Question

空気の対流について

画像の様な釣鐘状の箱の中に３５℃の気温を閉じ込めたとして、

外気は２５℃の場合において、閉じ込められた３５℃温度は

対流等により外気の２５℃の影響を受けて温度が下がりますか？

尚、閉じ込めている釣鐘状のボックスは高気密・高断熱素材で作られています。

但し、底は何もないので、底は外気温に接触しています。

尚、無風で釣鐘状の内部を攪拌する事も無いとします。

又、底以外の天井・壁からは外部との熱の受け渡しは無いものとします。

[image="https://d3dlv5ug8g5jts.cloudfront.net/094/9472103176967146437.jpeg"]

Answer 1

おっとりさん、頭の体操のような難題ですね。理論抜きですが、結論としては箱の内部は底から徐々に外気温に冷やされて下がっていくのが一般的です。一つお尋ねですが、箱内部と外気の湿度は同じでしょうか?、違うのであれば微妙に影響アリですね。

Comments

J&Hさん

湿度の事は知識不足で分かりません。

相対湿度は温度と逆相関関係になっているように感じます。

このテストは、巣箱（重箱とか丸洞）の底板が無しの状態のアオヤギ式を想定しています。

つまり、この時期８月の午後に気温が３０℃、早退湿度が７０％とかの時に

巣箱の中で育児をしていると３５℃になるのですが、それを想定しています。

箱の中を何らかの方法で温めれば、相対湿度は当然変わってきますが、その点はまったく忘れていての質問です。

私のイメージでは巣箱の中は底が無くても対流で巣箱の中の温度が３５℃なら大きな対流は起きないと考えました。

床下近くの温度も始めは３５℃ですが、すぐ下の外気が２５℃なら、当然熱伝導？でも底の方から外気に徐々にちかくなると思っています。

質問のポイントは底板有と底板無しで室内の対流がどうなるのかな～～ってところです。

よろしく頭の体操に付き合ってくださいませ。

---

おっとりさん、まだ目が覚めて間もないので寝ぼけております。巣箱を想定してのご質問は理解してました。湿度の件は湿度の高低でも熱伝導に変化はありますよ、と言いたかったのです。重要な要素としては一般的に空気の温度と気圧の関係です。温度が高いと気圧は低い、温度が低いと気圧は高くなることからどうしても対流が起きます。たとえ話ですが、巣箱内温度35度、外気温40度の場合には巣箱内のほうが気圧は高くなるので40度の外気温は巣箱内に入りにくくなり､巣箱内としてはそんなに高温にはならず思ったよりも安定しているのです。ですが底が無い巣箱の場合にはどうなんでしょう、通用しないかも知れません。これらは狭い範囲での事ですが地球全体では太平洋高気圧のように高温度高気圧、シベリアのように低温度低気圧などもありますので、高温度であれば低気圧、低温度であれば高気圧とはなりません。あくまでも直ぐ近くの温度差によります。

---

J&Hさん

寝ぼけていて下さる方が、ちょうど良いです。

それくらいハンディキャップを付けて頂いても、つりあいません（笑い）。

気圧の事はまったく考えた事が有りませんでした。

はるか遠くの話だと思っていました。

身近な巣箱の中の温度が３５℃、外気４０℃で、気圧を考慮しなくてはならないとは、まったくの想定外です。

熱い外気４０℃（低気圧）が巣箱の中の室温３５℃（高気圧）に対流では熱くならないと言う考えは及びもしませんでした。

一般的（私の浅学）には外気が４０℃で室内が３５℃なら、巣箱の温度は巣門等開口部や壁・天井を熱が伝導して内部に入り込み、ジョジョに巣箱内の温度が上がると考えていましたが、、、、

Answer 2

箱の高さや内径

蜂が入っているかどうか？

日向か日陰か

風の吹き具合

断熱材の性能

箱の上部と中部

下部では外気温に近い

様々な要因で、中の温度が違うと思います

Comments

ひろぼーさん

さっそくのコメントをありがとうございます。

実際には色々な要素が絡んでいるので、簡単に答えは見つけ出せないのですが、なので、敢えて、一つづの条件を比較検討したいな～～と考えて質問しました。

①箱の高さや内径

底板が無しにするか、有りにするかが調査対象なので他の条件は同じとしたいです。

②蜂が入っているかどうか？

蜂が入っていると、蜂が努力して適温にしようと恒常的な作用が発生してしまうので、今のテストでは、蜂は居ない事で考えました。

③日向か日陰か

②に同じ

④風の吹き具合

②に同じ

⑤断熱材の性能

②に同じ

⑥箱の上部と中部

実際にテストをすれば下からジョジョに温度が変わってくると思います。

⑦下部では外気温に近い

現実にはお考えの様になると私も思います。

Answer 3

お疲れ様です

外気と面してある部分が有れば温度差が有れば対流は有ると思います(^.^)

外気に面していなければ壁面の断熱性能に比例して来ますが　面している以上　流れると思います(^.^)

Comments

こころさん

コメントをありがとうございます。

いま、簡単な模擬テストを終了いたしました。

纏まりましたら、ご案内させてください。

---

こころさん

はっきりした事は分かりませんが、対流は非常に少ないと思います。

テスト箱は底が抜かれていますので、扇風機で底に風を当てると、内部の空気と外部の空気が攪拌されて気温が平均化していくとみました。

[image="https://d3dlv5ug8g5jts.cloudfront.net/173/17351777328674379428.jpeg"]

お気づきの点がありましたら、笑ってやってください。

それから、こっそり教えてください。

Answer 4

夏休みの理科の実験課題みたいですね(OvO)

条件から、箱内の温度は物理的な法則で言えば下がるとは思いますが、外気温と等しくはならないと思いました。

35度に温められた巣蜜と恒温性の蜜蜂達の体熱が常に箱内にあるので、下がっても30度前後ぐらいなのかなーと思いながら読ませて頂きました。

蜂も巣蜜も居ないなら、時間がどれくらい掛かるかわかりませんが、同じ温度になるのかなーと。

おっとりさんの欲しい答えじゃない・知りたい部分に及ばないとは思うんですが、書いちゃいました(￣▽￣;)ゴメンナサイ

Comments

スーさん

コメントをありがとうございます。

現実には日本みつばちが営巣していて、温度調節をしているので、その調節を度外視しないと、巣箱の性能が分からないと思いした。

性能の悪い巣箱だったりすると、日本みつばちが相当苦労して温度を保つであろうし、性能の良い巣箱なら、ミツバチは蜂蜜の消費を少なく、育児適温を保てるのではないかと想像しているんですよ～～～。

余り、良い環境を与えると、日本みつばちがひ弱になってしまうのかも知れませんが、私のやる事位ではそんなに、甘えんぼな日本みつばちにはならないと感じます。

ヒーターを入れたり、ファンを回したり科学的処方ではなくて、巣箱の形状＝ローテクでどうなるかを知りたかったです。

それから、求める答えとかではなくて、むしろ逆の事柄に触れてくださった方が、嬉しいです。

これからもよろしくお願いいたします。

今、簡単なテストを終了しましたので、よろしかったら笑ってやってください。

後程、ご案内いたします。

---

スーさん

かなり、あやしいテストの結果がでました。

小一時間で、温められたテスト箱の温度は外気の２７℃になって行くとおもいます。

この形状・構造の巣箱に外部からの太陽熱の影響と内部の日本みつばちによる飛翔筋ブルブルで温度は３５～３６℃に保たれると思います。

夏場は外気温度が３８℃になる事も地方によってはありますから、

その高温に耐える巣箱と、巣箱周辺温度環境を目指しています。

これからもよろしくお願いいたします。

[image="https://d3dlv5ug8g5jts.cloudfront.net/178/17894909418429801708.jpeg"]

---

先生〜(おっとりさんの事)‼️

今、コメントを読んで巣箱についてふと思ったんですが、蜜蜂達は人工的には私達が重箱を提供したり、お墓の空洞を利用してますが…自然界では木のウロなどに巣を作りますよね❓

という事は…自然界では木のウロに作る→木は生きている→生きていれば木は呼吸し、暑い時は水を地面から吸い上げる→水が常に吸われているウロの中は夏でも涼しく、冬は暖かい…のかなとふと思いました。

と、考えた時、生かしたままの切り株にウロを作れた場合、最高の巣箱になりませんかね⁉️

…そんなの作れないでしょうけれども(￣▽￣;)

---

スーさん

先生は止めてケレ～～～

はっち＠宮崎さんもおっしゃっていましたが、生きている樹木は生きているので、水冷式空調が夏も涼しいとの事です。

大木の洞は、聞いただけで（文字を見ただけで）涼しい気がします。

絵は私の絵。書き込みはハッチ＠宮崎さん、

[image="https://d3dlv5ug8g5jts.cloudfront.net/045/4513248128682493723.jpeg"]

T.N11さんが先生です。

３５℃の室内では対流が起きないが正解だと私も思います。

でも、へぼ大工なので、このような空間は作れません（笑い）。

Answer 5

ハチがいれば内部の温度が上がると羽根を震わせて風を送り、箱の中の空気を循環させます。ですから自然循環が起こるか否かは関係なく対流は起こりますよ、巣門からかなりの勢いで風が吹き出していることがあります。

Comments

T.Y13　群馬の山さんさん

コメントをありがとうございます。

ご指摘の通り、巣箱で蜂を飼うので、実際の場合とはちょっと違いますが、巣箱の性質だけを判断したくて、テストを行ってみました。

Answer 6

こんばんは～＾＾

面白い実験ですね(^_-)-☆

結論を言いますと理想的な状態では温度変化はほとんど起こらないと思います。

３５℃の内気と２５℃の外気の接触面での熱交換があるだけで、軽い３５℃の空気は上に張り付いたままで対流は起こらず空気の熱伝導率は低いのできわめてゆっくりした温度上昇になると思います。

何かの撹拌が伴うと結果は全く違ってくると思います(^^♪

理科の時間だったのでしょうか!(^^)!

Comments

T.N11さん

ちゃう、ちゃう。　違う。みつばちＱ＆Ａなので、養蜂のお話しです（笑い）。

からかっていますね。

お答えはまったく私が期待していたものです。

「３５℃の内気と２５℃の外気の接触面での熱交換があるだけで、軽い３５℃の空気は上に張り付いたままで対流は起こらず空気の熱伝導率は低いのできわめてゆっくりした温度上昇？？？になると思います。」

で、答えのゆっくりした温度上昇になる」は室内温度３５℃はゆっくりした温度下落になる」ですよね。

３５℃のダンボールテスト内では対流が起きない」が理科の答えだと思っていました。

Answer 7

たぶんこのようになる。

35℃と25℃の境界面で、熱力学の第二法則によるエントロピーの増加、すなわち34℃と26℃の層が出来初め、その境界のミクロな面で流体力学による乱流運動による渦が出来る。その渦は境界面を伝って横に移動し、上空に制約の無い側面に達し26℃が側面を上昇する対流運動を発生させる。上昇する対流を補うために下方から25℃の空気が35℃の方向に流入する、境界面の乱流運動は激しくなり25℃と35℃が攪拌される状態となり、温度転移が進み、側面の上昇気流による対流運動も激しくなる。やがてすべての地点での温度が熱平衡状態になった時点で対流は止まって静止状態となる。と思います。

つまり、対流は発生すると思います。

Comments

ハニービー２さん

エントロピーって何？　　で、今検索しました。

面白いですね。　ちょっと見ただけなので分かったような分からないような、でも分かったぞ～～て感想です。

熱の伝わり方に細部までは分かりませんでしたが、昨日簡単な実験をして、結局は時間の経過とともにパソコンルーム（実験を行った部屋の温度）に収束する事が分かりました。

しかし、テストで作ったダンボール箱は小学生の工作並み以下ですから、

断熱性も気密性も悪いものですが、それでも傾向としての事実を損なうほどの物でもないと納得しています。

この質問はアオヤギ式の床下をアッパッパーにした場合の温度環境を知りたかったので致しました。

押しなべて、夏の地表温度は巣箱の内部温度よりも低いので、底を無しにする事で、巣箱の中の温度を下げる効果ありと結論いたしました。

２５℃の部屋と３５℃の部屋を連結させて、しずかに仕切りを外すと、熱交換？だかで時間の経過で３０℃になってしまう。　これもエントロピーですよね。

処が２５℃の部屋が無限大と言える外気温なので、仕切りを外すと平均温度３０℃ではなくて、長い時間と共に２５℃に収まってしまう」と考えました。

貴重なお時間を頂戴してありがとうございます。

これからもよろしくお願いいたします。

---

ハニービー２さん

ウィキペディアの説明では：

カール・ルートビッヒ（英語版） (1856)によって、Na2SO4水溶液について、温度勾配があると対流がなくても物質移動が起きることが見出され、その後シャルル・ソレー（英語版） (1879-81)によって詳しく研究された。

熱の拡散で検索しました。https://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%86%B1%E6%8B%A1%E6%95%A3

大体わかった様な気分になりました。

Answer 8

こちらのリンク先の記事は私がこの冬に実施した重箱式巣箱周りとその内部の自然体流、熱伝達の数値シミュレーションの結果です。

記事では通常の巣門枠を使用しているのでほぼ密閉に近い状態で巣箱上部の平均温度を一定に保った場合の内部の温度分布を確認できます。

https://38qa.net/blog/147909

今回の質問は下が開放されているので設置条件が違うのであくまで参考となります。

現実的には解放した場合は外気の風は無視できないほど内部の空気に影響を及ぼすと思いますので熱拡散によって熱は逃げてしまうと思います。

Comments

おがおがさん

今回の質問の趣旨は夏の暑さ対策をしたかったのです。

外気は２５℃、巣箱内部が３５℃の場合とかを想定しました。

気温が３２℃～３５℃位まで午後からは上がる熱い夏になりました。

私の期待している巣箱は巣箱の下をアッパッパーにして、床下大地の比較的温度の低い地上面の温度を巣箱内部に取り入れたい（自然な風などと熱の伝導など）のが目的です。

底板を抜いても、大して巣箱の中が冷えないなら、がっかりなんです。

もっとも、底板を抜けば巣カスが大地に落ちて、スムシ処理を蟻さんがしてくれるのを期待してもいます。

温度のシュミレーションがとても関心いたしました。

添付の日誌では冬を想定なさっておられますが、もし可能でお手を余り煩わせないのでしたら、真夏のシュミレーションをしていただけると、むちゃくちゃ嬉しいです。

甘え過ぎでした。ゴメンナサイ。

---

おがおがさん

理想の巣箱ない温度は育児にふさわしい３５℃～３６℃だと思います。

３８℃以上では日本みつばちは困ってしまい、必死に内壁に張り付いて、育児部に熱が籠らないように蜂が拡散していると思います。

内壁で張り付く場所がないと、外にあふれ出てくると思います

扇風行動をしたり、水をつかったり、必死に温度を３５℃位に保とうと努力しています。

しかし、群として、不可能な位の高温にさらされたら、日本みつばちは逃去するしか選択肢はありません。

育児部が３８℃を超えてきたら、育児を放棄し子捨てが始まると思います。

---

シミュレーションはあくまで冬の断熱効果を確認のためなのでおっとりさんの質問の意図とは異なる事ご了承ください。

目標温度設定も少し過剰に設定しているとの事ですが、こちらも数度シフトして見ていただければ定性的なイメージは可能と思います。

質問の意図である夏場の冷却対策あれば最近は皆さん4面巣門を使用されています。

私も使用していますが、熱対策に効果あるようです。底板も四面から巣クズの排出がされてゴミが溜まる事なくかなり綺麗に使われるようになりました。

合わせて直射日光を防ぐものがあれば更に良いと思います。

シミュレーションの依頼は残念ながら色んな意味で難しいです。

---

おがおがさん

はい、了解いたしました。

無理を言ってｺﾞﾒﾝﾅｻｲ。

これからも、なにか温度のご研究をなさったらアップしてください。

重ねて感謝しております。

---

こんにちは

皆さんの　頭の体操♀️  読ませていただきましたが、？ボケ爺には、ついていけません。何のことやら？

結論だけ　言わしてください。　ワタシの場合は、　４面巣門のほかに、キャップ式　上蓋にしており、さらに　5〜６ミリの　コマを　上蓋との間に　置いて　空気の流れを　こさえております。　九月の半ばになれば、　コマは　取り外します。

参考にはなりませんなあ？　ハチ

---

タナカモリヒロクン

ｽﾐﾏｾﾝ。いろいろ数字を弄っております。

私も頭が痛いです。

玉には脳味噌にショックを与えてボケ防止しております。

コメントをありがとうございます。