5. Koelen en bewaren

5.1 Koelen en bewaren van melk

De melk in de tank lijkt een eindpunt. Koelen en bewaren gaat bijna vanzelf. Toch is aandacht voor de koeling belangrijk om een goede kwaliteit melk te leveren en niet teveel kosten te maken voor de koeling en bewaring. In het tabelletje zie je dat melk op de boerderij tot een temperatuur van 3 – 4° C gekoeld moet worden om het 3 dagen te kunnen bewaren.

Tabel 1. Maximale houdbaarheid in uren en temperatuur waarop de melk gehouden moet worden

De melkkoeltank is een vast opgestelde, geïsoleerde RVS tank met een aangebouwd of losstaand koelaggregaat. In Nederland moet de tank een inhoud hebben voor de melk van 3 dagen. Maximaal 3 dagen want de bacteriegroei wordt wel geremd door de lage temperatuur, maar de oxydatieprocessen gaan door. Oxydatie wil zeggen dat de melk reageert met zuurstof, waardoor o.a. vrije vetzuren ontstaan. Oftewel: het melkvet wordt ranzig. Daarom moet melk voorzichtig worden geroerd en in het donker worden bewaard. 

Voor de berekening van de tankgrootte worden de volgende vuistregels gebruikt: 

• bij een gespreid afkalfpatroon: jaarleverantie x 0,0115

• bij een voor- of najaarskalvende veestapel: jaarleverantie x 0,012

• bij een jaarleverantie > 1.000.000 kg: jaarleverantie x 0,010

Bij een te grote melkkoeltank kunnen problemen ontstaan in een periode met weinig melk.  Bij het eerste melkmaal kan het voorkomen dat er te weinig melk in de tank komt zodat de roerder de melk niet voldoende in beweging zet. Stilstaande melk kan in een tank met directe verdamping (zie 5.2) bevriezen langs de tankwand. Bevroren melk geeft beschadigde vetbolletjes, waardoor vrije vetzuren ontstaan. De melk kan dan een ranzige smaak hebben. Ook kan luchtinslag optreden doordat de roerder slechts gedeeltelijk in de melk draait. Dit kan gepaard gaan met enige botervorming. In zo’n geval kun je kiezen om de capaciteit aan te passen totdat er weer meer melk komt (intervalkoeling), of het toepassen van meerdere koelmachines, waarbij de ene eerder ingeschakeld wordt dan de andere.

Tanklokaal
We zien de machines graag op een betonnen voet. Hierdoor is het droger en schoner en het verlengt de levensduur. Onder de tankkraan zie je vaak een ruwe plek of losse tegels. Hier moeten vaak reparaties worden uitgevoerd. Door de juiste milieuklasse van het beton te keizen bij het storten van een nieuwe vloer, wordt dit probleem voorkomen. De inrichting van het tanklokaal dient te voldoen aan de eisen die de melkfabriek stelt! Dit wordt door Qlip gecontroleerd. Hierbij moet je ook denken aan een goede bereikbaarheid, reinigbare verharding, een goede verlichting, een wasbakje enz.

Omhoog

5.2 De melkkoeltank

Soorten melkkoeltanks
Er zijn 2 soorten tanks: Horizontale tanks en silotanks. Deze tanks kunnen voorzien zijn van 2 soorten koeling: directe koeling en indirecte koeling. In Nederland zie je meestal directe koeling. Hierbij ligt de verdamperplaat of verdamperspiraal van de koelmachine direct  onder en tegen de binnenwand van de onderste helft van de melkkoeltank. 

Open

Figuur 1. Koelsysteem melkkoeltank

Bij indirecte koeling wordt door de koelvloeistof (of koudemiddel) water gekoeld tot koud water of ijswater en dit ijswater wordt gebruikt om de melk in de tank te koelen. Hierbij hangt de tank als het ware in een grote bak met ijswater. Onderin die bak ligt de koelspiraal. 

Bij indirecte koeling is er één energieomzetting meer (van koelmiddel via ijswater naar koude melk) nodig. Door deze extra omzetting is er aanzienlijk meer energie nodig. Je kunt dit deels compenseren omdat je met indirecte koeling iets meer gebruik kan maken van goedkopere nachtstroom om ijswater te maken. Een ander voordeel is de lagere piekbelasting van het elektriciteitsnet waardoor je lager gezekerd kan zijn en dus het vastrecht van stroom goedkoper is.

Een belangrijk onderdeel van een melkkoeltank is de roerder. Deze brengt de melk in beweging waardoor deze gelijkmatig wordt gekoeld en oproming van het vet wordt voorkomen. Daarom draait de roerder elk half uur enkele minuten, zodat de melk homogeen van samenstelling blijft. Dit moet rustig gebeuren om luchtinslag te voorkomen.

Het reinigen van de tank gebeurt meestal door het inschakelen van de reinigingsautomaat door de RMO-chauffeur.

Melkwacht
Als de temperatuur van de melk tijdens de bewaring oploopt, zal ook de bacteriegroei toenemen. Het kiemgetal loopt dan snel op. De melk bederft en een tank verzuurde melk betekent al gauw een schadepost van € 1.000,-! De temperatuur van de melk wordt constant in de gaten gehouden door de thermostaat. Als de temperatuur van de melk oploopt tot bijvoorbeeld 4,5° C, zal de koelmachine in werking treden, totdat de temperatuur weer is gedaald tot 3,5° C. Bij afwijkingen geeft de melkwacht een alarm af.

Een melkwacht kan een apart onderdeel zijn, maar wordt ook vaak in de tankbesturing geïntegreerd. Een onderhoudsabonnement voor periodieke (jaarlijkse) controle op de werking van koelaggregaat en melkkoeltank is verplicht. 

Inschakelen van de koelmachine
De voeler van de thermostaat zit ergens tegen de binnenste wand van de tank. De plaats waar de warme melk binnenstroomt tijdens het melken, kan aan de andere kant van de tank zijn. Hierdoor kan het vrij lang duren voordat de koelmachine inschakelt tijdens het melken. Door vlak voor het melken (bij de tweede en volgende melkmalen) de roerderklok op bijvoorbeeld 15 minuten te zetten,  zal de thermostaat eerder reageren, waardoor de reeds aanwezige melk minder opgewarmd wordt.

Als de eerste melk in een lege tank stroomt, mag niet onmiddellijk de koelmachine aangezet worden, maar moet worden gewacht tot er zoveel melk in de tank zit, dat de roerder bijna geheel in de melk zit. Meestal als de helft van de koeien is gemolken, kan de koelmachineschakelaar van ‘reinigen’ op ‘koelen’ worden gezet. Aan het einde van het melken moet de melktank minimaal voor 10% gevuld zijn, om de melk goed te kunnen terugkoelen naar 4 ^oC Als de koelmachine werkt zonder voldoende melk in de tank, zal het koelmedium niet goed verdampen en kan het in vloeibare vorm in de compressor komen en daar onherstelbare schade aanrichten. Bovendien kan ijsvorming in de melk optreden wat een slechte invloed heeft op de zuurtegraad van het melkvet.

Open

Figuur 2. Koelmachineschakelaar

Inspoelbeveiliging
Zuivelondernemingen eisen in hun kwaliteitszorg-systemen (Qlip) dat er een inspoelbeveiliging in de persleiding aanwezig is, zodat voorkomen wordt dat er resten reinigingswater in de koeltank terechtkomen. Deze moet jaarlijks worden gecontroleerd op het functioneren. Meestal is deze beveiliging dubbelwerkend, waardoor er niet kan worden gemolken wanneer de persleiding voor het melken niet in de melkkoeltank wordt gedaan. 

Ondervulling
Tegenwoordig wordt meestal ondervulling bij de melktank toegepast. Waarom? Bij de steeds groter wordende melktanks, heeft ondervulling als voordeel dat de melk niet van grote hoogte in de tank valt. De melk stroomt er nu rustig van onderen in. Dit komt de zuurtegraad van het melkvet ten goede. Ook voorkom je zo veel melkspetters bovenin de tank, welke doorgaans moeilijk te verwijderen zijn in de systeemreiniging omdat ze via bevriezing zijn vastgedroogd. Bij een silotank kun je niet van boven vullen, ondervulling is dan de enige mogelijkheid.

Silotanks
Sinds enkele jaren zien we grote, afgesloten en buitenstaande silotanks. Aan het gebruik hiervan stellen de melkfabrieken randvoorwaarden of eisen. De belangrijkste is dat alle (mogelijke) openingen zoals uitloopkraan, monsternamekraan, beluchting, melkinlaat en mangat zich binnen bevinden. Dit “tanklokaal” dient aan alle eisen van een “normaal” tanklokaal te voldoen. In het tanklokaal zijn gemonteerd: - de bedieningsapparatuur van koeling en tankreiniging en - de melkwacht.  

Dit betekent dat er buiten een stevige (onderheide) betonplaat aanwezig moet zijn en dat er binnen ook een tanklokaal moet zijn. Silotanks beginnen daarom met een inhoud van 10.000 – 12.000 liter, maar vanaf 18.000 liter worden ze pas echt voordeliger dan een liggende tank binnen. Zie voor een voorbeeld van randvoorwaarden bij verdieping. Andere fabrieken stellen vrijwel dezelfde eisen. 

Omhoog

5.3 De werking van het koelaggregaat

Alle koelaggregaten bevatten koudemiddelen. Koudemiddelen hebben de eigenschap dat ze zeer gemakkelijk verdampen of condenseren worden. Verdampen van vloeistoffen vraagt warmte. In de figuur zie je de verdamper(spiraal) onderin de tank; deze onttrekt warmte aan de melk. Het koudemiddel verdampt en dit wordt nog bevorderd omdat de damp continu wordt afgezogen door de compressor. 

Figuur 3. Schema werking koelaggregaat

De compressor perst de damp samen en pompt deze naar de condensor. Door het samenpersen wordt het gas warm. Dit wordt weer afgekoeld in de condensor. Door het koelen condenseert het gas tot vloeistof. De warmte die hierbij vrijkomt, wordt afgegeven aan de (buiten)lucht of aan water bij het gebruik van warmteterugwinningsapparatuur. Vervolgens stroomt de vloeistof weer naar de tank, waarna het expansieventiel vlak voor de tank de druk weer verlaagt. Hierdeoor start het verdampingsproces in de tank opnieuw. De cyclus is hiermee rond. Hierna zie je de precieze werking van een koelmachine uitgelegd aan de hand van de airco van een auto:  

De koelmachine wordt ingeschakeld zodra de temperatuur van de melk in de tank een bepaalde grens overschrijdt. De koelmachine stopt weer als de gewenste temperatuur is bereikt. Koudemiddelen zijn CFK’s (chloorfluorkoolwaterstoffen). Tot voor kort werden HCFK's gebruikt, zoals R22. Dit koude middelen tast de ozonlaag aan. Sinds een aantal jaren zijn alle nieuwe koelmachines voorzien van ozonvriendelijke koudemiddelen (CFK's o.a. R134a / R404a / R507). Deze kunnen niet bevriezen, waardoor het koelaggregaat buiten onder een afdakje geplaatst kan worden.

Figuur 5. Binnenkant van een koelmachine

Bestaande installaties mogen gewoon doordraaien met de oude ozononvriendelijke koudemiddelen (o.a. R12, en sinds 2010 ook R22) Deze installaties mogen niet meer worden bijgevuld met koudemiddel; dus i.g.v. lekkage kan de machine niet meer worden gerepareerd. Nog meer dan de helft van de installaties draait nog op R12 of R22.  Koudemiddelen zijn zo ontwikkeld, dat de faseovergang van gas naar vloeistof en omgekeerd bij de juiste temperaturen plaatsvindt.

Het onderhoud aan de koelmachine moet verplicht jaarlijks worden uitgevoerd door KOM-gecertificeerde monteurs. STEK-erkende monteurs. Deze monteurs moeten ook een STEK-erkenning hebben. STEK staat voor: Stichting Erkenningsregeling voor de uitoefening van het Koeltechnisch installatiebedrijf. 

Omhoog

5.4 Warm waterbehoefte en koelen

Rondom het melken en reinigen is veel water nodig. Op de piek is er warm water nodig voor de voorbehandeling van de koeien, voor de reiniging van de melkinstallatie, voor de tankreiniging, voor de kalveren en voor eventueel overig gebruik. Met een vlotte schatting kom je al gauw op 250 – 650 liter afhankelijk van de bedrijfsgrootte en warmteterugwinningsapparatuur. Meestal zijn er één of meerdere gasboilers of elektrische (gehuurde) boilers aanwezig. Electrische boilers hebben als voordeel dat ze warm water kunnen maken op goedkope nachtsttroom. Bij watertekort worden de boilers vaak overgeschakeld op dagstroom zodat er weer direct water wordt verwarmd. Nadeel vormen dan wel de hoge energiekosten, vooral als vergeten wordt de knop weer terug te zetten.

Wat energiekosten betreft is warm water op aardgas het goedkoopst en op elektriciteit het duurst. Bij elektriciteit kun je wel voordelig een boiler huren; bij de andere energiebronnen moet je zelf in een apparaat investeren. Voor 1 liter warm water is 29,96 kWh nodig en de prijs van 1 kWh is circa € 0,23 per kWh incl. BTW. Op jaarbasis kost dit bij een gemiddeld verbruik van 300 liter warm water per dag: 300 liter x 365 dagen x 70^oC/688kcal* €0,23 =€ 2.563,-/jaar.

Melk koelen kost energie. Hoeveel energie dit vraagt, is afhankelijk van de beschikbare apparatuur. Als ook warmteterugwinning wordt toegepast, blijft normaal gesproken het energieverbuik voor het koelen onveranderd, omdat alleen de vrij beschikbare warmte door de warmteterugwinning wordt omgezet in warm water. Het creëren van nog warmer water is technisch weliswaar mogelijk, echter het energieverbruik van de koeling neemt daardoor demate toe dat dit zeker niet uit kan.

Het opwarmen van water doormiddel van de koelmachine in veel minder efficient dan wanneer dit door de boiler gebeurd. Het hoofddoel van een koelinstallatie is dat de melk wordt gekoeld, en een (prettige) bijwerking kan zijn dat je goedkoop warm water hebt.

Tabel 2. Energieverbruik per toegepate techniek

Bij 15 kWh nodig voor 1.000 kg melk komt dit op €3,45 per 1.000 kg melk; bij 700.000 kg quotum dus € 2.415,- per jaar. Al deze koelsystemen werken met een expansieventiel om zo de koeling te regelen. Dit systeem is gebaseerd op een droge verdamper. Een nieuwe ontwikkeling is werken met een zgn. natte verdamper en met flinke onderkoeling van de vloeistof, waardoor het rendement van de verdamper aanmerkelijk hoger is dan van een conventioneel systeem. Hierdoor haalt dezelfde compressor aanmerkelijk meer koelcapaciteit, en wordt zo’n 25% op het stroomverbruik bespaard. Dit is door TNO getest en het wordt door Mueller onder de naam E Star koelmachine op de markt gebracht.

Omhoog

5.5 Voorkoelen en warmteterugwinning

We zagen reeds dat koelen met een traditionele koelmachine ongeveer 15 kWh per 1.000 kg  melk kost. Met een voorkoeler is hierop vrij eenvoudig zo’n 40 procent te besparen. Er zijn 2 typen: de platenkoeler en de buizenkoeler. Voorkoelers werken volgens het tegenstroomprincipe. Melk en water stromen in aparte ruimten in tegengestelde richting, van elkaar gescheiden door een dunne wand. Globaal wordt bij een verhouding van 2 liter water op 1 liter melk de melk voorgekoeld tot ongeveer 20° C. De koelmachine koelt de melk dan verder tot 4° C.

Het min of meer opgewarmde voorkoelwater is bruikbaar als drinkwater voor het melkvee. In de winter is dit ideaal want koeien drinken na het melken veel en bij lauw water gaan de pensbacteriën dan gewoon door met voer verteren! Via een frequentieregelaar op het melkpompje is nog meer rendement te halen uit de voorkoeler omdat de melk dan nog verder afkoelt in de voorkoeler.

De warmte in de melk is er uit te halen met warmteterugwinningsapparatuur. Op deze manier kan tot wel 60 procent van de warmte die vrijkomt bij het koelen van melk opgevangen worden. Na omzetting in warm water kan het gebruikt worden bij de reiniging van de melkinstallatie en van de melkkoeltank. Hierbij levert 3 liter melk to zo'n 1,5 liter warm water van 35 tot 55° C op. 

Figuur 6. Warmteterugwinning

De temperatuur van het water dat uit de warmteterugwinning komt, is van veel factoren afhankelijk, zoals:

• de temperatuur van het koude water,

• de omgevingstemperatuur,

• ingangstemperatuur van de melk,

• type koudemiddel,

• type koelmachine,

• de hoeveelheid afgetapt warm water.

Bovenstaande waarden worden bij de huidige koudemiddelen vaak niet gehaald. Met de nieuwe koudemiddelen, zoals het veel toegepaste R507, wordt het water aanzienlijk minder warm. Onder winterse omstandigheden zal dit niet meer dan 45° C zijn, in de zomer kan het iets meer zijn, of je moet een gewijzigde instelling van de koelmachine accepteren, maar zoals eerder in dit document aangegeven is dat een onverstandige keuze.

De toepassing van dit systeem kan een besparing van wel 50 procent van de benodigde energie voor het opwarmen van water opleveren. Bij grote warmwaterproducties kan het warme water ook bijvoorbeeld in het huishouden worden ingezet. Het is belangrijk om dit water in verband met mogelijke bacteriegroei (Legionella!) te verwarmen tot temperaturen boven 60°C. Er zijn in principe twee verschillende soorten warmteterugwinning. Uitvoering 1 staat hieronder aangegeven Het bijgevoegde schema geeft aan hoe het werkt.

1. Koeltank
   Warmte wordt uit de melk gehaald door een koelmiddel dat in het systeem circuleert.

2. Compressor
   De compressor circuleert het koelmiddel.

3. Platenkoeler
   Een platen-wisselaar brengt de warmte over aan het kraanwater

4. Condensor
   De condensor neemt de overgebleven energie over van het koelmiddel.

5. Waterpomp
   De pomp circuleert het water van de cb-wisselaar naar het opslagvat.

6. Opslagvat
   Het warme water (35 - 50° C) wordt opgeslagen in het opslagvat.

7. Boiler
   Warm water wordt dan verhit in de boiler van 50 tot 80° C.

Bij uitvoering 2 is de warmtewisselaar in het opslagvat ingebouwd. Het te condenseren koudemiddel wordt dan door deze wisselaar geleid, waardoor het water in het vat direct opwarmt. Grote voordeel van dit systeem is dat het geen draaiende onderdelen bevat en daardoor onderhoudsvrij is. (bovenstaande uitvoering 1 is niet onderhoudsvrij, de pomp kan defect gaan, de thermostaat kan defect gaan en de wisselaar kan lek gaan). Onderstaande doorsnede van het vat van uitvoering 2 staat hieronder weergegeven:

Figuur 7. Warmteterugwinning

Hoe benut je het warme water?
Warm water dat direct uit het warmteterugwinningsvat komt, zou je kunnen gebruiken voor toepassingen als uierdouches, het wassen van de handen en het aanmaken van kalvermelk. Dit wordt echter ten sterkste afgeraden ivm legionellagevaar. Daarom moet water uit warmteterugwinning altijd eerste worden doorverwarmd tot boven de 60° C en daarna eventueel bijgemengd met koud water.

Besparing in Kwh
Een bedrijf met 80 koeien gebruikt gemiddeld zo'n 300 liter water per dag van 80° C Zonder warmteterugwinning komt dat neer op een jaarlijks elektriciteitsverbruik van 11.140 kWh dat € 2.500,- kost. Door warmteterugwinning daalt het verbruik tot 6.400 kWh. dt kost € 1.472,- Hiermee bespaar je dus ruim €1.000,- per jaar.

Wist je dat…
de energie die teruggewonnen wordt uit 1.000 liter melk per dag en omgezet wordt in warmte gelijkstaat aan de energie/jaar uit:

• 13.100 kWh elektrische energie

• 1.900 liter olie

• 1.650 m³ natuurlijk gas = biogas?

• 950 kg propaangas
  
  
  

Omhoog

5.6 Energieverbruik

Doorloopmelkstallen
Voor de benodigde energie voor een vacuümpomp, een melkpomp en de overige elektrische apparatuur (verlichting melklokaal, melkstal, bedrijfsruimten enzovoort) geldt de volgende vuistregel: kWh per jaar = aantal melkstellen x 800. Bij 700.000 kg melk, 20 melkstellen en een energieprijs van € 0,23/kWh wordt dit: 20 melkstellen x 800 x € 0,23/kWh = € 3.680,- per jaar.

De robot
Het energieverbruik bij automatische melksystemen bestaat uit een basisbelasting van het systeem, de vacuümpomp, de melkpomp, de warmwatervoorziening en perslucht die nodig is voor de bediening van het systeem en het hekwerk. Er is veel spreiding tussen merken en bedrijven.  Globaal ligt het verbruik op 40 kWh per 1.000 kg met een spreiding van 25 tot 60 kWh. Een robot met 700.000 kg melk vraagt dus: 700 x 40kWh x € 0,23 = € 6.440,-

Tabel 3. Kosten per energieverbuiker

Via een voorkoeler valt 40% op de koelkosten te besparen = € 966,-!

Let op het verschil in energieverbruik tussen melkstal en robot!

Energiebesparing:

• Een goede ventilatie van het tanklokaal bespaart koelkosten. 

• De kosten voor de reiniging zijn afhankelijk van afschot melkleiding, hoeveelheid gebruikt warm water, vorm en afdekking ervan, luchtinjectie/vacuümverhoging en eventuele desinfectie van de installatie voor het melken.

• Bij vacuümpompen is de norm: 350 – 400 liter vacuüm vraagt 1 kW

• Sommigen installaties hebben wel 1.500 liter overcapaciteit

• Bij 800 liter overcapaciteit zijn de extra kosten:  800 liter overcapaciteit vraagt 2 kW extra. Dus: 2 kW x 4 uur/dag x 365 dagen x €0,23 = € 672,-/jaar!  

Omhoog

5.7 Hergebruik water

Afvalwater
Bij de reiniging van melkstal en melkwinningsapparatuur ontstaan grote hoeveelheden afvalwater. Dit afvalwater mag niet worden geloosd op het oppervlaktewater of in de bodem. Het reinigingswater van de melkinstallatie (hoofd- en naspoelwater) kan in principe nog gebruikt worden op het melkveebedrijf. Het voorspoelwater bevat resten melk en is daardoor onbruikbaar.

Hoofdreiniging
De hoofdreinigingsoplossing bevat 0,5 procent reinigingsmiddel. De oplossing is niet geschikt voor het schoonspuiten van de melkstal onder hoge druk. Bij hoge druk ontstaat nevel. Als deze nevel wordt ingeademd kunnen gezondheidsproblemen ontstaan door chemicaliën en water in je longen. Als er geen nevel ontstaat, is de oplossing (samen met de naspoeling) onder lage druk bruikbaar voor het schoonspuiten van de melkstal.

Naspoeling
Het naspoelwater bevat resten reinigingsoplossing. Dit water is te gebruiken voor het schoonspuiten van de melkstal. Het resterende afvalwater moet worden geloosd op de gemeentelijke persriolering of worden opgevangen in de mestkelders.

Omhoog