Entfeuchtung in Weinkellern und Brauereien

Autor: Technische Abteilung Mycond

Die Kontrolle der Luftfeuchtigkeit ist eine der wichtigsten ingenieurtechnischen Aufgaben bei der Herstellung und Lagerung alkoholischer Getränke. Historisch waren Weinbereitung und Brauwesen eng mit unterirdischen Räumen verbunden, in denen die natürlichen Bedingungen eine relative Temperaturstabilität gewährleisteten. Doch gerade diese unterirdischen Bedingungen führten oft zu Problemen mit übermässiger Feuchtigkeit. Moderne Untersuchungen zeigen, dass unkontrollierte Feuchtigkeit in Weingütern zu Verlusten von 5–8% der Produktion durch beschädigte Korken und Schimmelbildung führen kann, während in Brauereien ein ungeeignetes Mikroklima das Risiko mikrobiologischer Verunreinigung um 30–40% erhöht, was zu erheblichen wirtschaftlichen Einbussen führt.

Besonderheiten der Weinherstellung und Feuchtigkeitskontrolle

Die Weinherstellung durchläuft mehrere kritische Phasen, von denen jede spezifische Anforderungen an die Luftfeuchtigkeit hat. Während der Fermentation (15–25°C) kann die relative Luftfeuchtigkeit aufgrund der natürlichen Feuchtefreisetzung beim Gären 70–80% erreichen. Besonders wichtig ist die Reifephase in Eichenfässern, bei der die Luftfeuchtigkeit die Qualität des Endprodukts direkt beeinflusst.

Das Phänomen des "Engelsanteils" (Verdunstung durch die Poren der Eichenfässer) erfordert eine feine Balance: Eine zu trockene Atmosphäre (unter 55% RH) beschleunigt die Verdunstung und Produktverluste, während übermässige Feuchtigkeit (über 75% RH) das Wachstum unerwünschter Mikroorganismen auf den Fassoberflächen fördern kann. Für die Reifung roter Weine sind 12–16°C bei 60–70% RH optimal, für weisse Weine 10–12°C bei 65–75% RH.

Besondere Aufmerksamkeit gilt den Korkverschlüssen. Bei der Lagerung von Weinflaschen unter Bedingungen niedriger Feuchtigkeit (unter 50% RH) kann der Korken austrocknen, was zu Sauerstoffeintrag und Oxidation des Weins führt. Bei hoher Feuchtigkeit (über 75% RH) steigt das Risiko eines Befalls der Korken mit dem Pilz Botrytis cinerea, der dem Wein einen unangenehmen muffigen Geschmack verleiht.

Besonderheiten des Brauprozesses und Feuchtigkeitsprobleme

Brauereien stehen in Bezug auf die Luftfeuchtigkeit vor eigenen spezifischen Herausforderungen. Das Sudhaus, in dem die Würze gekocht wird, ist durch hohe Temperaturen (80–100°C) und Spitzen der relativen Feuchtigkeit von bis zu 90% aufgrund intensiver Verdunstung gekennzeichnet. Der Gärkeller erfordert eine sorgfältige Kontrolle sowohl des beim Gären freigesetzten CO2 als auch der Feuchtigkeit, um Kondensation an kalten Oberflächen der Tanks zu verhindern.

Besonders herausfordernd ist die Feuchtigkeitskontrolle bei der Reinigung der Anlagen mit CIP-Systemen (Clean-In-Place). Während der Reinigung kann die relative Luftfeuchtigkeit innerhalb von 10–15 Minuten abrupt von 40% auf 95% ansteigen, und die vollständige Wiederherstellung eines normalen Mikroklimas kann ohne Entfeuchtungssystem bis zu 8 Stunden dauern. Solche Schwankungen schaffen ideale Bedingungen für das Wachstum von Bakterien und Schimmel.

Auch für die Lagerung der Rohstoffe ist die Feuchtigkeitskontrolle kritisch. Malz erfordert eine relative Luftfeuchtigkeit von 50–60% RH, um Schimmelbildung und vorzeitige Keimung des Korns zu verhindern. Hopfen und Hefekulturen sind noch anspruchsvoller hinsichtlich der Stabilität des Mikroklimas.

Psychrometrie bei niedrigen Temperaturen in Kellern

Der wichtigste Aspekt der Entfeuchtung bei niedrigen Temperaturen ist das Verständnis des Taupunktes. In Kellerräumen mit Temperaturen von +5...+18°C zeigen die Sättigungskurven im psychrometrischen Diagramm ein besonderes Verhalten. Bei sinkender Lufttemperatur ohne Änderung des Feuchtegehalts steigt die relative Luftfeuchtigkeit und erreicht beim Taupunkt 100%. Das erklärt, warum kalte Oberflächen von Fässern, Tanks und Rohrleitungen zu Kondensationsherden werden.

Um Kondensation zu verhindern, ist es entscheidend, dass die Temperatur aller Oberflächen mindestens 2–3°C über dem Taupunkt der Raumluft liegt. Beispielsweise beträgt bei einer Lufttemperatur von +12°C und einer relativen Feuchtigkeit von 65% der Taupunkt etwa +5,5°C. Folglich sollte die Temperatur der kältesten Oberfläche nicht unter +8°C fallen.

In hohen Kellern tritt eine Temperaturschichtung auf – eine Luftschichtung, bei der sich unten kältere Luft ansammelt. In Kombination mit kontinuierlicher Feuchtefreisetzung kann dies lokale Zonen mit einer relativen Luftfeuchtigkeit nahe 100% und aktiver Kondensatbildung erzeugen.

Mikrobiologische Risiken übermässiger Feuchtigkeit

Die meisten schädlichen Mikroorganismen entwickeln sich aktiv bei relativer Luftfeuchtigkeit über 65–70%. Zur quantitativen Bewertung der Risiken in der Getränkeproduktion wird der Kennwert Wasseraktivität (aw) verwendet, der für verschiedene Materialien kritische Werte aufweist, oberhalb derer mikrobiologische Schädigungen einsetzen.

Die wichtigsten Arten mikrobiologischer Gefahren umfassen:

• Schimmel an Wänden und Decken der Keller (Aspergillus, Penicillium)
• Pilzbefall von Korken (Botrytis cinerea)
• Wilde Hefen und Milchsäurebakterien, die Bier verderben
• Biokorrosion metallischer Ausrüstung durch Mikroorganismen

Die Feuchtigkeitskontrolle ist ein Schlüsselfaktor der hygienischen Sicherheit. Studien zeigen, dass bei einer Senkung der relativen Luftfeuchtigkeit von 80% auf 60% die Überlebenszeit von Schimmelsporen auf Oberflächen um das 3- bis 5-Fache abnimmt und sich die Vermehrungsrate von Bakterien um 40–60% reduziert.

Feuchtequellen in der Getränkeproduktion

Für die korrekte Auslegung von Entfeuchtungssystemen müssen alle Feuchtequellen berücksichtigt werden:

1. Infiltration durch umschliessende Bauteile. Kellerwände aus Ziegel, Beton oder Naturstein besitzen unterschiedliche Dampfdiffusionskoeffizienten. Kapillarer Aufstieg durch den Boden kann 0,5–1,5 kg Feuchtigkeit pro Quadratmeter und Tag beitragen.
2. Zuluft durch die Lüftung. Die Abführung von CO2 aus der Fermentation erfordert einen kontinuierlichen Luftaustausch. Bei der Gärung von 1000 Litern Bier entstehen etwa 45–50 kg CO2, wofür eine Zufuhr von ungefähr 150–200 m³/h Frischluft nötig ist, die zusätzliche Feuchte einträgt.
3. Technologische Prozesse. Die Fermentation von Glukose (C₆H₁₂O₆) geht nicht nur mit der Freisetzung von Ethanol und CO2 einher, sondern auch von Wasser. Das Kochen der Würze in der Brauerei führt zu intensiver Verdunstung.
4. Reinigung der Ausrüstung. CIP-Systeme erzeugen kurzzeitige Feuchtespitzen, die 1–3 Stunden anhalten können, mit Intensitäten von bis zu 10–15 kg Feuchtigkeit pro Stunde.
5. Personal und Türöffnungen. Eine arbeitende Person gibt etwa 50–100 g Feuchtigkeit pro Stunde ab, und jedes Öffnen der Tür führt zur Infiltration von Aussenluft.

Ingenieurtechnische Auslegung des Entfeuchtungssystems

Die Methodik zur Auslegung von Entfeuchtungssystemen für Weinkeller und Brauereien umfasst fünf Hauptschritte:

Schritt 1: Festlegung der Zielparameter des Mikroklimas für jede Zone und Umrechnung der relativen Feuchte (RH) in absolute Feuchte (g/kg).

Schritt 2: Berechnung der Infiltration durch umschliessende Bauteile unter Berücksichtigung ihrer Dampfdurchlässigkeit und der Differenz der Partialdrücke des Wasserdampfs.

Schritt 3: Bestimmung der Feuchtelast durch die für die Abführung von CO2 und anderen Prozessgasen erforderliche Lüftung.

Schritt 4: Bewertung der prozesstechnischen Lasten durch Fermentation, Verdunstung und Anlagenreinigung.

Schritt 5: Gesamte Last unter Berücksichtigung eines Gleichzeitigkeitsfaktors und einer Reserve von 15–20%.

Beispielsweise benötigt ein Weinkeller mit den Abmessungen 20×30×3 Meter, einer Temperatur von +12°C und einer Ziel-Feuchte von 65% RH einen Entfeuchter mit einer Leistung von etwa 5–7 kg/h bei Dauerlast sowie zusätzlich 10–15 kg/h zur Abdeckung von Lastspitzen.

Entfeuchtungstechnologien für die alkoholische Getränkeindustrie

Es gibt zwei grundlegende Entfeuchtungstechnologien, die jeweils eigene Vorteile und Grenzen haben:

Kondensationsentfeuchter arbeiten nach dem Prinzip, die Luft unter den Taupunkt abzukühlen und die Feuchtigkeit zu kondensieren. Ihre Effizienz nimmt bei Temperaturen unter +15°C deutlich ab, und unter +10°C verlieren sie praktisch ihre Leistungsfähigkeit. Sie sind optimal für Sudhäuser und Abfüllbereiche, in denen höhere Temperaturen vorherrschen.

Adsorptionstrockner nutzen die chemische Sorption von Feuchtigkeit an Silikagel oder Zeolith, gefolgt von der Reaktivierung des Adsorbens mit Heissluft. Sie sind bei niedrigen Temperaturen effektiv und können sehr niedrige Taupunkte erreichen (bis -40°C). Ideal für kalte Keller, Lagerkeller und Lagerräume.

Für grosse Betriebe ist ein kombinierter Ansatz optimal: Adsorptionstrockner für kalte Zonen (Keller, Lagerkeller) und Kondensationsentfeuchter für warme Bereiche (Sudhaus, Abfüllung). Dieser Ansatz bietet das beste Verhältnis von Investitions- und Betriebskosten.

Auslegung der Luftverteilungssysteme

Die richtige Auslegung der Verteilung der entfeuchteten Luft ist entscheidend für die Effizienz des Systems. Die Grundprinzipien umfassen:

• Vorrangige Zufuhr trockener Luft zu den kältesten Oberflächen (Fässer, Tanks, Rohrleitungen)
• Aufbau eines leichten Überdrucks (+5...+15 Pa) zur Verhinderung der Infiltration feuchter Luft
• Zonierung grosser Räume entsprechend unterschiedlicher Feuchteanforderungen
• Lokale Absaugung an Quellen intensiver Feuchtefreisetzung

Besonders wichtig ist es, das richtige Gleichgewicht zwischen der Effizienz der Luftverteilung und dem Komfort des Personals sicherzustellen, wobei direkte Anströmung der Produkte vermieden werden sollte, da sie die Verdunstung beschleunigen kann.

Energieeffizienz und Automatisierung

Moderne Entfeuchtungssysteme können dank folgender Massnahmen sehr energieeffizient sein:

• Wärmerückgewinnung der Reaktivationswärme von Adsorptionstrocknern zur Erwärmung von Prozesswasser
• Integration mit Kältesystemen durch Nutzung der Kondensationswärme des Kältemittels
• Leistungsmodulation durch Frequenzregelung der Ventilatoren
• Einsatz mehrerer Systeme mit einem Basisentfeuchter für die Dauerlast und einem zusätzlichen für Spitzenzeiten

Die Automatisierung von Entfeuchtungssystemen erfordert die korrekte Platzierung der Sensoren an kritischen Stellen (kälteste Zonen, Lagerbereiche der Produkte). Ein typischer Fehler ist die Installation eines einzigen Sensors am Austritt des Entfeuchters, der die tatsächlichen Bedingungen im Raum nicht widerspiegelt.

Die optimale Lösung ist eine zweistufige Regelung: Der Hauptregelkreis hält die durchschnittliche relative Feuchte, und ein Sicherheitskreis mit Taupunktsensoren an kalten Oberflächen verhindert Kondensation.

Typische Planungsfehler und ihre Folgen

Die häufigsten Fehler bei der Auslegung von Entfeuchtungssystemen für Weingüter und Brauereien:

1. Falsche Wahl des Entfeuchtertyps. Die Installation eines Kondensationsentfeuchters in einem Weinkeller mit +12°C führt zu null Leistung und verschwendeten Investitionen.
2. Ignorieren von Lastspitzen. Eine Auslegung nur auf die mittlere Last ohne Berücksichtigung der Reinigung führt zu unkontrollierter Feuchtigkeit für 4–8 Stunden nach den Reinigungsprozeduren.
3. Schlechte Abdichtung der Räume. Die Installation teurer Ausrüstung in einem undichten Keller bringt aufgrund unkontrollierter Infiltration keine Ergebnisse.
4. Falsche Platzierung von Sensoren. Ein Sensor am Austritt des Entfeuchters kann 20% RH anzeigen, während sich an den Fässern Kondensat bildet.
5. Fehlende CO₂-Abführung. Die Ansammlung von CO₂ aus der Fermentation schafft eine Gefahr für das Personal und erfordert intensive Lüftung, die ohne Entfeuchtungssystem zusätzliche Feuchte einträgt.
6. Unterschätzung des kapillaren Aufstiegs. In einem Keller ohne Bodenabdichtung kann der ständige Feuchteeintrag aus dem Erdreich die Leistungsfähigkeit des Entfeuchters übersteigen.

Wirtschaftliche Begründung für Investitionen in Entfeuchtungssysteme

Die Wirtschaftlichkeitsanalyse zeigt die hohe Zweckmässigkeit von Investitionen in professionelle Entfeuchtungssysteme:

• Verluste durch Produktverderb infolge übermässiger Feuchtigkeit können 5–10% des Jahresumsatzes erreichen
• Die Kosten des Systems (Investitionen in Ausrüstung und Montage) amortisieren sich in der Regel innerhalb von 2–4 Jahren
• Indirekte Vorteile umfassen höhere Produktqualität, längere Lebensdauer der Ausrüstung und geringere Häufigkeit hygienischer Reinigungen

Für mittelgrosse Brauereien können Verluste durch mikrobiologische Verunreinigung infolge schlechter Klimabedingungen 3–7% der Jahresproduktion betragen, während ein korrekt ausgelegtes Entfeuchtungssystem diese Verluste nahezu vollständig eliminieren kann.

Fazit

Die Kontrolle der Luftfeuchtigkeit in Weinkellern und Brauereien ist eine komplexe ingenieurtechnische Aufgabe, die ein tiefes Verständnis physikalischer Prozesse, die richtige Wahl der Technologien und präzise Berechnungen erfordert. Adsorptionstrockner bleiben die optimale Lösung für kalt temperierte Keller, während kombinierte Systeme für grosse Produktionsstätten die beste Energieeffizienz bieten.

Besondere Aufmerksamkeit verdienen präzise Berechnungen der Feuchtelast unter Berücksichtigung aller Quellen, einschliesslich Spitzenzeiten, die korrekte Platzierung der Sensoren sowie die Sicherstellung der Dichtheit der Räume. Ein professioneller Ansatz zur Luftentfeuchtung ist eine Investition, die nicht nur Produktverluste verhindert, sondern auch eine konstant hohe Qualität von Wein und Bier gewährleistet – letztlich der wichtigste Wettbewerbsvorteil für Hersteller hochwertiger Getränke.