Konventionelle Kühlung mit kalter Luft im Vergleich zu Vakuumkühlung: 1 Verdunstung des Kühlmittels im Verdampfer, 2 Kühlung durch Luftkonvektion, 3 Verflüssigung des Kühlmittels im Kompressor, 4 Wärmeabgabe an die Umgebung, 5 Verdunstung des freien Wassers direkt aus dem Backbut, 6 Kondensation des Dampfs im Freien. (Diagramm: zvg)

Mittlerweile hat es sich in der Fachwelt herumgesprochen, dass Vakuumkühlen eine sehr schnelle Kühlmethode ist, mit der sich signifikante Qualitätssteigerungen bei den Backwaren erzielen lassen. Mit dieser neuen Technologie lässt sich aber nicht nur Zeit, sondern auch Energie sparen. Dieser Bericht zeigt auf, wo und wie viel Energie sich dank Vakuumkühlen in einer Bäckerein einsparen lässt. Das Abkühlen unter Vakuum wird auch als Vakuumenthalpiekühlung bezeichnet. Der Begriff entspringt dem Umstand, dass der Kühleffekt durch das Verdampfen von Flüssigkeit, im Speziellen Wasser, entsteht. Für die Vakuumkühlung sind zwei physikalische Prinzipien entscheidend: 1. Das Verdampfen von Flüssigkeiten benötigt Energie. 2. Der Siedepunkt einer Flüssigkeit hängt vom Umgebungsdruck ab. Beim Vakuumkühlen werden diese beiden Prinzipien miteinander kombiniert. Durch die kontrollierte und kontinuierliche Druckabsenkung wird das Verdampfen von freiem Wasser erzwungen. Die dafür benötigte Energie (Verdampfungsenthalpie) ist sehr gross und wird mangels anderer Quellen direkt dem flüssigen Wasser in Form von Wärme entzogen. In der Praxis resultiert eine äusserst rasche und gleichmässige Abkühlung des wasserhaltigen Materials. Abkühlen durch Verdunsten Um einen Liter Wasser von 95 auf 35 Grad hinunterzukühlen, muss eine Wärmemenge von 252 kiloJoule abgeführt werden. Diese Wärmemenge entspricht der Verdampfung von rund 100 Gramm Wasser, das heisst, einem Deziliter. Diesen Kühleffekt kennen wir als Schwitzen: Die Verdunstung von Schweiss kühlt den überhitzten Körper. Energieverbrauch – Kühlen Die einzige Energiequelle für die oben beschriebene Verdunstung von Wasser ist das heisse Backgut, daher wird die nötige Energie für das Verdunsten dem heissen Brot in Form von Wärme entzogen. Man kann somit sagen, dass ein Teil der vom Ofen in den Teig gebrachten Wärme zum Abkühlen verwendet wird. Die Vakuumpumpe transportiert diese Wärme in Form von Dampf nach draussen. Der Kühlprozess dauert so lange an, wie die Vakuumpumpe den Druck kontinuierliche absenkt und den vom Brot freigesetzten Dampf abtransportiert. Typischerweise wird der Abkühlprozess bei einer Kerntemperatur von 35 Grad beendet, was einem Enddruck von 50 mbar entspricht. Häufig reicht aber auch eine höhere Endtemperatur aus, um optimale Resultate zu erzielen. Beim Vakuumkühlen basiert die Abkühlung auf der Verdunstung des freien Wassers; die dafür nötige Verdunstungswärme wird direkt dem heissen Backgut entzogen. Das Verfahren ist deswegen sehr effizient; es wird kein zusätzlicher Kühlkreislauf mit Kühlmittel benötigt und es wird nur das wasserhaltige Backgut gekühlt, nicht aber die «trockenen» Teile wie Bleche, Stikkenwagen usw. Im Gegensatz dazu wird bei konventionellen Kühlmethoden mit Konvektion von kalter Luft gearbeitet. Diese Methode ist sehr langsam, weil die Wärmeabfuhr ausschliesslich indirekt über die Oberflächen erfolgt. Das innere des Backguts wird nicht direkt gekühlt, sondern kühlt sich langsam ab durch den Wärmefluss auf Grund der Temperaturdifferenz zur Oberfläche. Zudem wird nicht nur das Brot gekühlt, sondern auch alles andere, das sich in der Kühlkammer befindet. Dieser grundsätzliche Unterschied erklärt, warum Vakuumkühlen viel effektiver und auch effizienter ist. Die Abbildung oben zeigt den Unterschied zwischen den beiden Kühlmethoden. Die beiden Methoden sind aus thermodynamischer Sicht gleichwertig, weil sie auf den gleichen Prozessen Verdampfen und Verflüssigen basieren. Die Überlegenheit der Vakuumkühlung hinsichtlich Effizienz und Effektivität liegt einerseits darin, dass das Backgut direkt durch die Verdunstung gekühlt wird, ohne die langsame Wärmeübertragung durch Konvektion, und andererseits in der ausschliesslichen Kühlung der wasserhaltigen Backwaren, aber nicht der Bleche usw. (s. Tabelle). Zur Kühlung 48 Kilogramm Weissbrot von 85 Grad auf 30 Grad werden rund 0,75  kWh benötigt, während die entzogene Energie (Wärme) rund 1,65 kWh beträgt. Daraus ergibt sich für diese Messung eine Leistungszahl (coefficient of performance COP) von 2,2. Abhängig von Start- und Endtemperatur ergeben sich Leistungszahlen zwischen 2,0 und 3,5, was in etwa den Daten für normale Kältekompressoren entspricht. Beim Vakuumkühlen sind Endtemperaturen von 35 bis 40 Grad empfehlenswerte, was eine Leistungszahl von 3.0 bis 3.4 bedeute. Nur in Ausnahmefällen ist eine Abkühlung auf tiefere Temperaturen notwendig. Energieverbrauch – Backen Bisher wurde der Energieverbrauch für den Kühlprozess betrachtet. Wie eingangs erwähnt, wird beim Vakuumkühlen immer auch die Backzeit reduziert, um die für den Kühlprozess nötige Feuchtigkeit im Produkt zur Verfügung zu haben. Diese Reduktion ist nötig, damit der Feuchtigkeitsgehalt am Ende des Kühlprozesses nicht tiefer ist als bei konventionell gekühlten Backwaren. Würde genau gleich lang gebacken, trockneten die Backwaren zu sehr aus. Um dem Backgut die gleiche Bräunung zu geben, wird die Backtemperatur leicht erhöht, so dass trotz kürzerer Backdauer das gleiche optische Resultat herauskommt. Die Backzeitreduktion bedeutet eine grossew Energieeinsparung beim Backprozess, unabhängig davon, ob elektrisch, mit Öl oder Gas gebacken wird. Die Backzeitreduktion liegt in einem Bereich von 20 bis 40% der konventionellen Backdauer, typischerweise sind es 25%, abhängig von der Art der Backware und der Stückgrösse. Durch die Reduktion der Backzeit um 25 Prozent ergibt sich bei einem typischen Energieaufwand von 1470 kJ pro Kilogramm Brot eine Einsparung an Backenergie von 8,2 kWh pro Stikkenwagen mit 80 Kilogramm Brot. Hochgerechnet auf eine Stunde ergibt sich eine Energieensparung von 122,5 kWh, hochgerechnet auf eine Tonne Backwaren eine Einsparung 102,1 kWh. Fazit Die obigen Beispiele zeigen, dass die Energieeinsparungen beim Backen sehr gross sind im Vergleich zur aufgewendeten Energie für den Kühlprozess. Auch wenn der energetische Unterschied zwischen konventioneller Kühlung und Vakuumkühlung nicht besonders gross sein mag, weil die thermodynamischen Gesetze für beide Methoden gelten, schneidet die Vakuumkühlung hinsichtlich Energieverbrauch sehr viel besser ab, weil sie eine signifikante Reduktion der Backdauer erfordert und gleichzeitig effektiver kühlt, wie oben beschrieben.Abhängig vom Energiemix im Betrieb ergibt sich auch eine mehr oder weniger grosse Reduktion der C02-Belastung der Umwelt. Da die Öfen häufig mit Gas oder Öl betrieben werden, vermindert die Backzeitreduktion den CO2-Ausstoss direkt im Ausmass des eingesparten Brennstoffs. Die Kühlprozesse werden elektrisch betrieben, so dass die CO2-Belastung abhängig ist von der Herkunft der elektrischen Energie.