Чиллер для пива и охлаждения сусла: расчёт для пивоварни

Чиллер для пива на пивоварне снимает четыре нагрузки: охлаждение сусла, брожение, захолаживание и теплопритоки танков. Калькулятор складывает их по объёму варки и числу цилиндроконических танков (ЦКТ) и показывает холодопроизводительность и расход гликоля.

Расчёт чиллера для пивоварни

Объём варки, л Варок в сутки 1 2 3 4

Тип пива Лагер, брожение при 12 °C Эль, брожение при 20 °C

ЦКТ в брожении, шт. Всего танков, шт.

Запас 10 % 15 % 20 % Выносной конденсатор

Гликоль −4 °C холоднее воды серийных чиллеров (от 5 до 15 °C): нужен индивидуальный подбор.

Требуемый чиллер

3,2

кВт

Охлаждение сусла, кВт

1,23

Брожение, кВт

0,45

Захолаживание, кВт

0,51

Теплопритоки танков, кВт

0,60

Расход гликоля, м³/ч

0,77

Запросить подбор на 3,2 кВт

Письмо производителю xiron.ru с параметрами расчёта

Откуда берётся тепло

• Охлаждение сусла. После водяной ступени теплообменника сусло имеет около 25 °C, до температуры брожения его доводят гликолем. Нагрузка большая, но короткая: её принимает буферный бак, а чиллер восстанавливает бак между варками. Какими бывают змеевики и теплообменники для сусла, разобрано в справочнике о погружном чиллере для сусла.
• Брожение. Дрожжи выделяют тепло, пока сбраживают сахара. На пике это около 15 Вт на гектолитр у лагера и около 35 Вт у эля. Аэробный ферментер в биотехнологии выделяет тепла в десятки раз больше — его считают в задаче об охлаждении ферментера.
• Захолаживание. После брожения пиво в танке охлаждают примерно до 1 °C, обычно за сутки.
• Теплопритоки. Танки стоят в тёплом цехе и набирают тепло через изоляцию, люки и трубопроводы; толщину изоляции холодных труб считают в расчёте теплоизоляции трубопроводов.

Формула

Охлаждение сусла через буферный бак:

Q_с = V × n × 4,1 × (25 − t_б) / 43 200

Q_с — нагрузка от сусла, кВт; V — объём варки, л; n — число варок в сутки; 4,1 — теплоёмкость литра сусла, кДж/(л·°C); 25 — температура сусла после водяной ступени, °C; t_б — температура брожения, °C; 43 200 — секунд в 12 часах, за которые чиллер восстанавливает бак при одной варке в сутки.

Брожение:

Q_б = N_б × V_ц × q_б / 1000

Q_б — тепло брожения, кВт; N_б — число ЦКТ в активном брожении; V_ц — объём ЦКТ, гл (танк заполняют варками одного дня, V_ц = V × n / 100); q_б — тепло брожения на пике, Вт/гл.

Захолаживание одного танка до 1 °C за сутки:

Q_з = V_ц × 100 × 4,0 × (t_б − 1) / 86 400

Q_з — нагрузка захолаживания, кВт; 4,0 — теплоёмкость литра пива, кДж/(л·°C); 86 400 — секунд в сутках.

Теплопритоки всех танков цеха:

Q_п = N × V_ц × 10 / 1000

Q_п — теплопритоки, кВт; N — общее число танков; 10 — теплоприток изолированного танка, Вт/гл.

Холодопроизводительность чиллера с запасом и расход гликоля:

Q = (Q_с + Q_б + Q_з + Q_п) × (1 + k)

V_г = Q / (1,04 × Δt)

k — запас в долях единицы, обычно 0,10–0,20; V_г — расход гликоля, м³/ч; Δt — нагрев гликоля в рубашках, принят 4 °C; 1,04 — теплоёмкость кубометра 40 % раствора пропиленгликоля, кВт·ч/(м³·°C).

Пример расчёта

Пивоварня варит лагер: одна варка 1000 л в сутки, три ЦКТ в брожении, всего шесть танков по 10 гл, запас 15 %.

1. Охлаждение сусла: 1000 × 1 × 4,1 × (25 − 12) / 43 200 = 1,23 кВт.
2. Брожение: 3 × 10 × 15 / 1000 = 0,45 кВт.
3. Захолаживание: 10 × 100 × 4,0 × (12 − 1) / 86 400 = 0,51 кВт.
4. Теплопритоки: 6 × 10 × 10 / 1000 = 0,60 кВт.
5. Холодопроизводительность с запасом: (1,23 + 0,45 + 0,51 + 0,60) × 1,15 = 3,2 кВт.
6. Расход гликоля: 3,2 / (1,04 × 4) = 0,77 м³/ч.

Гликоль с температурой −4 °C выходит за диапазон серийных чиллеров (вода от 5 до 15 °C), поэтому чиллер для пивоварни подбирают индивидуально; такие же гликолевые контуры у винодельни и молочной фермы.

Как выглядит установка на 3,2 кВт — компрессоры, потребление, расход, габариты и масса — показано на странице низкотемпературного чиллера 3 кВт на гликоле; температуру гликоля там задают свою.

Типовые ошибки

• Охлаждают сусло чиллером напрямую. Чтобы за час остудить варку 1000 л с 25 до 12 °C без буферного бака, нужно около 15 кВт. Это в несколько раз больше всех остальных нагрузок, и такой чиллер почти весь день простаивает. Объём буферного бака под пик считают в расчёте бака-аккумулятора.
• Считают только по объёму варки. Брожение, захолаживание и теплопритоки зависят от числа танков. Когда в цех добавляют ЦКТ, прежний чиллер перестаёт держать температуру.
• Захолаживают несколько танков сразу. Расчёт ведут на один танк в сутки. Если поставить на захолаживание два-три, гликоль в баке нагревается и в остальных ЦКТ уходит температура брожения.
• Заливают слабый раствор гликоля. При −4 °C на выходе хладагент в испарителе кипит заметно холоднее. Раствор с малой концентрацией замерзает в испарителе и разрушает его. Концентрацию считают в расчёте концентрации гликоля.