Kühlung

Kühlung im Brauprozess

Beim Brauen wird die Kühlung zur schnellen Temperatursenkung der Würze gebraucht. Nach dem Hopfenkochen und Hopfenseihen hat die Würze noch eine Temperatur von etwa 90ºC. Zum Anstellen der Hefe werden aber etwa 18-24ºC für obergärige oder 10-15ºC für untergärige Biere benötigt. Um eine Infektion der Anstellwürze, insbesondere im Temperaturbereich zwischen 30 und 40ºC zu vermeiden, sollte sie möglichst schnell auf Anstelltemperatur heruntergekühlt werden.

Traditionell wurde dafür in Brauereien das Kühlschiff verwendet, ein flacher Bottich, in dem die Temperatur durch Abstrahlung und Verdunstung relativ langsam gesenkt wurde, eventuell in Verbindung mit einem Rieselkühler. Moderne Brauereien kühlen in geschlossenen Systemen.

Im Hobbybrauerbereich haben sich vor allem drei Systeme durchgesetzt: Eintauchkühler, Gegenstromkühler und, meist bei größeren Ausschlagmengen, Plattenwärmetauscher.

Eintauchkühler

Ein Eintauchkühler, oder auch Eintauchwürzekühler genannt, ist die einfachste Form der Kühlung im Hobbybrauerbereich. Er besteht zumeist aus einem spiralförmig gebogenen Kupferrohr mit Anschlüssen für ein übliches Schlauchsystem. Er wird einfach in den Behälter mit der zu kühlenden Würze gestellt. Durch den Kühler fließt ein Kühlmedium, meist kaltes Leitungs- oder Brunnenwasser.

Als günstig hat sich Kupferrohr mit 12mm Durchmesser erwiesen, weil dann ein ½“-Schlauch einfach mit Schlauchschellen am Rohrende befestigt werden kann. Für die Kühlung von etwa 20-30 Liter Würze reichen ca. 10 Meter Rohr aus. Über Schlauchkupplungen wird der Wasserzu und -ablauf angeschlossen.

Zur Desinfektion wird der gereinigte Kühler zunächst einige Minuten in der heißen Würze mitgekocht und dann in den Behälter für die Kühlung gestellt (idealerweise der Gärbehälter). Anfangs reicht ein geringer Wasserstrom, um die einlaufende heiße Würze zu kühlen. Je geringer die Temperaturdifferenz zwischen Kühlwasser und Würze wird, desto höher muss der Wasserstrom eingestellt werden.

Je tiefer die Endtemperatur werden soll, desto höher wird der Wasserverbrauch. Zur Kühlung von 20 Liter Würze mit 90ºC auf eine Anstelltemperatur von ca. 24ºC braucht man bei idealen Bedingungen etwa 40-50 Liter Wasser von etwa 10ºC. Die Abkühlzeit und damit auch der Verbrauch an Kühlwasser läßt sich entscheidend durch das Bewegen der Würze oder des Eintauchkühlers verringern.

Gegenstromkühler

Ein Gegenstromkühler ist im Allgemeinen eine Vorrichtung, in der ein Kühlmittel und das zu kühlende Medium gegenläufig, getrennt durch eine Wärmetauscherfläche, aneinander vorbeifließen. Das Kühlmittel nimmt dabei die Wärme des zu kühlenden Mediums auf. Durch geeignete Konstruktion kann die Kühlfläche auf geringem Raum maximiert werden. Dadurch erreichen Gegenstromkühler bei gleicher Größe oft ein Vielfaches der Kühlleistung von Eintauchkühlern.

Für das Hobbybrauen kann ein einfacher Gegenstromkühler aus einem Eintauchkühler gebaut werden. Dazu wird über die Kühlspirale ein Schlauch gezogen, dessen Innendurchmesser einige Millimeter größer als der Außenduchmesser des Kopferrohr der Kühlspirale ist, als z.B. ein ¾“-Schlauch über ein 12mm-Rohr. Im Zwischenraum fließt später das Kühlwasser. An den Enden wird das Kühlwasser über T-Stücke abgeleitet und mit Reduzierstücken abgeschlossen.

Beim Brauen wird die Würze aus dem Whirlpoolbehälter abgeschlaucht und direkt in den Gegenstromkühler geleitet. Am Ausgang des Kühlers fließt die Würze bei optimaler Einstellung des Kühlmitteldurchflusses mit Antelltemperatur in den Gärbehälter.

Der Einfluss von Gegenstromkühlern auf die Hygiene wird mitunter kontrovers diskutiert. Zwar ergeben sich Verbesserungen gegenüber Eintauchkühlern durch die schnellere Abkühlung und das geschlossene System, andererseits ist aber die Reinigung schwieriger und der Kühler damit ein potentieller Keimherd.

Plattenwärmetauscher

Der Plattenwärmetauscher ist eine spezielle Form eine Gegenstromkühlers. In ihm fließen das zu kühlende und das Kühlmedium im Gegenstrom zwischen mehreren Platten hindurch, die stapelförmig angeordnet sind. Dadurch wird auf geringem Raum eine große Oberfläche zum Wärmeaustausch erreicht. So sind schon von handlichen Plattenwärmetauschern Leistungen von mehreren zehn Kilowatt erreichbar.

Im Hobbybrauerbereich sind kupfergelötete Plattenwärmetauscher aus Edelstahl im Einsatz. Die Leistungsangaben der Anbieter müssen allerdings kritsch betrachtet werden, da die Kühlleistung stark abhängig von den Medien und deren Temperaturdifferenz ist. Besonders geeignet sind Plattenwärmetauscher mit großer thermischer Länge. Hier ist die erreichbare Kühlleistung gemessen an der Tauscherfläche ungleich großer als bei Plattenwärmetauschern mit kürzerer thermischer Länge und entsprechend größerer Plattennanzahl. Gleiche Plattenprägungen vorausgesetzt, erkennt man die thermische Länge eines Plattenwärmetauschers hauptsächlich an seiner Baulänge.

Kühlung während der Gärung und Reifung

Gärung

Bei obergärigen Hefen liegt die optimale Gärtemperatur über 13ºC, meist sogar oberhalb 18ºC. Solche Temperaturen sind normalerweise ohne Kühlung zu erreichen.

Für untergärige Hefen werden Temperaturen zwischen 6 und 12ºC benötigt. Das ist, außer im Winter, kaum noch ohne Kühlung darstellbar. Darin liegt auch der Grund, dass früher nur in den Wintermonaten untergärig gebraut werden konnte. Eventuell konnte die Wintersaison in gut isolierten Räumen (Keller, Höhlen) durch Einlagerung von Eisbarren verlängert werden. Untergäriges Brauen ist in den Sommermonaten aber erst seit Erfindung der Kältemaschine möglich.

Professionelle Systeme gibt es in zwei Grundvarianten: Raumkühlung und Mantelkühlung. Bei der Raumkühlung wird der gesamte Gär- oder Lagerraum auf die nötige Temperatur gekühlt. Die Investitionskosten für diese Variante sind relativ gering (nur eine Kältemaschine), aber sie bietet nur keine Flexibilität hinsichtlich der Temperaturen. Zudem ist die Energieeffizienz, abhängig von der Raumisolierung, meist nur gering.

Bei der Mantelkühlung werden nur die Gär- und Lagertanks über auf der Tankaußenseite aufgebrachte Kühlvorrichtungen gekühlt, während in den Räumen eine höhere Temperatur herrschen kann. Hier kann man die Temperatur jedes Tanks individuell einstellen, wenn entsprechende Regelmöglichkeiten vorhanden sind. Die Leistung des Kühlaggregats kann zwar geringer ausfallen als bei der Raumkühlung, aber die Investitionskosten für die Tanks sind wesentlich höher. Für Großbrauereien mit im freien aufgestellten Großtanks ist die Mantelkühlung die einzige Kühlmöglichkeit.

Der Hobbybrauer kann sich für kleine Sudgrößen (bis etwa 30 Liter) mit normalen Kühlschränken behelfen. In große Kühlschränke, wie sie im Gastronomiebereich verwendet werden, passen auch noch Gärbehälter mit etwa 60 Liter Inhalt. Problematisch ist aber die Steuerung der Temperatur, da normale Kühlschrank-Thermostate oft nur Temperaturen von etwa 0 bis 6ºC ermöglichen.

Temperatursteuerung

Werden die Sude größer, muss unbedingt auch eine größere Kühlmöglichkeit vorhanden sein. Viele Hobbybrauer nutzen dann Gefriertruhen. Sie sind oft preiswert gebraucht verfügbar, groß genug und zudem gut isoliert. Einziges Problem ist die Temperatursteuerung, denn mit den normalen Thermostaten kann man üblicherweise nur Temperaturen weit unterhalb von 0ºC einstellen.

Eine Lösung ist der Einsatz einer externen Temperatursteuerung wie z.B. des Universalthermostats UT 100 (siehe Abbildung). Der Thermostat der Gefriertruhe wird dabei auf einen beliebigen Wert unterhalb der Zieltemperatur fest eingestellt. Der externe Regler wird in die Anschlussleitung der Truhe eingschleift und übernimmt das Schalten des Kühlaggregats. Um häufiges Ein- und Ausschalten des Aggregats zu vermeiden, sollte der Regler eine gewisse Hysterese darstellen können. Beim UT 100 kann dafür die Ein- und Ausschalttemperatur getrennt eingestellt werden. Mittlerweile ist das Modell UT 200 erhältlich.

Der Temperaturfühler des externen Thermostaten wird in das Kühlgerät gehängt. Um die Trägheit der Regelung zu erhöhen, stecken einige Hobbybrauer den Temperaturfühler in ein Wassergefäß. Die beste Anordnung sollte durch Tests ermittelt werden.

Der Regler kann natürlich auch für Kühlschränke verwendet werden, wenn die Einstellung der gewünschten Temperatur über den internen Regler nicht möglich oder zu ungenau sein sollte. Der eingebaute Thermostat sollte dann auf Minimum eingestellt werden.

Reifung

Die Lagerung zur Reifung sollte, zumindest über einen gewissen Zeitraum, bei Temperaturen um 0ºC erfolgen. Dafür sind die gleichen Kühlgeräte wie bei der Gärung geeignet. Haushaltskühlschränke sollten diese Temperaturen ohne weiteres erreichen. Für Gefriergeräte ist die oben erwähnte externe Steuerung nötig.

Kühlung beim Ausschank

Beim Ausschank aus dem Fass muss das Bier aus verschiedenen Gründen gekühlt werden. Zunächst ist da natürlich der Geschmack, der sich je nach Sorte bei Temperaturen zwischen etwa 6 und 12°C am besten entfalten kann.

Ebenso wichtig ist aber auch das Verhalten bezüglich des Schaumes. Bei zu hoher Temperatur würde der nötige CO2-Sättigungsdruck steigen und durch entsprechende Druckeinstellung am CO2-Druckregler aufgebracht werden müssen. Beim Einschenken würde sich der Druck sehr schnell auf Normaldruck verringern und das CO2 sofort in Form von Blasen und Schaum austreten. Das führt dazu, dass man nur Schaum ausschenkt und das Bier, nachdem der Schaum eingefallen ist, schal schmeckt.

Anstelle des in Gaststätten üblichen Aufbaus mit Kühl- und Lagerkeller und entferntem Ausschank trifft man im Hobbybereich oft kompakte Lösungen in Form eines Zapfkühlschranks oder Durchflusskühlers an.

Zapfkühlschrank

Der Zapfkühlschrank kombiniert die Kühlung der Biercontainer mit einer kompletten Zapfanlage inkl. CO2-Versorgung in einem kompakten System. Meist wird dazu ein Tischkühlschrank so umgebaut, dass die Bierleitung aus dem Kühlschrankinneren über eine Durchführung und die aufgebaute Zapfsäule zum Schankhahn geführt wird.

Damit ergibt sich eine sehr kurze Leitungsführung. Der Druck im Fass muss kaum über dem CO2-Sättigungsdruck des Bieres liegen. Für Biersorten mit geringem CO2-Gehalt ist somit ein einfacher Kolbenschankhahn einsetzbar. Sehr spritzige Biere wie Weizen verlangen einen höheren CO2-Druck und zum Ausgleichen einen Kompensatorschankhahn.

Zapfkühlschränke sind im Handel erhältlich, aber auch mit relativ wenig Aufwand selbst umzubauen. In einen handelsüblichen Tischkühlschrank passen dann sogar zwei der im Hobbybrauerbereich weit verbreitetet Cola-Kegs, so dass man eine zweileitige Zapfsäule bedienen kann.

Die Abbildung zeigt einen Eigenbau-Zapfkühlschrank einfachster Art mit improvisierter Zapfsäule.

Durchflusskühler

Beim Einsatz eines Durchflusskühlers wird das Bier nicht direkt im Fass, sondern erst kurz vor dem Zapfen beim Durchfließen einer Kühleinrichtung auf Ausschanktemperatur gebracht. Der Schankhahn ist dabei oft direkt an der Kühlbox angebracht. Auch zweileitige Durchflusskühler werden angeboten.

Neben dem Nachteil des meist hohen Preises haben Durchflusskühler einige Vorteile. Sie sind einerseits wesentlich kompakter als ein Fasskühler. Andererseits muss auch nicht die gesamte Biermenge dauernd auf Ausschanktemperatur gehalten werden, sondern nur die nötige Menge zum Ausschankzeitpunkt gekühlt werden. Allerdings muss immer eine der Zapfgeschwindigkeit entsprechende Kühlleistung abrufbar sein, was der Zapfleistung von Durchflusskühlern Grenzen setzt.

Größter Nachteil von Durchflusskühlern ist aber die geringe Bindung des Kohlendioxids im Bier. Beim schnellen Herunterkühlen kann nicht die gleiche Menge CO2 im Bier gelöst werden wie dies bei kalter Lagerung möglich wäre. Dadurch haben so gezapfte Biere oft eine mangelhafte Rezenz.

Begleitkühlung

Bei konventionellen Fasskühlern muss das Bier eine mehr oder weniger lange Strecke außerhalb des Kühlers durch den Bierschlauch zurücklegen. Ohne Kühlung würde es sich dabei erwärmen, was dazu führen würde, dass das Kohlendioxid in Form von Bläschen aus dem Bier austritt. Das führt zu Zapfproblemen. Insbesondere Kompensatorhähne verstärken den Effekt von Gasbläschen noch, so dass Schaum gezapft würde.

Um das Erwärmen zu verhindern, kann eine Begleitkühlung eingebaut werden. Durch einen parallel zum Bierschlauch geführten Kühlschlauch wird Kühlmittel gepumpt. Idealerweise wird auch der Schankhahn durch eine Kühlplatte mitgekühlt. So ist gewährleistet, dass das Bier auf der kompletten Strecke vom Fass bis zum Glas eine gleichmäßige Temperatur hat.

Professionelle Systeme setzen oft sogenannte Bierpythons ein: vorkonfektionierte, außen wärmegedämmte Schlauchsysteme, die neben den Bierschläuchen auch gleich die Schläuche für die Begleitkühlung enthalten. Die Kühlmaschine und die Pumpe sind meist in einer separaten Box untergebracht.

Ein Ansatz im Hobbybereich ist die Benutzung von Wasserkühlsystemen aus dem PC. Dabei werden Schläuche parallel zur Bierleitung verlegt. Mittels einer Miniaturpumpe wird gekühltes Wasser durch die Schläuche gepumpt, entweder aus einem Wasserreservoir im Zapfkühlschrank oder in einem geschlossenen System mit Wärmetauscher im inneren des Kühlschranks.

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