 меньше 180°С. Оценки по реальным геометрическим размерам улочек, клуба и подрамочного пространства высотой 230 мм дают коэффициент облучения φ менее чем 0,05 (Р<0,2 Вт). В этом случае с потерями тепла на излучение вниз практически можно не считаться.
Ясно, чем выше сидят пчелы и чем больше поверхности пустых сотов внизу, тем лучше. Узковысокий улей имеет явные преимущества перед низкошироким в части излучения тепла вниз. Размещение под гнездом пустого корпуса с пустыми сотовыми рамками принесет только пользу. Таким образом, можно сделать следующие выводы.
1. Вследствие отсутствия конвекции в подрамочном пространстве при тепловом потоке сверху вниз увеличение его размеров не ведет к значительному охлаждению гнезда, даже если в нем нет пустых сотов.
2. Теплопотери гнезда пчел на излучение вниз резко уменьшаются при наличии там пустых сотов. В дупле они (освободившиеся или недостроенные) всегда есть, а в улье пчеловоды их систематически удаляют. А зря!
3. Пустые соты внизу гнезда, имеющие, как известно, низкую теплопроводность, выполняют не только функцию отражения тепла, но и предотвращения конвекции в подрамочном пространстве. Поэтому увеличение подрамочного пространства, заполненного пустыми сотами, не только не увеличивает теплорассеяние клуба пчел, но и служит дополнительной термоизоляцией.
4. При большом подрамочном пространстве, существующем в дупле всегда, вероятность возвращения клещей, упавших на глубоко расположенное холодное дно, очень мала. Дупло лечит от клеща, и улей тоже может…
Л.Г.СУХОДОЛЕЦ
Москва
Адрес редакции журнала "Пчеловодство":
