Autor: Technische Abteilung Mycond
Die Feuchtigkeitskontrolle ist einer der kritischsten Faktoren bei der Herstellung und Lagerung alkoholischer Getränke. Historisch wurden Weinkeller und Brauereien in natürlichen Höhlen und unterirdischen Räumen untergebracht, in denen die Temperatur stabil niedrig und die Feuchtigkeit hoch blieb. Mit dem technischen Fortschritt wurde jedoch klar, dass unkontrollierte Feuchte erhebliche wirtschaftliche Verluste verursacht: Bis zu 5–8 % der jährlichen Weinproduktion können durch Korkprobleme verdorben werden, und in Brauereien kann mikrobiologische Kontamination infolge hoher Luftfeuchtigkeit zur Ausschussquote von 3–4 % führen.
Besonderheiten der Weinproduktion
Die Weinherstellung stellt in jeder Phase besondere Anforderungen an das Mikroklima. Während der Gärung beträgt die optimale Temperatur 20–30°C für Rotweine und 10–18°C für Weißweine bei einer relativen Luftfeuchtigkeit (RH) von 65–75 %. In der Reifung in Eichenfässern kommt es zu natürlicher Verdunstung – dem sogenannten „Engelsanteil“. Bei 12–16°C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 60–70 % verdunsten durch die Poren des Holzes jährlich 2–5 % des Weinvolumens. Bei zu niedriger Luftfeuchte (unter 50 %) steigen die Verluste, und bei zu hoher (über 80 %) verschlechtert sich die Qualität durch die Hemmung nützlicher Oxidationsprozesse.
Natürliche Korkstopfen, die für die Flaschenlagerung verwendet werden, sind äußerst empfindlich gegenüber Feuchtigkeit. Bei RH unter 40 % trocknen Korken aus, verlieren ihre Elastizität und lassen Sauerstoff durch, was zur Oxidation des Weins führt. Bei RH über 75 % kann sich auf Korken der Pilz Botrytis cinerea entwickeln, der „Korkgeschmack“ verursacht – einen der häufigsten Weinfehler.
Besonderheiten des Brauens
Brauereien sind in klar abgegrenzte technologische Zonen mit unterschiedlichen Mikroklima-Anforderungen unterteilt. Das Sudhaus erzeugt große Mengen Dampf und erhöht die relative Feuchte auf 80–90 %. Der Gärbereich erfordert Feuchtekontrolle auf 50–60 % RH bei 15–24°C für Ales und 8–12°C für Lagerbiere.
Besonders kritisch ist die Feuchtekontrolle beim Reinigen der Anlagen mit CIP-Systemen, wenn die RH innerhalb weniger Minuten von 40 % auf 95 % springen kann. Ein typischer Reinigungszyklus dauert 2–3 Stunden, und ohne Entfeuchter sind 4–8 Stunden nötig, um die normale Feuchte wiederherzustellen – ideale Bedingungen für das Wachstum von Mikroorganismen.
Auch die Lagerung der Rohstoffe stellt strenge Anforderungen: Malz benötigt 50–60 % RH, Hopfen nicht mehr als 55 % RH, und Hefekulturen stabile 50–55 % RH ohne starke Schwankungen.
Psychrometrie bei niedrigen Temperaturen
Eine Besonderheit von Weinkellern und Brauereien ist der Betrieb bei niedrigen Temperaturen, in denen psychrometrische Prozesse spezielle Eigenschaften aufweisen. Bei Temperaturen von +5...+18°C zeigt die Sättigungskurve im psychrometrischen Diagramm, dass selbst kleine Temperaturschwankungen große Änderungen der relativen Luftfeuchtigkeit verursachen können. Bei einer Absenkung der Temperatur um 5°C kann die RH bei unverändertem Feuchtegehalt um 15–20 % steigen.
Das Konzept des Taupunkts ist entscheidend, um Kondensation auf kalten Oberflächen zu vermeiden. Beträgt beispielsweise die Lufttemperatur im Keller +12°C bei 70 % relativer Luftfeuchtigkeit, liegt der Taupunkt bei +6,5°C. Das bedeutet, dass auf jeder Oberfläche mit einer Temperatur unter +6,5°C Kondensat entsteht – typischerweise an kalten Rohrleitungen, Behältern oder Fässern, die mit einem kalten Boden in Kontakt sind.
Mikrobiologie
Mikroorganismen in Weinkellern und Brauereien entwickeln sich aktiv bei relativer Luftfeuchtigkeit über 65–70 % und Temperaturen von 4–35°C. Ein wichtiger Kennwert ist die Wasseraktivität (aw), die für die meisten schädlichen Mikroorganismen mindestens 0,65 betragen muss. Bei 80 % relativer Feuchte und darüber erreicht die Wasseraktivität auf der Oberfläche organischer Materialien kritische Werte.
Die wichtigsten mikrobiologischen Risiken umfassen: Schimmel an der Kellerkonstruktion (insbesondere Aspergillus und Penicillium), Verderb von Korken durch Pilze, Kontamination von Bier durch wilde Hefen und Bakterien sowie Biokorrosion von Metallausrüstung. So wurden beispielsweise die historischen Höhlen von Lascaux in Frankreich mit ihren prähistorischen Wandmalereien nach der Installation einer Klimaanlage, die das natürliche Feuchtegleichgewicht störte, durch Mikroorganismen schwer beschädigt.
Empfohlene Parameter
Für die verschiedenen Produktionsstufen gibt es optimale Mikroklima-Parameter:
Für Weinkeller:
- Reifung roter Weine: 12–16°C, 60–70 % RH
- Reifung weißer Weine: 10–12°C, 65–75 % RH
- Flaschenlagerung: 10–15°C, 60–70 % RH
Für Brauereien:
- Ale-Gärung: 15–24°C, 50–60 % RH
- Lagerung (Lagerung): 0–4°C, 70–80 % RH
- Abfüllung: 4–10°C, 50–60 % RH
- Lagerung fertiger Produkte: 4–8°C, unter 60 % RH
Kurzzeitige Abweichungen (bis zu 2 Stunden) von ±5 % RH verursachen in der Regel keine Probleme, systematische Abweichungen können jedoch die Produktqualität und die Haltbarkeit erheblich beeinträchtigen.
Quellen der Feuchtebelastung
Eine effiziente Auslegung des Entfeuchtungssystems erfordert das Verständnis aller Feuchtequellen:
1. Infiltration durch Kellerwände – abhängig vom Material: Ziegel (Dampfdurchlässigkeitskoeffizient 0,11–0,17 mg/(m·h·Pa)), Beton (0,03–0,09), Naturstein (0,05–0,12). Besonders kritisch ist die kapillare Wasseraufnahme über den Boden, die bis zu 300–400 g Feuchte pro Quadratmeter und Tag eintragen kann.
2. Außenluft für die Lüftung – zur Abführung von CO2, das während der Gärung entsteht (etwa 4–5 kg CO2 pro 100 l Bier), müssen 5–8 m³/h Außenluft pro 100 l Produkt zugeführt werden, was insbesondere in der warmen Jahreszeit zusätzliche Feuchte einträgt.
3. Technologische Prozesse – die Gärung von Zuckern (C6H12O6) führt zur Bildung von Ethanol, CO2 und Wasser, wobei etwa 0,3–0,5 kg Feuchte pro 100 l Produkt und Tag freigesetzt werden.
4. Anlagenreinigung – erzeugt Spitzenlasten von bis zu 3–5 kg Feuchte pro Stunde und 100 m² Fläche bei Einsatz von Heißwasser und Reinigungsmitteln.
Methodik der ingenieurtechnischen Berechnung
Die ingenieurtechnische Berechnung des Entfeuchtungssystems erfolgt in folgenden Schritten:
1. Festlegung der Zielparameter für jede Zone mit Umrechnung der relativen Luftfeuchtigkeit (RH) in absolute (g/kg).
2. Berechnung der Infiltration durch die Hüllkonstruktionen unter Berücksichtigung von Typ und Zustand.
3. Berechnung der Lüftungslast unter Berücksichtigung der notwendigen CO2-Abfuhr.
4. Ermittlung der technologischen Lasten aus Gärung und Reinigung.
5. Summierung aller Quellen mit Gleichzeitigkeit und einer Reserve von 10–20 %.
Beispiel: Für einen Weinkeller mit 600 m² Fläche (20×30 m) und 3 m Höhe bei +12°C und einer Ziel-RH von 65 % kann die gesamte Feuchtelast betragen: 2–3 kg/h aus Infiltration durch die Wände, 1–2 kg/h aus Lüftung, 2–3 kg/h aus technologischen Prozessen, bis zu 10 kg/h während der Reinigung. Mit 15 % Reserve sollte die berechnete Entfeuchterleistung mindestens 15–18 kg/h betragen.
Vergleich der Entfeuchtungstechnologien
Für Weinkeller und Brauereien werden zwei Haupttechnologien eingesetzt:
Kondensationsentfeuchter arbeiten nach dem Prinzip, die Luft unter den Taupunkt abzukühlen und Feuchte zu kondensieren. Sie sind bei Temperaturen über +15°C effizient, doch bei niedrigeren Temperaturen fällt ihre Leistung stark ab, und unter +10°C sind sie aufgrund des Vereisens des Verdampfers praktisch unwirksam.
Adsorptionsentfeuchter nutzen die chemische Sorption von Feuchte an Silikagel oder Zeolith mit anschließender Regeneration des Sorbens. Sie sind bei allen Temperaturen (auch im Minusbereich) wirksam, erreichen sehr niedrige Taupunkte (bis -40°C), verbrauchen jedoch mehr Energie für die Regeneration des Sorbens (1,2–2,0 kWh pro kg entfernter Feuchte gegenüber 0,4–0,6 kWh bei Kondensationssystemen).
Auslegung der Luftverteilung
Ein effizientes System zur Verteilung der entfeuchteten Luft muss die Zufuhr in die kritischsten Zonen sicherstellen – zu kalten Oberflächen von Fässern, Behältern und Rohrleitungen, wo die Kondensationsgefahr am höchsten ist. Dabei sollte die Luftgeschwindigkeit in den Lagerzonen 0,5 m/s nicht überschreiten, um keinen Komfortverlust zu verursachen und die Verdunstung nicht zu beschleunigen.
Ein Schlüsselelement ist die Schaffung eines leichten Überdrucks (+5...+15 Pa), um die Infiltration feuchter Außenluft zu verhindern. Dafür muss der Zuluftvolumenstrom die Abluft um 5–10 % übersteigen.
In großen Räumen ist es sinnvoll, eine Zonierung mit unterschiedlichen Parametern vorzusehen, Luftschleier an Türen zu installieren und Schleusen zwischen Zonen mit unterschiedlichen Feuchteanforderungen zu schaffen.
Energieeffizienz
Die Steigerung der Energieeffizienz von Entfeuchtungssystemen wird erreicht durch:
1. Wärmerückgewinnung aus der Reaktivierung von Adsorptionsentfeuchtern zur Erwärmung von Prozesswasser oder Zuluft, was bis zu 25–35 % Energie spart.
2. Integration mit Kältesystemen durch Nutzung der Kondensationswärme des Kältemittels zur Sorbensregeneration, wodurch der Energieverbrauch um 30–40 % sinkt.
3. Leistungsmodulation durch Frequenzregelung der Ventilatoren und Optimierung der Regenerationszyklen.
4. Einsatz mehrerer Systeme mit einem Basistentfeuchter für die Grundlast und einem zusätzlichen für die Spitzenlast während der Reinigung.
Typische Planungsfehler
Bei der Planung von Entfeuchtungssystemen für Weinkeller und Brauereien treten häufig folgende Fehler auf:
1. Falsche Wahl des Entfeuchtertyps – die Installation eines Kondensationsentfeuchters in einem Weinkeller mit +12°C führt zu praktisch null Leistung und zum Verlust der Investition.
2. Ignorieren von Lastspitzen – die Auslegung nur auf die mittlere Last ohne Berücksichtigung der Reinigung führt zu unkontrollierter Feuchte für 4–8 Stunden nach dem Vorgang.
3. Unzureichende Abdichtung der Räume – die Installation teurer Geräte in einem undichten Keller mit hoher Infiltration macht die Entfeuchtung weitgehend wirkungslos.
4. Falsche Platzierung der Sensoren – ein Sensor am Auslass des Entfeuchters zeigt 20 % RH, während sich an den Fässern Kondensat bildet, weil in den kritischen Zonen keine Kontrolle erfolgt.
5. Fehlende CO2-Abführung – die Anreicherung aus der Gärung gefährdet das Personal und erfordert zusätzliche Lüftung, die in den Berechnungen berücksichtigt werden muss.
6. Unterschätzung der kapillaren Wasseraufnahme – in einem Keller ohne Bodenabdichtung kann der ständige Feuchteeintrag aus dem Erdreich die Kapazität des Entfeuchtungssystems überschreiten.
Wirtschaftlichkeit
Die wirtschaftlichen Verluste durch unkontrollierte Feuchte in der alkoholischen Getränkeindustrie sind erheblich:
- Verlust von Weinpartien durch Korkschäden – 3–5 % der Jahresproduktion
- Bier-Ausschuss durch mikrobiologische Kontamination – 2–4 % der Chargen
- Vorzeitige Korrosion von Ausrüstung – Verkürzung der Lebensdauer um 30–40 %
Die Lösungskosten umfassen Investitionen in Ausrüstung und Montage (400–700 Euro pro kg/h Entfeuchtungsleistung) sowie Betriebskosten für Strom und Wartung (0,15–0,25 Euro pro kg entfernter Feuchte).
Die typische Amortisationszeit professioneller Entfeuchtungssysteme für Weinbau und Brauwesen beträgt 2–4 Jahre, ohne indirekte Vorteile zu berücksichtigen: Qualitätsverbesserung der Produkte, längere Lebensdauer der Ausrüstung, geringere Häufigkeit von Hygienemaßnahmen.
Schlussfolgerungen
Die Feuchtigkeitskontrolle in Weinkellern und Brauereien ist eine komplexe ingenieurtechnische Aufgabe, die genaue Berechnungen aller Feuchtequellen einschließlich Spitzenlasten erfordert. Entscheidend ist die richtige Wahl der Entfeuchtungstechnologie in Abhängigkeit von den Temperaturbedingungen – Adsorptionsentfeuchter sind die optimale Lösung für kühle Kellerbereiche.
Die wirtschaftliche Zweckmäßigkeit von Investitionen in professionelle Entfeuchtung wird durch die Vermeidung erheblicher Produkt- und Ausrüstungsverluste bestätigt. Eine höhere Energieeffizienz wird durch Wärmerückgewinnung und die Integration mit anderen Systemen erreicht, und die richtige Automatisierung mit korrekt platzierter Sensorik gewährleistet ein stabiles Mikroklima.
Feuchtigkeit ist – neben Temperatur und Hygiene – einer der Schlüsselparameter, die die Qualität alkoholischer Getränke und die Effizienz ihrer Herstellung bestimmen.
