Что происходит в зимнем клубе? Опции

[Игорь Викторович]

Как понять, что происходит в зимнем клубе, какие звенья нужно для этого рассмотреть, чтобы разговор был предметный, а не эмоционально-бытовой?
Просто объяснить куда идут воздушные потоки, вверх или вниз или и вверх и вниз одновременно - практически ничего не дает для понимания этого сложнейшего многокомпонентного процесса!
КОПЬЯ МОЖНО ЛОМАТЬ БЕСКОНЕЧНО!
На основе того, что предложил В.Г. Маршаков, хочу наметить путь для решения этой сложнейшей задачи!
Цель этой работы выявить (а в идеале уметь рассчитывать) оптимальные для пчел условия зимовки!

Для простоты понимания разобьем задачу на этапы, из решения которых она состоит:

1. Вычислить мощность термогенеза (ВГ дал понимание, но не сделал вычисление)
В клубе пчел нет теплового ядра как некоего центра терморегуляции. Процесс термогенеза осуществляется в объеме клуба из многих точек через теплопроводность сот. Пчелы не греют воздух, пчелы греют дифференцированно соты. Крайние рамки клуб в норме не занимает, крайние соты - это тепловой щиток.
Для чего нам нужно знать мощность термогенеза? Для расчета пространственного положения точки росы (при определенном материале стенок улья) и для расчета достаточной массы пчел в данном сечении улья, ибо при достижении самой низкой критической температуры для нашего региона нижние пчелы в клубе достигнут температуры холодовой комы). Этим положением он кстати опровергает так называемую «теорию дутья»! Иначе, если бы пчелы могли направленно дуть теплом вниз, то для нижних пчел клуба не было бы критично охлаждение! Смотри замеры температуры отделов тела зимующих пчел в клубе Stabentheiner (1987, 2003, 2005).

2. Расписать процессы газодинамики (полностью расписал ВГ)
Углекислый газ в смеси газов с реальным парциальным давлением обладает:
1. максимальной молекулярной массой;
2. значительным потоком излучения в красном диапазоне;
3. способностью образовывать нестойкие водородные связи с молекулами воды и тем больше и прочнее, чем ниже его температура.
Вследствие перечисленного, углекислый газ в поле сил тяжести опускается вниз, излучая энергию теряет температуру и образует с водой смесь быстро оседающую вниз. Именно такая вода и вытекает в сильные морозы из летка. Сколько воды может быть выведено таким образом? Расчет и модельные опыты подтвердили результат - 1:1. Но это требует особой конструкции улья.
Многие понимают вентиляцию как нечто принудительное. Понимая, что теплый воздух, даже насыщенный парами воды до абсолюта легче холодного (холодный всегда меньше содержит влаги, а следовательно более тяжелый - пары воды самая легкая фракция газовой смеси под названием воздух), ), начинают задирать голову вверх - а где тут вентиляция. Не замечая, что рассуждают о УВЕЛИЧЕНИИ энергозатрат клуба. Компоненты газовой смеси ведут себя по разному в поле сил тяжести (опыты Лошмидта 1865 года). Диоксид углерода уходит вниз таща за собой пары воды, разделяясь под клубом в буфере. Вверху локально возникает понижение парциального давления, которое компенсируется подводом кислорода снизу (еще один компонент газовой смеси). Азот и прочие не изменяются. Но для такого процесса необходим герметичный купол и пространство ниже клуба для газообменных процессов у летка.
Наружный и внутриульевой воздух под клубом КАЧЕСТВЕННО отличаются по физико-химическим характеристикам из за разного, в десятки раз, содержания углекислого газа. Последний опускаясь тащит за собой пары воды за счет гидратации. Если под клубом есть свободная зона, происходит разделение. Пары воды вымораживаются, а угл. газ стекает дальше. Если такой зоны нет, как в даданах, можно довольно часто наблюдать любопытную картину - вытекание воды из летка при определенных температурно-влажностных условиях. Это происходит в силу того, что жидкость насыщена гидрокарбонатом полученным при диссоциации угольной кислоты в момент конденсации паров воды. Эта жидкость имеет более низкую точку замерзания нежели обычная атмосферная влага.
Пчелы дышат (респирируют) циклически. Нет у них особой природы дыхания.
Во-первых, парциальное давление углекислого газа в области термогенерирующих пчел возрастает в среднем в 130 раз, в то время как кислорода уменьшается лишь в 1,4 раза. Это "выдох" термогенерирующего клуба.
Во-вторых, "вдох" происходит при падении температуры клуба на его нижней границе, что приводит к ускоренному выводу углекислого газа и СВЯЗАННЫХ с ним паров воды вниз в поле сил тяжести с отдачей энергии излучением.
В-третьих, пары воды(не связанные с СО2) прорвавшиеся вверх с нагретыми потоками воздуха с низким содержанием углекислого газа стекают по бокам. Клуб именно дышит: вдох и выдох формирует РАЗНЫЕ потоки составляющих смесь газов. Клуб действительно "дышит", это видно даже на движении изотерм. Дышит – но не дует!
Количество выделяемых паров зависит от уровня термогенеза и от скорости выделения СО2, при пульсации целопульса - поскольку в трахеолах ВСЕГДА 100% влагосодержание. Результаты, полученные в процессе мониторинга пульсации гемоцеля (первичная полость тела, заполненная гемолимфой) (Sláma, 2008).У насекомых и особенно пчел зимой терморегуляция полностью блокирована термогенезом (проще говоря пчелы при этом не потеют) и результат термогенеза влияет на: температуру термогенерирующих пчел, энергию респирации, соответственно, газодинамику(по массе выделенных газов, их энергии и месту).

3) Понятие о холодовой коме (сделал ВГ)
Холодовая кома по определению Голлера-Эша (Goller, Esch, 1990) – это температура грудного отдела, при которой потенциал возбуждения грудных мышц практически равен нулю. Для медоносной пчелы Apis mellifera L. она составляет у рабочих особей 10.5-11.9 . Другим важным признаком перехода к холодовому оцепенению является температура грудного отдела, при которой амплитуда потенциала возбуждения составляет 50% от такового значения при 25 (соответствует пороговой температуре, при которой мышцы могут практически мгновенно перейти в режим термогенерации), а продолжительность – в 2 раза больше. Нахождение пчел с температурой грудного отдела 7-12 более 10-12 часов приводит к необратимым последствиям. Без ВНЕШНЕГО фактора возврат невозможен. У пчел это граница на уровне 10-12 градусов темп. тела. Пчелы нижней части корки находятся на границе холодового шока, с уровнем метаболизма поддерживающим температуру грудного отдела около 15 градусов. При приближении к 12-13 градусам подают сигналы терморегулирующим пчелам, находящимся при температуре грудного отдела 20-25 градусов. Если отклика нет впадают в состояние холодового оцепенения, нижняя граница которого на уровне 4-5 градусов. Но длительно находиться в таком состоянии не могут - тип метаболизма меняется кардинально. Так что пчелы находятся между двумя состояниями холодового шока и термоактивного. Анабиоза нет.
Холодовая кома влияет на способ, которым осуществляется газообмен. У пчел при температуре тела ниже газообмен протекает непрерывно, за счет общей диффузии, при и выше газообмен переходит к прерывистому дыхательному циклу, но лишь по достижении температуры более процесс дыхания сопряжен с активным сокращением брюшка и возможностью минимального термогенеза (Lighton, Lovegrove, 1990). Это является причиной стабильного и низкого уровня метаболизма у пчел в интервале температур . Дыхательный коэффициент в указанном интервале температур RQ=0.864, что указывает на метаболизм смешанного типа, основанный не исключительно на углеводах, как это происходит в период активного термогенеза (Rothe, Nachtigall, 1989), но с использованием в окислительных процессах до 45% жирных кислот.

4) Вывод точки росы за пределы клуба (ВГ дал понимание, но не дал формул и не сделал расчет)
Точку росы за пределы клуба в условиях "пыжа" вывести невозможно ни при каких температурно-влажностных режимах; а при сильных морозах "лед будет давить пчел".
Вывод точки росы за пределы клуба имеет смысл лишь при наличии зоны раздела двух сред (воздушных), где и просчитывается точка росы. Гениальная подсказка к этому дана в конструкции улья Кована, получившего в 1888 году золотую медаль на выставке Британского общества пчеловодов, и не осознанная до сих пор.
В улье должно быть несколько зон раздела воздушных сред, иначе точка росы будет на контактирующей поверхности. Для клуба важны , критичны условия фазового перехода в интервале температур 10-30 градусов. В состоянии покоя 8-10 градусов. Именно здесь проходит грань возникновения сырости при данном термогенезе клуба и температурой и влажностью наружного воздуха.
Нет, никакой особой температуры начала конденсации пара, т.е. фазового перехода. Есть условия фазового перехода при любой температуре, а именно содержание (количество) паров в воздухе. И то, что при конденсации происходит небольшой скачок температуры не дает основания говорит о температуре точки росы.
Нет никакой особой температуры для точки росы. Есть температура при которой БУДЕТ достигнута точка росы при данной относительно влажности при изменении данной температуры. Каждое значение влагосодержания имеет свою точку росы. И все.
Утеплив стенки улья пенополистиролом мы не провели утепление улья в смысле его нагретости, но изменили теплофизические характеристики оболочки. То есть увеличили скалярное значение вектора и уменьшили градиент.
Эта задача в расчетном плане решается в три этапа:
1. характеристика мощности термогенеза пчел;
2. величина и скорость изменения наружная температура воздуха;
3. теплофизические характеристики оболочки (улья).
Поскольку каждый из этих параметров может иметь десятки значений, то методом перебора нам придется исследовать несколько миллионов вариантов, что практически невозможно.

5) Размеры летка (ВГ обосновал для своих размеров улья, равен 300х10мм)
Размеры летка не критичны в случае:
1. глухой потолок,
2. объем позволяет иметь большое, не менее четверти улья, подклубное пространство,
3. масса пчел достаточна для улья данного сечения и высоты для удержания температуры в нижней зоне клуба выше температуры холодового шока.
ВГ обосновал массу пчел необходимую для его размеров улья! Нормально биологически развитая семья отпускает в зиму 30-35 тысяч пчел или 3,5-4,0 кг пчел. Если их менее 2,5 кг - это слабая семья. Если в зиму ушло 3,5 кг пчел, сформировав клуб в сечении на 8 рамках (9 улочек), то он будет занимать 2,5 корпуса на 150 мм. Крайние улочки не занимает. Весной такой клуб имеет по бокам прогретые медовые и белковые запасы, что не требует прогрева дополнительного объема.
Энергозатраты и расход корма резко, почти скачкообразно повышается с появлением расплода, но к этому моменту клуб в норме окружен (по крайней мере его верхняя часть) медоперговыми сотами, а пчелы не участвовавшие в терморегуляции готовы к выкармливанию расплода по нарастающей. В таких семьях к 20 апреля у меня до 35-40 тыс. печатного расплода.



Этих положений достаточно, чтобы прогнозировать состояние зимующей семьи в конкретном улье и позволяют оптимизировать как конструкцию улья, так и технологию.

Из всего этого видно, что нужен только предметный разговор, то есть расчет с конкретными цифрами и с учетом всех перечисленных компонентов (возможно еще каких-то!
А простой спор: кто прав, а кто не прав, ничего кроме разочарования не принесет!
Нужен Специалист с соответствующей междисциплинарной подготовкой.... ау

Сообщение отредактировал Игорь Викторович - 4.3.2015, 23:58

[Игорь Викторович]

Хотя данная статья пролежала на полке 84 года, но информация сообщенная В.И. Полтевым, на мой взгляд актуальна и сейчас!
Возможно мы ищем ответ на вопрос успешности зимовки не в той плоскости?
Вся суть не в соответствии внутренних размеров улья размерам зимующего клуба (около 30-35см) и утепления стенок улья,
а в умении отвести избыточную влагу и углекислоту от клуба!!!
Это можно сделать разными методами, но лучший из них на мой взгляд - ОГРОМНОЕ ПОДРАМОЧНОЕ ПРОСТРАНСТВО!


О ПРОИСХОЖДЕНИИ ЗИМНЕГО ПОНОСА У ПЧЕЛ

Заболевание пчел поносом в сырых помещениях известно давно. Известно также, что зимний понос способствует развитию заразных болезней пчел (нозематоз, паратиф, септицемия) и что в результате поноса и болезней пчелы к концу зимы или весной слабеют, а иногда гибнут.
Однако в специальной литературе совершенно не освещено происхождение зимнего поноса пчел при содержании их в сырых, влажных помещениях.
На этот важный вопрос, имеющий большое практическое значение, проливают свет новые взгляды в литературе по физиологии насекомых на роль ректальных желез. В последние годы развивается такое же представление о роли заднего отдела кишечника насекомых, какое давно установлено в отношении роли прямой кишки у млекопитающих и клоаки у пресмыкающихся и птиц. Известно, что у названных групп животных задний отдел кишечника всасывает воду из неперевариваемых остатков содержимого кишечника. Эта вода направляется в кровяное русло.
Кишечник, как правило, освобождается лишь после того, как экскременты приобретают более или менее плотную консистенцию благодаря всасыванию в организм воды.
Стенка заднего отдела кишечника насекомых с внутренней стороны выстлана хитином, препятствующим всасыванию воды. Зато, согласно новым данным, способность всасывания влаги сконцентрирована в ректальных железах.
Если допустить, что такую же роль выполняют и ректальные железы пчел, то становится понятным механизм зимнего поноса пчел, наблюдаемого в сырых помещениях.
Известно, что одна пчелиная семья в среднем в течение нелетного зимнего периода (поздняя осень и зима) съедает не менее 5 кг меда. Хороший цветочный мед содержит около 20% воды, 75% инвертированного сахара (глюкозы и левулезы), небольшое количество сахарозы (1-2%) и других веществ (другие сахара, белки, неорганические соединения и ароматические вещества). Поедаемый мед сгорает в организме пчелы до воды и углекислоты с оставлением в кишечнике некоторого непереваримого остатка.
Из одной весовой единицы съеденного пчелами меда образуется 45% воды, плюс вода, которая содержится в меду, т.е. 45+20=б5%, другими словами из 1 кг меда образуется 650г воды, а из 5кг съеденного меда одна семья в течение зимы образует 3,25 литра воды.
Если принять средний вес зимующей семьи в 3 кг (30 000 особей), то в организме каждой пчелы накопляется 0,108 г воды (3,25кг: 30 000), что превышает вес самой пчелы; это количество воды пчела не в состоянии удержать в своем организме до весны.
Образующаяся в организме насекомого вода имеет два естественных оттока: через мальпигиевы сосуды в задний отдел кишечника и через дыхательную систему.
В сыром помещении, где относительная влажность близка к 100%, выделение влаги через дыхательную систему организм пчелы сводится почти к нулю, так как вдыхаемый пчелами воздух полностью насыщен
влагой. Вся вода, которая накапливается в организме пчелы в процессе сгорания меда имеет единственный отток через мальпигиевы сосуды в каловый пузырь. Благодаря тому, что отток воды через дыхательную систему прекращен, в организме пчелы создается повышенная концентрация воды что очевидно, делает организм более восприимчивым к заболеваниям и неизбежно влечет к меньшему отсасыванию воды из прямой кишки в гемолимфу. В результате испражнения от избытка воды становятся более водянистыми и объемистыми и быстро переполняют кишечник, это приводит к пагубным для пчел зимним поносам.
В тех случаях когда пчелы зимуют в сухом помещении, т.е. когда окружающий пчел воздух имеет малую относительную влажность, из организма пчелы выделяется через дыхательную систему большое количество воды, так как пчелы вдыхают более сухой воздух, а выдыхают более влажный. Вследствие этого та вода, которая выделяется через мальпигиевы сосуды в прямую кишку лучше всасывается ректальными железами. В результате содержание кишечника будет более плотной консистенции и меньше по объему и весу. Благодаря этому пчелы спокойно зимуют и удерживают содержимое кишечника до весенней выставки из помещений.
Практически очень трудно создать помещение, где бы относительная влажность была очень низкой, так как пчелы беспрерывно выделяют большое количество воды. При построении зимних помещении для пчел необходимо заботиться о том, чтобы создать максимальную сухость его и максимальную способность, удаления образующейся влаги.
Понизить влажность в омшаннике можно двумя путями:
1. Удаление влаги физико-химическими поглотителями: негашеной известью, хлористым кальцием, серной кислотой, золой, торфом, опилками, активированным древесным углем др. Этот путь борьбы с влажностью в омшанниках в пчеловодной практике почти не испытывался, но он безусловно даст хорошие результаты.
2. Удаление влаги регулярной вентиляцией омшаников — известный пчеловодам путь борьбы с влажностью. Влажность помещений зависит не только качества грунта и близости подпочвенных вод, но и от той влаги, которую на протяжении всей зимовки выделяют пчелы. Поэтому необходимо регулярно, на протяжении всей зимы, бороться с влажностью. Однако надо учитывать, что обмен воздуха помещения путем вентиляции будет понижать влажность только в том случае, если в омшанике температура воздуха будет выше по сравнению с наружной. Отсюда становится ясным, что в более теплых омшаниках легче бороться с влажностью.
Необходимость хорошей вентиляции вытекает также и из того, что при сгорании меда образуется большое количество углекислоты. По подсчетам из 1 кг меда образуется около 1,1 кг газообразной углекислоты, а одна семья за зиму выделяет около 5,5 кг углекислоты. Последняя также будет удаляться из помещений путем вентиляции.

В.И.Полтев «Пчеловодство» №11, 1938г