Використання чіллерів в виробництві вина

В одній з минулих статей я підняв питання актуальності розрахунку кількості холоду необхідної під час бродіння вина, тобто:

– скільки тепла виділяється під час бродіння вина червоного або білого? І чи є різниця?

– скільки холоду потрібно для бродіння?

– на яку потужність треба підбирати чиллер?

Згідно фізіологічної особливості дріжджі під час процесу бродіння виділяють тепло. Тобто кожна клітина дріжджів споживає цукор і кисень О₂, та виділяє вуглець СО₂, спирт та тепло (дріжджі споживають та виділяють ще багато чого, але в цій статті зупинюсь на основних моментах). І в класичних технологічних підручниках минулого сторіччя вказується, що кількість цього тепла дорівнює близько 23,5 ккал з кожної грам-молекули цукру. Однак, що ккал, що грам-молекули – це застарілі величини, які сьогодні мало хто використовує (або й взагалі ніхто, особливо серед інженерів-холодильщиків). От наприклад задача з пошуку чиллера необхідної потужності завжди стикається з питанням необхідної холодильної потужності, яка вимірюється в кВт, а також з необхідним температурним режимом, який вимірюється в градусах Цельсія °С.

По температурному режиму більш-менш зрозуміло, і можна звести до таких базових рівнів:

І тут ці рекомендації носять досить орієнтовний характер, бо кожен винороб вже з власного досвіду чи досвіду інших підходить до вибору тієї чи іншої температури і вони можуть відрізнятися від наведених в цій таблиці. Але, в загальному плані ці температури будуть близькими до вказаних тут.

А от з холодильною потужністю виникають питання. Бо кожному виноробу потрібно забезпечити саме тієї кількістю холоду, скільки тепла виділяється при бродінні, тим самим забезпечуючи підтримання стабільної температури бродіння на запланованому виноробом рівні. Тобто, для винороба потрібна проста формула розрахунку цієї потреби в холоді. В цій статті я і ставлю собі на меті розробити таку просту інструкцію для виноробів.

Але, в першу чергу хочу зауважити, що чиллер, який буде забезпечувати вас холодом має бути підібрано не тільки під потреби кількості тепла яке виділяється при бродінні, а також має покривати ті теплопритоки, які будуть додатково присутні, як-то: тепло від зовнішнього повітря та сонця, втрати тепла в трубопроводах та магістралях, паралельне навантаження від інших технологічних процесів, які можуть бути одночасно з бродінням, тощо.  Тож звертаю увагу, що в цій статті я розберу тільки теплове навантаження від бродіння, і поки опустимо всі інші, для спрощення інформації.

То ж повернемось до самого процесу бродіння. Як вже зазначав вище вчені виміряли кількість тепла яке виділяється при спиртовому бродінні з одної одиниці цукру. Для будь-якого винороба кількість цукру зручно вимірювати у % Брікс, або ж в г/л. Відповідно до цих значень і має бути приведено кількість тепла.

В ході вивчення цього питання з наявних відкритих джерел можна зробити висновок, що в середньому 1 грам цукру виділяє близько 0,56 кДж тепла при зброджуванні дріжджами.

Відповідно маючи об’єм сусла/мезги та кількість цукру на початку процесу бродіння можу вивести формулу для розрахунку загальної кількості тепла яка має виділитись при повному зброджуванні наявного цукру в наявному об’ємі сусла/мезги:

∑кількість тепла = кількість тепла з 1 г. цукру * кількість цукру * об’єм сусла/мезги.

Відповідно проводячи такий розрахунок можна прийти розуміння, що наприклад при початковому цукрі в 22% на об’єм в 1 тис. л сусла/мезги буде виділятися близько 34кВт тепла, а на об’єм в 10 тис. л відповідно близько 340 кВт.

Але, тут окремо треба зупинитись і пояснити, що цю потужність ні в якому разі не можна використовувати для підбору чиллера, бо це загальна кількість тепла яка буде утворена під час всього процесу бродіння від початкового значення цукру у суслі/меззі до так званого «насухо». А так як процес бродіння розтягнутий в часі і залежить ще й від різних факторів, то відповідно і потужність за годину буде різна.

Винороби звикли розділяти процес бродіння на два основні етапи: бурне бродіння та тихе бродіння. Логічним є розуміння, що саме під час бурного бродіння відбувається основна доля утворення тепла, тому для спрощення задачі приймемо що ту загальну потужність тепла нам потрібно відвести саме в період бурного бродіння. То ж винороб розуміючи тривалість може вираховувати і необхідну потужність чиллеру. Наприклад при тривалості бурного бродіння в 5 діб навантаження на чиллер складе біля 0,3кВт холоду, а при тривалості в 10 діб відповідно 0,15кВт.

Таким чином – це значення і є необхідним параметром для підбору чиллера.

Але, звертаю увагу, що все ж таки це математична модель, і в реальному використанні є багато чинників які можуть впливати та дещо змінювати це значення. Наприклад частина тепла, яка утворюється під час життєдіяльності дріжджів поглинається вуглецем СО₂ та спиртами й вилітає з об’єму сусла під час бродіння. За різними документами це значення може складати до 10% від загальної кількості тепла бродіння. То ж, наприклад, на це значення може бути зменшена потужність чиллера.

Але, в будь якому разі наведені значення в 0,56 кДж/г дозволяють підібрати чиллер з запасом і тим самим убезпечити себе від надмірного нагріву сусла/мезги під час бродіння. Але, все ж не забувайте про комплексний прорахунок всіх одночасно існуючих потреб в холоді, і вже після цього підбирайте собі чиллер. За відсутності можливості виконання таких прорахунків просимо звертатись до кваліфікованих спеціалістів, або ж безпосередньо до мене.

Ну, і на останок також хочу додати, що окрім охолодження бувають випадки, коли під час бродіння потрібно підігрівати сусло. Наприклад за досить холодної погоди. То ж чиллер з можливістю роботи в режимі теплового насосу (тобто чиллер який має функцію нагріву води), також допоможе з мінімальними змінами в магістралях, бо в сорочку ємності потрібно буде подавати не холодну воду від чиллера, а вже теплу. Тим самим винороб зможе забезпечити необхідний підігрів, щоб так само тримати потрібну температуру бродіння.

Чи можуть чиллери працювати паралельно на нагрів та на охолодження? Так, є і така можливість, бо технічно чиллер завжди генерує одночасно і тепло, і холод. Питання в тому чи забезпечений такий чиллер саме опцією нагріву води, бо більшість чиллерів тепло відводять у зовнішнє повітря і таким чином відсутня можливість це тепло направити на користь виноробу.
То ж просимо це не забувати і відповідно замовляти чиллер з необхідним набором опції під ваші задачі.

В цій статті я зосередився на розрахунку тепла під час бродіння, бо бродіння є одним з найпотужніших  і найдовшим технологічним процесом що потребує холоду. А окрім цього розповів про можливості чиллерів як охолоджувати, так і нагрівати воду для потреб винороба. Більше інформації шукайте в наших інших статтях, або ж звертайтеся безпосередньо до мене за консультацією.