Kühlung bei der Weinproduktion im Zeichen der Energieeffizienz Achim Zaun Bernhard Degünther

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Ludo Winkler
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1 Kühlung bei der Weinproduktion im Zeichen der Energieeffizienz Achim Zaun Bernhard Degünther Folie 1

2 Kasten 1: Wärmemenge 1 Kcal = 1 l Wasser von 14,5 C auf 15,5 C ( um 1 C ) zu erhöhen Wärmekapazität ( Q ) = Liter ( m ) x Temperaturdifferenz ( T ) x Spezifischer Wärmekapazität ( c ) 859 Kcal = 1 KW ( wird vernachlässigt ) Rechenbeispiel: Es sollen l Most in 5 Stunden von 21 C auf 13 C heruntergekühlt werden. Wieviel Kühlkapazität pro Stunde ist erforderlich? l x 8 C = Kcal Kcal : 5 Stunden = Kcal / Std Kcal : 859 = 7,45 KW / Std. Kühlmaschinengröße für einen Winzerbetrieb: Empirischer Planungswert: 0,17 Kcal / Liter Tankraum / Stunde l x 0,17 Kcal = Kcal : 859 = 39,58 KW

3 Bild 1: Kühlwasserrückkühler Verdichter 90 C 15 bar Verflüssiger Verdampfer -10 C 3 bar 25 C 15 bar Expansionsventil

4 Stromverbrauch bei verschiedenen Kühlwasservorlauftemperaturen KWh Stromverbrauch / Vorlauftemperaturen - Versuche ,5 Prozent kwh 2 124% 1,5 100% 90% 1 0,5 1,302 1,05 0, C 10 C 13 C Kühlplatte innen Energieagentur Folie 4

5 Diagramm 2 : Kaltwassersatz MCK % Kühlleistung in KW 145 % % 100 % Vorlauftemperatur minus 10 C 0 C 10 C 20 C Kühlleistung in KW 14,9 22,8 32,1 41,5

6 Kühlturm = 110 KW Pufferbehälter l C Primärpumpe l / Std. Sekundärpumpe l / Std Röhrenbündelkühler = 50 KW Folie 6

7 Kühlturm + Pufferbehälter Folie 7

8 Feuchtekugel Rücklauf / warmes Wasser Verdunstungs kälte Luft / Radialgebläse Vorlauf / gekühltes Wasser Folie 8

9 Für wen sind Kühltürme interessant? 1. Betriebe mit Maischeerhitzung 2. Zum Kühlen von Maischegärtanks 3. Größere Faßweinbetriebe Folie 9

10 Warum sind Kühltürme interessant? 1. Preisgünstig in Anschaffung und Unterhaltung 2. Einfach gebaut 3. Leistungsstark 4. Geräuscharm Folie 10

11 Vorteile von Kühltürmen: 1. Gutes Preis-Leistungsverhältnis 2. Sehr geringe Stromaufnahme 3. Geräuscharm Folie 11

12 Vorteile von Kühltürmen: 4. Robust und Wartungsfreundlich 5. Kühlwassertemp. gerade ausreichend keine teuere Steuerung notwendig? Folie 12

13 Nachteile von Kühltürmen: 1. Prozeßtemperaturen von 19 C 2. Installation beachten: - Mindestdruck an Wasserverteilungsdüsen - Garantierte Wasserumwälzung Folie 13

14 Nachteile von Kühltürmen: 3. Lufttemperatur und relative Luftfeuchte wichtig ( 15 C / 80% rel. LF ) 4. Kühlturm im Außenbereich aufstellen 5. Bestimmter Frischwasserverbrauch durch Verdunstung 6. Verunreinigung des Wasserkreislaufes durch Luftverschmutzung Folie 14

15 Röhrenbündeltauscher Merkmale: Robust, da geringe Gefahr der Verstopfung Ausreichender Wirkungsgrad durch Oberflächenvergrößerung Austauscherleistung von 50 KW bei 6 m Länge Noch relativ gut zu reinigen Schräge Anordnung um Restentleerung zu erleichtern. Preisgünstig ( ca. 2800,- ) Folie 15

16 19 Röhrchen mit 15 mm Innendurchmesser = 5,37 m² Austauscherfläche Durch Turbulente Strömung im Gegenstrom = 50 KW Austauscherleistung Folie 16

17 Weingut Jung/ Albig Rebfläche: 60 ha Weißwein 40 ha = eigene Kühlmaschine Rotwein 20 ha = Miete Kaltwassersatz 50 KW l Maischegärung ( 2 x l Remontage; 1 x l Rührwerktank ) l Maischeerhitzung Folie 17

18 Folie 18

19 Miete Kaltwassersatz Eigener An und Abtransport Jährliche Mietkosten Störungen durch Verunreinigungen Bei Spitzenbelastung ( ME ) = Störung Lärmbelästigung Folie 19

20 Kauf des Kühlturmkonzeptes Zweites eigenes Kühlsystem im Betrieb Keine Überlastung wegen Leistungsreserven Oenologischer Vorteil = Anwärmen von Mosten Energieeinsparung bis 70 % Geringe Geräuschbelästigung Im neuen Keller werden die Gärtanks der ME mit angeschlossen Folie 20

21 Energieeffizenz?! 50 KW Kaltwassersatz 2012: 1562 KWh ( DLR ) ( Durchschnitt 6 Jahre = KWh / Jahr ) Konzept 2013: Kühlturm: Primärpumpe: Sekundärpumpe: Gesamt: Einsparung = 68,9 % 108,54 KWh 62,78 KWh 314,56 KWh ,88 KWh Folie 21

22 Kostenaufstellung 1 Anschaffung Kühlturm 110 KW ( 4 KW ) Steuerung/ Steuerschrank Primärpumpe ( 1,0 bar l/std; 1,5 KW ) Sekundärpumpe ( 3,5 bar l/std; 1,85 KW ) Frequenzumrichter Sekundärpumpe Drucksteuereinheit für Sekundärkreislauf Zubehörteile Schlauchmaterial, Übersetzungen, Halterungen Änderungen Pufferbehälter/ Kühlturm Summe Investitionen Folie 22

23 Gegenüberstellung Kauf Kältemaschine / Kauf Kühlturm 110 KW 110 KW Kältemaschine Kühlturm Investition Afa 10 % Zinsansatz 4 % (4:2 ) Reperaturen Stromkosten Summe Folie 23

24 Gärtankkühlung in 3 Betrieben ( Fachberater gefragt ) l weniger - aber Mostrückkühlung ,15 KWh / l Kühlmaschine gut ausgelastet 18,37 KWh / l Ohne Rotwein! 27,68 KWh / l Energieagentur Folie 24

25 Gärtankkühlung in 3 Betrieben KWh l weniger - aber Mostrückkühlung ,15 KWh / l Kühlmaschine gut ausgelastet ,37 KWh / l Ohne Rotwein! 27,68 KWh / l 8,26 KWh / l Kühlturm!? A -22 ha A - 22 ha B -22 ha C - 22 ha Energieagentur Folie 25

26 kleinerer Pumpenmotor bei Nachfolgemodell Von 44 auf 26 KWh = 18 KWh x 55 Tage = 990 KWh = 21 % Einsparung Neue Umwälzpumpe = 1,1 KW Alte Umwälzpumpe = (1,85 KW) = 44 KWh/Tag

27 Betrieb B: Täglicher Stromverbrauch Kühlmaschine Herbst 2012 Kühlleistung 47 KW / Summe 4984 KWh

28 Größere Austauschflächen = kleineres delta Temperatur Diagramm 3 : Dauerkühlung l / Röhrenbündelkühler 50 KW / Chilly Max 110 Tanktemp. C KWh 35,0 14 Tanktemp. C 30,0 30,6 28,8 Kühlwasser C KWh 12 27,2 25,0 24,2 25,9 23,9 23, ,0 15,0 21,1 19,7 18,6 17,3 16,0 21,7 14,9 20,3 19,1 17,9 16,8 15,5 14,7 14,2 13,5 13, ,7 12,7 10,0 11,7 10,8 9,9 10,9 10,0 9,5 10,7 4 5,0 2 0, Energieagentur Zeit in min. Folie 28

29 Tankausstattung Pillow Plates 0,2 0,3 m² / Liter Tankinhalt ( Weißwein bei Gärtemperaturen bis 20 C ) 0,4 0,6 m² / Liter Tankinhalt ( Rotwein nach Erhitzungsverfahren; Keltermostrückkühlung; Weinsteinstabilisierung ) Energieagentur Folie 29

30 Technische Weiterentwicklung Früher Heute Stromersparnis Kolbenverdichter Scrollverdichter 40 % weniger Bauteile 5 8 % Wärmetauscher Microchannel 5 10 % Pumpen ohne FU Pumpen mit FU ( Nur bei größeren Maschinen ) Bis 33 % Energieagentur Folie 30

31 Milchkühltanks Große Edelstahlwanne oder tank: Pufferspeicher für Leistungsspitze Direktverdampfer für bestimmte Anwendungen ( Traubensaft, Federweißer, Weinsteinstabilisierung ) Gebrauchtmaschinen mit Kältemittel R 22? Anwendungsverbot, keine Reparaturmöglichkeit Energieagentur Folie 31

32 VIELEN DANK FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT Achim Zaun Bernhard Degünther Energieagentur Folie 32

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