@phdthesis{Balzereit2017,
  type      = {Master Thesis},
  author    = {Frank Balzereit},
  title     = {Management thermischer Energiebedarfe in Brauprozessen},
  url       = {https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:hbz:832-epub4-10614},
  year      = {2017},
  abstract  = {Zusammenfassung Ansatz der vorliegenden Arbeit ist es, mit Blick auf den in einer gro{\"s}en Variationsbreite existierenden Brauprozess in Brauereien mit unterschiedlichster j{\"a}hrlicher Produktionsmenge und technologischem Stand, die wesentlichen charakteristischen Teilprozessschritte hinsichtlich Ihrer Bedarfe an den thermischen Energieformen W{\"a}rme und K{\"a}lte, unter Ber{\"u}cksichtigung der jeweils in den Teilprozessen herrschenden Temperaturniveaus, darzustellen. Dies ist in Kapitel 2 sowohl f{\"u}r die in Trocknungsprozessen vorbehandelten feststofflichen Braukomponente Gerstenmalz und Hopfen, sowie f{\"u}r die mit dem Beginn der Erw{\"a}rmung von frischem Brauwasser startenden Prozesse des Einmaischens, L{\"a}uterns, Kochens, G{\"a}rens bis hin zur Reifung des Jungbieres, erfolgt. Zun{\"a}chst wurde das jeweilige Temperaturniveau der einzelnen Phasen des Brauvorgangs, trotz seiner unterschiedlichen verfahrenstechnischen Realisierung, abgesteckt. In Kapitel 5 wird der rein f{\"u}r den Prozess notwendige W{\"a}rme- und K{\"a}ltebedarf, auf der Basis der wesentlichen Zustands{\"a}nderungen des entstehenden Produktes, bestimmt. Dabei liegt bei jedem Prozessschritt entweder ein W{\"a}rme- oder ein K{\"a}ltebedarf vor. Die Teilprozesse bilden eine zeitliche Abfolge innerhalb des Brauprozesses, welche die Vorstufen des Bieres nacheinander durchl{\"a}uft. Die in den Kapiteln 3 zum Thema K{\"a}lte und in Kapitel 4 zum Thema W{\"a}rme dargestellten Grundlagen, liefern die Grundlagen f{\"u}r das Verst{\"a}ndnis, des Verhaltens eines Systems im Umfeld von thermischer Energie und bilden die thermodynamischen Kenntnisse, die f{\"u}r die Beurteilung des Transportes, der Erzeugung und der Speicherung von W{\"a}rme und K{\"a}lte ergeben. Die W{\"a}rme und K{\"a}ltebedarfe in ihrer zeitlichen Abfolge erm{\"o}glichen uns unabh{\"a}ngig von g{\"a}ngigen technischen Realisierungen in der Praxis noch einmal in Kapitel 6 die Frage zu stellen, in wie weit zun{\"a}chst f{\"u}r jeden einzelnen Teilprozess Energieeffizienzverbesserungen durch Eingriff in den Prozess m{\"o}glich sind. Die Frage der Heranf{\"u}hrung der W{\"a}rme bei W{\"a}rmebedarf des Produktes an das Produkt hat in der Entwicklung der Brauereitechnologie sehr verschiedenen konstruktiven Ausf{\"u}hrungen der Maischgef{\"a}{\"s}e und der Gef{\"a}{\"s}e f{\"u}r die W{\"u}rzebehandlung gef{\"u}hrt. An dieser Stelle ist der Einfluss von Ver{\"a}nderungen, welche den Transport von W{\"a}rme verbessern k{\"o}nnten, auch auf das Produkt zu hinterfragen. Die modernen Ausf{\"u}hrungen der Maisch- und W{\"u}rzepfannen sind auf ein produktschonendes Verfahren ausgelegt. {\"A}nderungen im Anlagenpark erfordern von jeder Brauerei einen langerprobten Umgang, um trotz der Ver{\"a}nderungen an diesen Prozesshilfsmitteln, dennoch die geschmackliche Qualit{\"a}t des Bieres nicht unerw{\"u}nscht zu beeinflussen. Die R{\"u}ckf{\"u}hrung der Verdampfungsw{\"a}rme beim Kochen und teilweise Verdampfen der W{\"u}rze in der Pfanne, in den Prozess, unter Beibehaltung des h{\"o}chstm{\"o}glichen Temperaturniveaus dieser W{\"a}rme, ist ein Beispiel aus Kapitel 6 f{\"u}r die Effizienzsteigerung des Teilprozesses. St{\"a}rker in den produktbeeinflussenden Teilprozess des Maischens greift die Wahl zwischen den zwei etablierten W{\"a}rmezufuhrverfahren, dem traditionellen Dekoktionsverfahren und dem in letzter Zeit deutlich {\"u}berwiegenden Infusionsverfahren. Hier liegt mit der Wahl des letzteren Verfahrens, innerhalb des Teilprozesses Maischen ein Effizienzsteigerungspotential in der Praxis. Die teilprozess{\"u}bergreifende Kopplung der einzelnen Verfahrensschritte erlaubt den Transport von W{\"a}rme und K{\"a}lte, zwischen diesen Teilprozessen, unter Ber{\"u}cksichtigung der zeitlichen Versetzung der einzelnen Teilprozesse. Damit lassen sich W{\"a}rme- und K{\"a}ltebedarfe untereinander bedienen, wenn eine Speichervorrichtung f{\"u}r W{\"a}rme auf den jeweiligen Temperaturniveaus vorhanden ist. Das Temperaturniveau der thermischen Energien ist, wie bereits in der Theorie in den Kapitel 3 und 4 gesehen, wo gro{\"s}er Bedeutung. Denn es geht bei der Steigerung der Energieeffizienz des Gesamtprozesses um die Erhaltung des Potentials der W{\"a}rme und K{\"a}lte trotz naturbedingter Einbu{\"s}en, welche die {\"U}bertragung der W{\"a}rme aufgrund eines notwendigen Temperaturgef{\"a}lles mit sich bringt. Die Kopplung der Teilprozesse entlang des Brauprozesses f{\"u}hrt nach der Analyse in Kapitel 6 dazu, dass Energiezufuhr von au{\"s}en am hei{\"s}esten Ort entlang der Prozesskette erforderlich ist, da an dieser Stelle des W{\"u}rzekochens und Verdampfens innerhalb des Gesamtprozesses keine W{\"a}rme auf diesem Temperaturniveau „ausgeliehen“ werden kann. Als Resultat erh{\"a}lt man, das eine Dampferzeugung zur W{\"a}rmebereitstellung mit einer Temperatur oberhalb der Siedetemperatur von 100°C erforderlich ist, sowie K{\"a}ltebereitstellung f{\"u}r die k{\"u}hlen Prozessschritte G{\"a}ren und Reifen, bei denen die Aufrechterhaltung einer Temperatur bei knapp 0°C gegen{\"u}ber der w{\"a}rmeren Umgebung {\"u}ber eine l{\"a}ngere Zeitdauer erforderlich ist. Hiermit kommt man zu der zweiten Fragestellung aus der Einleitung, welche Szenarien der Bereitstellung der Energie, ggf. in Form einer Selbstversorgung der Brauerei sinnvoll ist. Energetisch ist die Erzeugung von W{\"a}rme auf einem vergleichsweise moderaten Temperaturniveau von ben{\"o}tigten 120 bis 140°C durch die Verbrennung des Prim{\"a}renergietr{\"a}gers Erdgas im Dampferzeuger nicht optimal. Es bietet sich an, das Gas bei der Verbrennung einen guten Teil seiner Exergie in Reinform zur Verf{\"u}gung stellen zu k{\"o}nnen, in dem es z.B. in einem Gasmotor mechanische Arbeit leisten darf, die {\"u}ber einen Generator zu elektrischem Strom veredelt wird, und die W{\"a}rmebedarfe in der Brauerei aus dem Abgas und dem K{\"u}hlwasser des Motors gedeckt werden. Diese Form des gasbetriebenen Blockheizkraftwerkes (BHKW) ist in der Industrie seit einiger Zeit weit verbreitet. Der Strom deckt Bedarfe durch Elektromotorenantriebe, K{\"a}lteerzeugung mit Kompressions-K{\"a}ltemaschinen, L{\"u}ftungsventilatoren, Pumpen und Beleuchtung. {\"U}bersch{\"u}ssiger Strom kann ggf. an den Stromversorger verkauft werden. Der W{\"a}rmebedarf f{\"u}r den Brauprozess, sowie f{\"u}r die W{\"a}rme im Flaschen- und Fassreinigungsprozess, sowie zur Pasteurisierung des Bier (bei R{\"u}ckgewinnung eines Teils der W{\"a}rme auf leicht niedrigerem Temperaturniveau) wird durch eine W{\"a}rmebedarfsauslegung des BHKW weitestgehend gedeckt. In der Ausf{\"u}hrung des BHKW sollte ber{\"u}cksichtigt sein, dass die W{\"a}rme in ausreichender Menge bei h{\"o}herer Temperatur durch optimale Nutzung des hei{\"s}en Abgases entnommen wird, um auf jeden Fall den Dampfbedarf in der W{\"u}rzepfanne zu decken.},
  language  = {de}
}