Transcript Milchkühlung: Wie lassen sich Energie und Kosten - Swissmilk

TECHNIK
Milchkühlung: Wie lassen sich
Energie und Kosten senken?
Eine schnelle und dauerhafte Kühlung ist unverzichtbare und vorgeschriebene Grundlage einwandfreier Rohmilchqualität. Dabei wird ebenso viel Strom verbraucht wie für das Melken und die Melkanlagenreinigung zusammen. Grund genug. die vielfältigen und oft relativ einfachen Möglichkeiten zum
energiesparenden Milchkühlen auch zu nutzen.
Dr. Dirk Hömberg, Spezialberater für Melktechnik und Eutergesundheit, Münster
ie Qualitätssicherung der Milch wirtschaft beginnt nicht erst in
den Molkereien, sondern bereits in den
Milchviehbetrieben. Dort muss die
Milch unter hygienischen Bedingungen gewonnen und direkt anschließend
schnell und dauerhaft gekühlt werden,
um ihren Keimgehalt auf ein unbedenkliches Maß zu begrenzen.
Die dabei rechtlich vorgeschriebene
Lagertemperatuf richtet sich nach dem
Verwendungszweck und Abholungs intervall. So ist Rohmilch unverzüglich nach dem Melken auf noch höchstens 8 oe zu kühlen, sofern sie nicht innerhalb von 2 Stunden verarbeitet wird.
Bei mehrtägigen Abholungsintervallen
liegt die zulässige Lagertemperatur sogar bei nUf maximal 6 oe. Noch schärfere Anforderungen stellt der Gesetzgeber
an die Kühlung von Vorzugsmilch. Diese muss »unverzüglich nach der Gewinnung bis zur Abfüllung" auf maximal
4 oe gekühlt werden.
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Schnelle Kühlung unverzichtbar
Für diese durchaus anspruchsvollen
Anforderungen gibt es gute Gründe. Bekanntermaßen verderben Lebensmittel
umso schneller, je höher ihre Lagertemperatur ist. So verdoppelt sich die Keimzahl ungekühlter Rohmilch jede Stunde.
Das bedeutet, dass selbst hygienisch gewonnene Milch ohne Kühlung nach gut
3 Stunden pro Milliliter mehr als 100.000
Keime enthält und somit nicht mehr genießbar und natürlich auch nicht mehr
lieferfähig ist.
Besonders kritisch ist in diesem Zusammenhang, dass sich gerade die pathogenen (krankmachenden) Keime bei
hohen Temperaturen explosionsartig
vermehren. Mithin stellt mangelhaft gekühlte Milch ein erhebliches Gesundheitsrisiko dar. Dieses lässt sich am besten dadurch senken, dass Rohmilch möglichst schnell auf unter 5 oe gekühlt wird.
Denn bei solch niedrigen Temperaturen
vermehren sich Krankheitserreger nicht
mehr bzw. nur noch äußerst langsam.
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Trotz Direktkühlung können in diesem Tank dank speziell geformter Verdampferflächen
auch kleine Milchmengen gekühlt werden, ohne am Tankboden anzufrieren. Er eignet sich
daher besonders für Betriebe mit Melkroboter.
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Milchpraxis 212014 (52. Jg.) •
Das bedeutet nun allerdings nicht,
dass gute Kühlung alleine einwandfreie
Milchqualität garantiert. Denn auch bei
niedrigen Temperaturen « 5 Oe) vermehren sich weiterhin Keime. nämlich die kältetoleranten Spezies, wie z. B.
.. Pseudomonaden". Reichern sich diese
in der Rohmilch an. steigt nicht nur deren Keimzahl, sondern auch der Gehalt
an unerwünschten Inhaltsstoffen. die der
Milch einen bitteren Geschmack verleihen und ihre Verarbeitungsfa higkeit beeinträchtigen. Mithin bleiben eine geringe Ausgangskeimzahl und somit eine gute Melkhygiene unverzichtbar. und zwar
auch bei noch so guter Kühlung!
Wirkungsgrad hängt von
vielen Faktoren ab
Wie hoch der Energieaufwand für die
Milchkühlung ist, hängt von zahlreichen
Faktoren ab. die sich allesamt aus dem
grundlegenden Funktionsprinzip üblicher
Kältemaschinen [siehe Kasten[ ergeben.
Folgende Punkte sind hier von Bedeutung:
• Verdampfungstemperatur de s Kältemittels: Je niedriger diese ist. desto schlechter ist der Wirkungsgrad des
Kälteaggregats. Folglich sollte die Milch
zwar ausreichend. aber auch nicht übertrieben weit abgekühlt werden. Weniger
als 4 oe sind hier aus mikrobiologischer
Sicht nicht erforderlich, obwohl das immer mal wieder von Milchproduzenten
gefordert wird .
• Kondensationstemperatur des Kälte mittels: Hier ist es umgekehrt. je geringer
umso besser. Steigt also z. B. die Luftternperatur in Nähe des Konden sators (Wärn1etauschers) von 25 auf 32 oe, sinkt der
Wirkungsgrad der Kältemaschine um gut
1/4! So etwas passiert regelmäßig dann,
wenn die vom Kältem ittel an die Luft ab-
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gesonder te Milchwärme sich in Nähe des
Kond ensators staut. Daher ist es wichtig,
den Maschinenraum gut zu lüften und die
Wärmetauscherflächen des Kondensators
frei von Staub und Schmutz zu halten.
Weiterhin sollte die Kondensationstempefatur evt l. angeschlossener Wärmerückgew innungsa nlagen au f 40
begrenzt
werden. Je nach Lufttemperatur lässt sich
mit di eser Einstellung in der Wärmerückgew innungsanlage eine Wassertempefatuf von bis zu ca. 50
erreichen. We r
sein Brauchwasse r noch stärker erwä rmen mu ss, sollte dies nicht in der WärmerückgeWinnungsanlage, sondern in einem
nachgelagerten Erhitzer tun ,
• Wiedererwärmung während der Lagerung: Entscheidend ist hi er nicht nur eine gute Isolierung des Kühl - bzw. Lagertan ks, sondern auch dessen Umgebungstemperatur. Folglich sollte neben dem
Lagerbeh älter auch der Lagerraum gut
isoliert und /oder beschattet sein.
• Auslastung de s Milchlagerbehälters:
Übergroße Milchtanks können schnell
eine deutli ch erhöhte Stromrechnung
verursachen. Dies ist z. B. der Fall, wenn
der Tank bald nach seiner Reinigung
w ieder befüllt wird. Denn dann mu ss
die von der Reinigung noch aufgeheizte
große Behältermasse aktiv gekühlt werden. Das ist natürlich mit einem hohen
Energieaufwand verbunden. Ersc hwerend kommt hinzu, dass zur Reinigung
großer Tanks auch große Wassermengen
benötigt werden . Diese müssen unter hohem Energieaufwand aufgeheizt und zudem mit entsprechenden Mengen an Reinigungsmitteln versetzt werden .
oe
,
Abb. 1: So funktionieren Kälteaggregate
I
Wärmeaufnahme: Das Kältemittel steht über den Verdampfer (1) in Kontakt zum Kühlgut (2),
nimmt dessen Wärme auf und verdampft dabei.
Verdichtung; Der Kompressor (3) saugt Kältemitteldampf an und verdichtet ihn.
Kondensation: Der verdichtete Dampf gibt im Kondensator (4) einen Teil der aufgenommenen
Wärme an luft oder Wasser ab und wi rd dabei wieder flüssig.
Expansion· Im ExpansionsventIl (5) dehnt sich das Kältemittel aus. Dabei kühlt es sich weiter ab,
sodass es wieder Wärme aufnehmen kann .
3
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oe
Ein weiterer Nachteil überdimensio nierter Milchtanks ist, dass h ier die Küh lun g erst recht lang nach Beginn des Melkens starten kann. Denn vor Einschalten
des Kälteaggregats mü ssen di e bei uns
vorherrschenden kombini er ten Kühlund La ge rtanks scho n zu ca. 10 % gefü llt sein. Ansonsten friert die Milch an
den Verdampferflächen fest, mit entsprechend negative n Folgen für d ie Milchqua lität und Kühlung.
Daher sollten Milchkühltanks nicht
auf Vorrat für eine vielleicht einmal anstehende Ausweitung der Milchproduktion, sonder n nach dem in absehbare r
Zeit tatsächlich besteh enden Bedarf gekauft werden.
Vorküh lung spart am
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erläuterten Punkten natürlich auch die
Temperatur, mit der die Milch im Kühlt ank ankommt. Denn diese bestimmt
zusa mmen mit der gewünschten Lagertemperatur die let ztlich von der Kälte maschine zu überwindende Temperaturdifferen z. Logischerweise muss die Käl tem aschine umso weniger leisten und
de mentsprechend weniger Strom verbrauchen, je geringer di e Einlauftemperatur der frischen Milch ist.
In die se m Zusammenha n g können
lange, nicht isolierte Milchdruckleitungen soga r von Vorte il sein. Auch wenn
di ese in anderer Hinsicht oft Probleme
bereiten (z. B. bei der Anlagenreinigung).
Wesentlich besser zum Stromspa ren geeignet und deutlich effektiver sind denn
auch Vorkühler. Diese ermöglichen eine
Verr inge rung des Stromverbrauchs um
bis zu üb er 40 %! Weitere Vorteile liegen
m~ i sten
Entscheidend für den Energiebedarf
der Kältemaschine ist neben den zuvor
(
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Rohrkühler zeichnen sich durch geringe
Störanfälligkeit und schonende Behandlung der Milch aus .
darin , dass die Milch schneller auf Lagertemperatur gekühlt wird bzw. da ss (bei
gleicher Zeitspa nne bis zum Erreichen
der Lagerte mperatur) schwächere Kälteaggregate, also geringere elektrische Anschlu sswerte benötigt werden.
Zum Einsatz komm en hi er in Milch viehbetrieben zwei Varianten, di e auf
demselben Grundprinzip beruhen . Das
besteht darin, dass die Milch auf ihrem
Weg zum Tank indirekt mit kalter Flüssigkei t in Kontakt kommt und so auf 15
bi s 20 oe (Brunnenwasser) bzw. soga r auf
bi s zu ca . 5 oe (Eiswasse r bzw. Glykol )
abkühlt. Dabei kann die Milch durch eine Ro hrspirale laufen, die ihrerseits von
einem mit Kühlflüssigkeit gefüllten Rohr
umm an telt ist. Die Alternative zu sol~
ehen Roh rkühlern sind Plattenkühler. In
diese n läuft die Milch zw ischen Metallplatten entl ang. Auf der jeweils anderen
Seite der Metallplatten fließt die Kühlflüssigkeit.
Beide Sys teme haben ihre Vor- und
Nac htei le . So läss t sich di e Le istung
von Platt enkühlern durc h die a nnä hernd frei wählbare Anzahl von Kühlplatten sehr fein an den Milchfluss (die
pro Stunde anfallende Mi lchmenge) a npassen. Hingegen kann die Leistung von
Rohrkühlern nur durch Installation weiterer Kühler erweitert werden) was oft zu
viel d es G uten ist. Ein weitere r Vo rteil
von Plattenkühlern ist deren vergleichsweise hohe Effizienz und ihr geri ngerer
Preis.
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Miichpraxis 2/2014 (52, Jg.) •
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Dem steht aufseiten der Rohrkühler
gegenüber, dass diese nur geringe Strömungswiderstände verursachen. Mithin
ist die mechanische Belastung der Milch
mit der Gefahr eines erhöhten Gehalts an
freien Fettsäuren entsprechend klein. Zudem zeichnen sich Rohrkühler durch geringe Verschmutzung und einen äußerst
geringen Wartungsbedarf aus.
Dagegen fällt es bei Plattenkühlern
mit zunehmender Größe immer schwerer, diese dauerhaft sauber zu halten. Je
nach Schmutzeintrag und Wasserqualität ist daher regelmäßig (alle 1- 4 Jahre)
eine Zerlegung und intensive Reinigung
erforderlich. Diese Arbeit erfordert nicht
nur Zeit, sondern auch Fachkenntnisse
und Sorgfalt. Denn die Platten müssen
nach der Reinigung wieder exakt im al ten Abstand montiert und gleichmäßig
fest angezogen werden. Solche Arbeiten
fallen bei Rohrkühlern ebenso wenig an
wie Probleme mit nicht mehr funktions tüchtigen Dichtungen - ein für die raue
landwirtschaftliche Praxis nicht zu unterschätzender Vorteil.
Direkte oder indirekte Kühlung?
Ebenfalls bedeutsam für Energieverbrauch und Kosten der Milchkühlung ist
das gewählte Kühlverfahren. Hier stehen
sich die direkte und die indirekte Kühlung
gegenüber. Bei Ersterer entzieht das Kälte mittel der Milch die Wärme unmittelbar,
also direkt. Dies geschieht bei kleinen Lagerbehältern über einen Eintauchkühler
und ansonsten über Kühlschlangen oder
-platten, die sich im Boden des Lagertanks
befinden und mit den übrigen Bauteilen
des Kühlkreislaufs verbunden sind.
Ganz anders funktioniert hingegen die
indirekte Kühlung. Hier wird das Kältemittel nämlich nicht dazu verwendet, der
Milch ihre Wärme unmittelbar zu entziehen. Vielmehr kühlt das Kältemittel
zunächst zwischen den Melkzeiten große
Mengen Wasser aufO oe. Dieses Eiswasser wird dann nach Beginn des Melkens
in den Mantel des Lagertanks (Spalt zwischen äußerer und innerer Tankwand)
gesprüht, sodass es den inneren Tank
und die darin enthaltene Milch kühlt.
Der Eiswassertank kann sich dabei als
Verbundbauteil direkt unterhalb des Lager tanks befinden oder von diesem komplett getrennt sein.
Zweifelsfrei ist die indirekte Kühlung
technisch aufwendig~r als die direkte
Kühlung und dementsprechend mit ca.
3-5 % höheren Anschaffungskosten verbunden. Zudem ist auch der Stromver-
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Milchpraxis 212014 (52, Jg.)
zeiten bietet. In einem solchen Fall muss
für die indirekte Kühlung mit Mehrkosten von ca. 2,5 % gerechnet werden. Diese
steigen sogar auf über 9 %, wenn die Nutzungsdauer nicht länger ist als bei direkter Kühlung. Lassen sich hingegen günstigere Strom tarife erzielen, liegen die Gesamtkosten der indirekten Kühlung um
mehr als 4 % unter denen der Direktkühlung. Kommt noch eine tatsächlich signifikant längere Nutzungsdauer hinzu,
steigt der Kostenvorteil aufknapp 11 %.
Wärmerückgewinnung
lohnt nicht überall
Plattenkühler sind effizient und preisgünstig, aber auch wartungsbedürftig.
brauch um 20 bis 25 % höher, u. a. wegen des zusätzlichen Strombedarfs der
Eiswasserpumpe und des schlechteren
Gesamtwirkungsgrads. Dennoch gibt es
Konstellationen, in denen die indirekte
Kühlung gegenüber der direkten Kühlung von Vorteil ist.
So können die Stromkosten trotz des
höheren Stromverbrauchs geringer sein,
da die Eiswasserbereitung nicht an die
Melkzeiten gebunden ist. Dadurch lässt
sich häufig zumindest einmal pro Tag
ein günstigerer Stromtarif (z. B. "Nachtstrom") nutzen. Günstig auf den Stromtarif kann es sich auch auswirken, dass
für die Eiswasserbereitung viele Stunden zur Verfügung stehen, während das
Kühlen der Milch ja "unmittelbar nach
dem Melken" (a lso schnell) zu erfolgen
hat. Dadurch ist es möglich, schwächere
Kältemaschinen als bei direkter Kühlung
zu wählen und so entsprechend geringere elektrische Anschlusswerte zu erzielen.
Als weiteren Vorteil der indirekten
Kühlung geben die Hersteller eine längere Nutzungsdauer an. Angeblich sollen Eiswasseranlagen im Vergleich zur
Direktkühlung mehr als eineinhalbmal
so lange halten, da ihre Aggregate gleichmäßig über den Tag verteilt in geringem
Lastbereich laufen. Unstrittig ist schließlich, da ss bei indirekter Milchkühlung
nicht die Gefahr besteht, dass Milch am
Tankboden anfriert. Mithin kann die
Kühlung auch bei geringer Tankfüllung
beginnen. Dies ist z. B. in Betrieben mit
Melkrobotern ein gewichtiger Vorteil,
der auch höhere Gesamtkosten indirekter Kühlung rechtfertigen kann.
Letztere fallen selbst dann an, wenn
der Stromlieferant wegen geringerer Anschlusswerte zwar einen deutlich günstigeren Grundtarif gewährt, jedoch keine
Vergünstigungen für bestimmte Tages-
Grundsätzlich lässt sich der Energiebedarf eines Milchviehbetriebs auch durch
Einsatz von Wärmerückgewinnungsanlagen verringern. Das gilt allerdings nicht
in jedem Fall. Denn schließlich erhöht
sich der Stromverbrauch der Kältemaschine bei Kopplung mit einer Wärmerückgewinnungsanlage je nach Betriebsbedingungen um bis zu ca. 1,5 %. Dafür
entfällt allerdings auch der hohe Energieaufwand für die Wassererwärmung.
Folglich ist Wärmerückgewinnung energetisch und ökonomisch immer dann
sinnvoll, wenn in einem Milchviehbetrieb die erforderliche Warmwasserbereitung nicht anderweitig und günstiger
erfolgen kann, z. B. mittels ungenutzter
Abwärme von Biogasanlagen.
Schließlich gibt es dank moderner
Regeltechnik mittlerweile noch weitere Möglichkeiten zur Reduzierung des
Energieaufwands. So bietet GEA un ter dem Namen .. Koolway" aktuell ein
System an, bei dem die Kühlleistung an
den Füllstand des Tanks angepasst wird.
Noch einen Schritt weiter geht LemmerFullwood mit dem Konzept "FullEnergy". Dabei wird in Betrieben mit Fotovoltaik- bzw. Windluaftanlagen die entsprechende Mess- und Regeltechnik mit
der Melk- und Kühltechnik vernetzt. So
ist es laut Hersteller möglich, überschüssige Energie unmittelbar zur Bildung eines Eiswasservorrats bzw. zur Aufbereitung von Kochendwasser für die Melkanlagenreinigung zu nutzen.
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Dr. Dirk Hömberg
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