Охлаждение вина и сусла: сколько холода нужно винодельне

Разгар уборочной. Чиллер на 40 кВт по паспорту обслуживает емкости винодельни, и в этот момент заливают партию свежего виноградного сусла. Ее охлаждение забирает холод у бродящих танков, если у них общий контур. По каталожным долям воздушного чиллера на R410A он дает на гликоле −4 °C при воздухе +35 °C около 28 кВт, расчетный пик около 36, и не хватает 7–8 кВт (с запасом 15 % около 12,5 кВт).

Расчетный сценарий, не реальный случай.

Остается вопрос: сколько кВт нужно на самом деле и по какой нагрузке считать?

Коротко

1. Пик против среднего: расчетный пик около 36 кВт против 6–9 кВт среднесезонной нагрузки по ВНТП 25-85 (там завод, где 67 % крепких и десертных вин); для сухих столовых вин по нашей оценке 5–15 кВт. Холод считают по пику.
2. Паспорт 40 кВт на гликоле -4 °C при воздухе +35 °C дает около 28 кВт (около 26 кВт при +41 °C).
3. Нужный паспорт для такого пика с запасом: 59–64 кВт.
4. Заливка за 24 ч вместо 8 ч: нужный паспорт около 39 кВт при воздухе +35 °C и около 42 кВт при +41 °C.
5. Спросите у поставщика мощность при своей температуре жидкости, концентрации пропиленгликоля и воздухе +35 и +40 °C.

Ниже формулы, таблицы и чек-лист, чтобы проверить это на своей винодельне. Условия сценария: 200 т винограда за сезон и емкости около 100 м³.

Из чего складывается потребность винодельни в холоде: четыре нагрузки и формулы

Нагрузка	Формула и пример	В пик
Прием, охлаждение сусла	Q = V·ρ·c·ΔT / (3600·t); 10 м³, 25→12 °C: 143 кВт·ч	на время заливки
Брожение	Q = V_акт · q_пик; 0,35–1,0 кВт/м³	первые 2–3 суток
Стабилизация	та же формула; 20 000 л, +15→-4 °C: 408 кВт·ч	если совпала
Теплопритоки	k·F·ΔT + насосы; в примере 3–6 кВт	всегда

Пик в сценарии определяет прием: 18,7 из 36 кВт, дальше брожение 10–16 и теплопритоки 3–6. Если заливку растянуть до 24 ч, прием падает до 6,2 кВт, и одной из самых крупных нагрузок становится стабилизация, когда она совпала по времени: охлаждение партии вина за 24 ч в среднем требует 17 кВт.

Прием: охлаждение сусла и мезги

V — объем партии, м³; ρ — плотность виноградного сусла, 1083 кг/м³ по ВНТП 25-85 (нормы технологического проектирования винодельческих заводов); c — теплоемкость 3,6–3,8 кДж/(кг·К), не 4,18 как у воды (оценка, измеренного значения не нашли); ΔT — перепад, К; t — время заливки, ч. Мощность зависит только от t: те же 143 кВт·ч за 4 ч дают 36 кВт, за 8 ч 18, за 24 ч 6. ВНТП считает прием на 10 ч в сутки.

Брожение

Брожение дает 0,150–0,164 кВт·ч на кг сброженного сахара: 24–26 кВт·ч на 1 м³ при 160 г/л и 36–39 при 240 г/л, если сахар сброжен полностью. Без отвода тепла сусло греется примерно на 1,3–1,4 К на 1 % сахара (наша оценка, подтверждение косвенное) и уходит далеко выше конечных температур брожения по ВНТП 25-85 (16–28 °C).

Как выбрать q_пик. Это тепло брожения, деленное на часы активной фазы, то есть среднее за активную фазу. Мгновенный пик выше среднего; единого опубликованного коэффициента «пик к среднему» нет, поэтому 0,5 здесь нижняя оценка пика, а 1,0 верхняя. Для белых умножьте свой сахар в г/л на 0,150–0,164 и поделите на часы активной фазы при вашей уставке. Сценарий берет 2–3 суток: за 72 ч выходит 0,33–0,36 кВт/м³ при 160 г/л и 0,50–0,54 при 240 г/л, за 48 ч 0,50–0,54 и 0,75–0,81. Это тот же порядок, что диапазон 0,35–1,0: низ дал замер Beghi 2023 на белых при 15–19 °C (чистая мощность отвода при открытом клапане, поэтому он занижает пик), верх вторичная цитата Ribéreau-Gayon через Malavasi 2023 (первоисточник мы не открывали). Чем теплее уставка, тем короче фаза и выше q_пик: у Beghi 2023 брожение шло 5 суток при 19 °C и 7 при 15 °C. В примере принято 0,5: 160 г/л за 48 ч или 240 г/л за 72 ч.

Красные на мезге. Замеров мы не нашли, оценивайте так же: сахар × 0,150–0,164 на часы активной фазы, объем по бродящей мезге. У технолога подтвердите длительность активной фазы при вашей мацерации и уставке, сахар на входе и долю тепла, которую снимает чиллер.

V_акт. Суточная партия 10,5 м³ бродит 2–3 суток, поэтому в активной фазе одновременно 2–3 танка порядка 10 м³, то есть 21–32 м³.

Холодная стабилизация: охлаждение вина

Партия 20 000 л, +15→-4 °C: около 408 кВт·ч при теплоемкости вина 3,8–4,0 (оценка). В среднем это 17 кВт за 24 ч и 5,7 кВт за 72 ч, плюс 0,5–0,6 кВт теплопритоков; охлаждение идет по экспоненте, поэтому пик выше среднего. Сколько суток вино выдерживают при -4 °C, определяет технолог. Рекуператор вино-в-вино по ВНТП сокращает перепад чиллера с 19 до 9 К, это около 190 кВт·ч вместо 408.

Теплопритоки

Складываются из стенок емкостей, трасс и насосов. Площадь стенок оценивайте по объему: у цилиндрической емкости высотой в два диаметра стенки и днища дают A ≈ 5,8·V^(2/3) м², где V в м³. Это 17 м² для 5 м³, 27 для 10 м³ и 43 для 20 м³, то есть 210–340 м² на 100 м³ при емкостях 5–20 м³ (при двух емкостях по 50 м³ около 160 м²); точную площадь возьмите по чертежам. По нашему расчету (теплоотдача 5–9 Вт/(м²·К), теплопроводность изоляции 0,025–0,04 Вт/(м·К); нормативных значений кВт на 100 м² для винных танков мы не нашли) голая нержавейка отдает 8–18 кВт на 100 м² при перепаде 15–20 К, с изоляцией 50–100 мм 0,4–1,5 кВт: изолированные стенки дают 0,8–5,1 кВт. Трасса DN50 в 100 м при перепаде 30 К теряет 5–6 кВт без изоляции и около 1,2 кВт с 19 мм эластомера. Насос отдает в гликоль порядка 2–3 кВт на каждые 3 кВт потребляемой мощности (для чиллера 40 кВт это 5–7 %), берите по паспорту насоса. Сумма без насосов 2,0–6,3 кВт. В сценарий принято 3–6 кВт; при верхних оценках пик сценария выше примерно на 3 кВт. Расчет без учета конденсата.

Что проверено, что оценка

Проверено по документам: теплота брожения 0,150 кВт·ч/кг (ВНТП 25-85, п. 4.8) и около 0,164 (Malavasi и др. 2023), плотность сусла 1083 кг/м³, 21,6 кВт·ч/т и температуры табл. 32 из ВНТП 25-85 (документ 1985 года, замены не нашли); доли паспорта из каталога чиллеров.

Оценка: теплоемкость сусла и вина; нагрев 1,3–1,4 К на 1 % сахара; 1,0 кВт/м³ из вторичной цитаты; снятые холодом 49–79 % теоретического тепла по Beghi 2023 (одна винодельня, три танка, два штамма); 17–37 кВт·ч/т, площадь стенок, расчет без учета конденсата и пересчет паспорта для совпавших нагрузок сделаны авторами; запас 10–15 %, концентрация гликоля и признаки нехватки мощности взяты из практики, норматива нет.

Почему чиллер берут по пику, а не по среднему: расчет за 15 минут

P_пик = P_прием + Σ(V_акт · q_пик) + P_теплопритоки + P_стабилизация

P_паспорт = P_пик · (1 + запас) / доля_паспорта

P_прием, кВт: охлаждение суточной партии сусла за время заливки. q_пик, кВт/м³: пиковая нагрузка брожения на кубометр. V_акт, м³: объем в активной фазе. P_стабилизация учитывают, только если она совпала по времени. Запас 0,15, доля_паспорта из таблицы в разделе «Паспортные кВт и рабочие».

Пример иллюстративный, чужие цифры подставлять нельзя: 200 т за сезон, пик 15 т в сутки, выход сусла 0,7 м³/т, то есть 10,5 м³ в сутки.

Шаг	Что подставить	Где взять у себя	Формула	Пример
1. Прием	объем партии, ΔT, время заливки	тонны в пик × выход сусла, график заливок	V·ρ·c·ΔT / (3600·t)	10,5 м³, 25→12 °C, 8 ч: 18,7 кВт
2. Брожение	V_акт и q_пик	партии в брожении × объем; q_пик по разделу «Брожение»	V_акт · q_пик	21–32 м³ × 0,5 = 10–16 кВт
3. Теплопритоки	стенки, трассы, насосы	чертежи емкостей, трассы, паспорт насосов	раздел «Теплопритоки»	3–6 кВт
4. Стабилизация	партия, ΔT, срок	если совпала с приемом	как в шаге 1	0 или 6–17 кВт
5. Пик с запасом	сумма шагов 1–4	запас один раз	P_пик · 1,15	32–41, середина 36; с запасом 41 кВт
6. Паспорт	доля паспорта	таблица в разделе «Паспортные кВт и рабочие»	пик с запасом / доля	41 / 0,70 = 59 кВт при +35 °C; 41 / 0,64–0,65 = 64 при +41 °C

Если принять q_пик 1,0 вместо 0,5, пик вырастет до 43–57 кВт. Отдельно, к другому случаю: верхняя граница базового сценария (41 кВт) с запасом 15 % дает 47 кВт и паспорт 67–72 кВт.

График заливок	Нагрузка, кВт
10 емкостей по 5 м³ (715 кВт·ч): за 24 ч / за 8 ч	около 30 / около 90
одна емкость 5 м³ (72 кВт·ч) за 8 ч	около 9

Расчет для 50 м³ сусла, 25→12 °C; учтен только прием. 50 м³ сусла в сутки это около 70 т винограда в день, то есть крупная заливка, а не сценарий 200 т за сезон (всего около 140 м³ сусла).

Среднее против пика. ВНТП (табл. 38) дает 21,6 кВт·ч/т: для 200 т это 6 кВт при 30 сутках работы и 9 при 20, против пика около 36 кВт. Цифра дана для завода с 67 % крепких и десертных вин, где сбраживается мало сахара, и годится как ориентир метода, но не для выбора мощности. Для сухих столовых вин наша оценка 17–37 кВт·ч/т, то есть для 200 т около 5–15 кВт среднесезонных, и пик выше среднего в 2–8 раз.

Конец уборочной: стабилизация совпала с приемом и брожением

Если стабилизация ранних белых идет, пока принимают поздние сорта (бывает ли так у вас, подтвердит технолог), к пику 36 кВт добавляется стабилизация 6–17 кВт (это средняя мощность, в начале охлаждения она выше): сумма 42–53 кВт, с запасом 15 % 48–61 кВт. Стабилизация до -4 °C идет при перепаде рубашки 4–6 К, то есть на жидкости около -9 °C. Общий контур на -9 °C (доля 0,57–0,58 при воздухе +35 °C) требует паспорт 83–107 кВт. Если развести контуры, прием и брожение на +2…+5 °C (доля не меньше 0,84) дают около 49 кВт, стабилизация на -9 °C 12–34 кВт, вместе 61–83 кВт. Вывод: при совпадении отдельный низкотемпературный контур нужен, он снижает паспорт на 22–24 кВт. Если стабилизацию можно сдвинуть на дни после приема, пик остается 36 кВт, паспорт 59–64 кВт, контур не нужен.

Паспортные кВт и рабочие: что чиллер дает на гликоле -4 °C в жару и о чем спросить поставщика

Доли от номинала (номинал: воздух 35 °C, жидкость на выходе +7,2 °C; в колонках температура воздуха на входе в конденсатор):

На фото: воздушный чиллер КРИО-AL-116 — смотреть в каталоге

Жидкость на выходе	Воздух 35 °C	Воздух 40,6 °C
+1,7 °C (20 % гликоля)	84 %	77–78 %
-3,9 °C (25 %)	70–71 %	64–65 %
-9,4 °C (35 %)	57–58 %	52 %

Источник: публичный каталог воздушных процессных чиллеров на R410A, май 2025, четыре типоразмера 27–78 кВт; для другого хладагента, типа компрессора и производителя доли запрашивайте у поставщика; строка -9,4 °C есть у одной модели 41 кВт. Таблицы даны для этиленгликоля, поправку для пропиленгликоля уточните у поставщика. Значит, 40 кВт по паспорту при воздухе 35 °C дают около 28 кВт на -4 °C, около 26 при 40,6 °C и около 23 на -9 °C. Влияние гликоля уже в долях, второй раз поправку не добавляют.

Один чиллер имеет два паспорта: по брошюре серийной модели мощность при «вход 20, выход 15 °C» и воздухе 25 °C на 33–36 % выше, чем при «вход 12, выход 7 °C» и воздухе 35 °C. Сравнивайте кВт поставщиков при одинаковом режиме. Спросите:

Мощность чиллера при температуре жидкости на выходе X °C, пропиленгликоль Y % по объему, воздух +35 и +40 °C: указана с учетом тепла насоса или без?

Производитель гликоля рекомендует брать температуру замерзания не менее чем на 3 °C ниже самой низкой ожидаемой. Наш ориентир для контура с испарителем: от температуры стенки испарителя (она на 4–6 К ниже подачи) еще 3–5 К вниз. При подаче -5 °C это 30–35 % пропиленгликоля по объему; норматива на это нет. Запас 1,1–1,15 берут по практике, в примере 1,15, и закладывают один раз, как и долю паспорта. Отдельную поправку «на гликоль» поверх долей не добавляют: влияние температуры жидкости и процента гликоля в долях уже учтено.

Что будет, если холод разберет один потребитель, и как развести нагрузки на малой винодельне

Когда один чиллер обслуживает и прием, и брожение, большая заливка забирает мощность у бродящих танков. 143 кВт·ч на охлаждение 10 м³ свежего сусла либо тянут чиллер на 36 кВт за 4 часа, либо на 6 кВт за сутки. Пока он занят заливкой, подача у бродящих танков поднимается выше уставки.

Что будет, если холода не хватило

Белые: в обзоре 2019 года брожение при 15 °C вместо 28 °C дало больше цветочного аромата; это сравнение двух режимов, а не порог потери аромата. Температура входит в число более 15 причин остановки и залипания брожения (обзор IntechOpen 2022), а залипшее брожение оставляет сахар и повышает риск микробной порчи. Пороги температур, при которых аромат теряется и брожение встает, числом не называем: нужна проверка технологом.

Конечные температуры бродящего сусла по ВНТП 25-85 (табл. 32): белые марочные 16 °C, столовые ординарные 22; мезга красных 22 (марочные) и 28 °C (ординарные).

Как развести нагрузки

Цепочка выбора для сценария 200 т и 100 м³: дефицит 7–8 кВт (с запасом около 12,5) → график заливок (24 ч) → поточный теплообменник → буфер 9–11 м³ → чиллер 59–64 кВт. К следующему шагу переходят, только если предыдущий не закрыл дефицит.

1. График 24 ч снижает пик до 24 кВт, с запасом 27, против 28 рабочих кВт чиллера при воздухе +35 °C: дефицит закрыт, если сусло может ждать.
2. Поточный теплообменник с блокировкой по приоритету спасает бродящие танки, но дефицит мощности не снимает.
3. Дефицит с тем же запасом 15 %, что в расчете паспорта: 41 − 28,5 = около 12,5 кВт; за 8 ч заливки это 100 кВт·ч. Объем буфера V = (Q_пик − Q_чиллера)·t / (ρ·c·ΔT); для пропиленгликоля 30 % и перепада накопителя 8–10 К это 8,8–11 кВт·ч на м³, то есть 9–11 м³ гликоля (без запаса дефицит 7,5 кВт, 60 кВт·ч и 5,5–6,8 м³ это нижняя граница). Заряжает его ночью тот же чиллер.
4. Буфер не помещается или нужен резерв: чиллер на 59–64 кВт.

Решение	Нагрузка, кВт	Паспорт, кВт	Цена решения
Прием 8 ч, один контур	около 36, с запасом 41	59–64	самый большой чиллер, вне сезона простаивает
Прием на 24 ч	около 24, с запасом 27	около 39 при +35 °C, около 42 при +41 °C	сусло дольше ждет, срок и риски назовет технолог
Поточный теплообменник	сусло 25–27→10–12 °C по КубГТУ 2015; 18–24 на 10 м³ за 6–8 ч, расчет	не меняется, нужна блокировка по приоритету	оборудование и мойка; для мезги тип подтверждает технолог
Буфер гликоля	дефицит с запасом около 12,5 за 8 ч, 100 кВт·ч	остается 40, буфер 9–11 м³	объем и ночной заряд
Отдельный теплый контур +2…+5 °C	те же 36	около 49 при +35 °C вместо 59	насос, изоляция, клапаны
Две машины	те же 36	каждая примерно половина от 59–64	дороже; при отказе одной остается половина мощности

Для малой винодельни теплообменник, буфер, лед, вторая машина и отдельный контур избыточны, пока дефицит закрывает график заливок: при 24 ч чиллера на 40 кВт хватает впритык при воздухе +35 °C (нужен паспорт около 39 кВт) и не хватает при +41 °C (нужно около 42 кВт). Они оправданы, если график растянуть нельзя (буфер), бродящие танки греются во время заливки (теплообменник с приоритетом), нужен резерв при отказе компрессора (вторая машина), стабилизация совпала с приемом (отдельный контур) или нужен запас холода для сусла и рубашек белых (лед). Лед теоретически в 8–10 раз компактнее гликоля, реальный аккумулятор считайте по паспорту; вода +0,5 °C, для стабилизации при -4 °C он не годится.

Как проверить уже стоящий чиллер: замер Q = G·ρ·c·ΔT и типовые ошибки

Q [кВт] = G · ρ · c · ΔT / 3600

G, м³/ч: расход; ρ, кг/м³ и c, кДж/(кг·К): свойства раствора, не воды; ΔT, К: подача минус возврат.

Пример: 10 м³/ч пропиленгликоля 30 % при ΔT 3 К это 33 кВт, по воде вышло бы 35. Берите ΔT от 3 К: при 2 К и датчиках ±0,3 К погрешность около ±21 %. Нехватку мощности выдают подача выше уставки на 2–5 К и компрессор 100 % часами, обвязку или насос выдает ΔT меньше 1,5–2 К при нормальной подаче и греющихся танках (расход слишком высок, байпас, воздух в рубашке) или ΔT больше 6–8 К (мал расход, забит фильтр, загустел гликоль). Это ориентиры по опыту, не норматив. Типовые ошибки: подбор по среднему или «кВт на литр», паспорт при +7 °C и 35 °C (40 кВт «по бумаге» дают 21–28), свежее сусло в общий контур без приоритета, голые трассы, давление насоса вместо давления рубашки и отсутствие резерва.

Что сообщить для расчета холода винодельни и что делать дальше

Соберите исходные данные для расчета:

1. Число и объем емкостей, тип (ЦКТ, винификатор), рубашки, изоляция.
2. Тонны за сезон и в пик за сутки, график заливок за 3–5 сезонов.
3. Доля белых и красных, сахаристость в г/л, выход сусла в л/т.
4. Температуры: прием, цель после теплообменника, уставки брожения, стабилизация.
5. Способ охлаждения приема и его часы.
6. Расчетная наружная температура лета для вашего объекта (по СП 131.13330; в примере принято +35…+40 °C как допущение), место чиллера, трассы.
7. Гликоль: тип, концентрация, желаемая подача.
8. Рабочее давление рубашки по документации емкости, мощность сети, рост объема на 3–5 лет, что уже стоит.

Без графика заливок и температур пик не отделить от среднего.

Что делать

1. Посчитайте пик по формуле из раздела «Почему чиллер берут по пику, а не по среднему» со своими тоннами, графиком заливок и температурами.
2. Задайте поставщику вопрос про паспорт при своих температурах: жидкость, концентрация пропиленгликоля, воздух +35 и +40 °C.
3. Решите по цепочке из подраздела «Как развести нагрузки»: график заливок, буфер или отдельный контур.
4. Отправьте исходные данные через форму подбора.

Чиллер продолжает расчет, а не начинает его. В каталоге: воздушные чиллеры, модульные промышленные чиллеры со встроенным насосом и баком и ледяные аккумуляторы как буфер пика. Мощность модели назовем по таблице при ваших условиях.

Читайте также

• Охлаждение молока на производстве: ледяная вода, танки и требования по времени
• Охлаждение бетона: зачем массивным конструкциям ледяная вода