Чиллер для вина и винодельни: охлаждение сусла и брожения

Чиллер для вина на винодельне рассчитывают на два процесса, которые в сезон идут одновременно: охлаждение свежего сусла после пресса и отвод тепла брожения в танках. Первое зависит от потока сусла и того, на сколько его охлаждают, второе — от объёма в брожении и скорости, с которой дрожжи съедают сахар. Калькулятор посчитает холодопроизводительность и расход воды.

Откуда берётся тепло

• Свежее сусло. Виноград собирают днём, и сусло с пресса идёт с температурой 20–30 °C. Для отстаивания и брожения белых вин его охлаждают до 8–14 °C в теплообменнике на потоке.
• Брожение. Дрожжи превращают сахар в спирт и углекислый газ с выделением тепла — около 555 кДж на килограмм сахара. Без охлаждения танк в активной фазе нагревается на несколько градусов в сутки; тот же расчёт для пива — в задаче о чиллере для пивоварни.
• Солнце и воздух. Танки на улице или в неохлаждаемом помещении получают тепло через стенки; для открытых площадок эту добавку учитывают отдельно.

Формула

Охлаждение сусла на потоке:

Q_с = G_с × ρ × c × (t₁ − t₂) / 3600

Q_с — нагрузка, кВт; G_с — поток сусла с пресса, л/ч; ρ — плотность сусла, около 1,09 кг/л; c — теплоёмкость сусла, около 3,7 кДж/(кг·°C); t₁ и t₂ — температура сусла с пресса и после охлаждения, °C.

Тепло брожения на пике:

Q_б = V × r × 0,555 / 86 400

Q_б — нагрузка, кВт; V — объём в брожении, л; r — скорость сбраживания сахара на пике, г/л в сутки; 0,555 — тепло брожения, кДж на грамм сахара; 86 400 — секунд в сутках.

Q = (Q_с + Q_б) × 1,15

Q — холодопроизводительность чиллера с запасом 15 %, кВт. Расход воды считают при её нагреве на 5 °C: G = Q / (1,163 × 5).

Пример расчёта

Пресс даёт 2000 л сусла в час с температурой 25 °C, сусло охлаждают до 10 °C. В брожении 20 000 л белого вина в активной фазе, 25 г/л сахара в сутки. Вода от чиллера 5 °C.

1. Охлаждение сусла: Q_с = 2000 × 1,09 × 3,7 × (25 − 10) / 3600 = 33,61 кВт, округлённо 33,6 кВт.
2. Брожение: Q_б = 20 000 × 25 × 0,555 / 86 400 = 3,21 кВт.
3. Холодопроизводительность: Q = (33,61 + 3,21) × 1,15 = 42,3 кВт.
4. Расход воды: G = 42,34 / (1,163 × 5) = 7,28 м³/ч.

Нагрузка от сусла здесь в десять раз больше, чем от брожения. Поэтому чиллер винодельни определяет в первую очередь производительность пресса.

Как выглядит установка на 42,3 кВт — компрессоры, потребление, расход воды, габариты и масса — показано на странице чиллера 40 кВт; температуру воды там задают свою.

Типовые ошибки

• Расчёт только на брожение. Чиллер, рассчитанный на тепло брожения, не охладит поток сусла в сезон приёмки винограда, и сусло уйдёт в танки тёплым.
• Средняя скорость брожения вместо пиковой. В активной фазе сахар уходит в два-три раза быстрее среднего. Если чиллер рассчитан на среднее значение, на пике температура в танках поднимается выше допустимой для белых вин. Розлив газированных вин и напитков с охлаждением перед сатуратором считают в задаче о чиллере для линии розлива напитков, а дистилляцию выжимок — в задаче о ректификационной колонне.
• Один контур воды на холодную стабилизацию. Для стабилизации вина его охлаждают до −4…−5 °C, для этого нужен гликоль около −8…−10 °C. На воде 5 °C это невозможно; такой режим — отдельный гликолевый контур и индивидуальный подбор, как у низкотемпературного чиллера.
• Нет запаса холода на утренний пик. Виноград часто привозят партиями, и пресс работает рывками. Буферный бак сглаживает пики и позволяет взять чиллер меньше максимальной нагрузки пресса.