Doku dazu

doc/01_energiemengen_thermodynamik.md

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+# 1 – Energiemengen & Thermodynamik
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+Grundlagen-Zusammenfassung zur Wärmerückgewinnung aus der Milchkühlung. Referenzfall durchgängig: **1000 L Milch/Tag**.
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+## 1.1 Wärmeinhalt der Milchkühlung
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+Milch fällt mit Eutertemperatur an und muss zur Haltbarmachung gekühlt werden. Die dabei entzogene Wärme ist die nutzbare Abwärme.
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+| Größe | Wert |
+|---|---|
+| Temperaturhub | 37 °C → 4 °C (ΔT = 33 K) |
+| Stoffannahme | Milch ≈ Wasser (ρ = 1 kg/L, c = 4,186 kJ/kg·K) |
+| Formel | Q = m · c · ΔT |
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+**Ergebnis:** Q = 1000 · 4,186 · 33 = 138.138 kJ ≈ **38,4 kWh/Tag**
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+Skalierung: 1500 L → ~57,5 kWh/Tag. Die Abwärme fällt **täglich ganzjährig** an (~14.000 kWh/a).
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+## 1.2 Reinigungs-/Desinfektionswasser
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+Das Leitungssystem (~100 m, mehrere Pumpvorgänge für ~8 Melkplätze) muss mit heißem Wasser desinfiziert werden.
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+| Größe | Wert |
+|---|---|
+| Menge | 200 L |
+| Temperaturhub | 50 °C → 100 °C (ΔT = 50 K) |
+| Q | 200 · 4,186 · 50 = 41.860 kJ ≈ **11,6 kWh** |
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+Weil der Tank durch die Milchabwärme bereits bei 50 °C startet, halbiert sich der Heizbedarf gegenüber Kaltwasser (10 °C → ~21 kWh). Die Milchabwärme deckt den Desinfektionsbedarf damit vollständig.
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+> Noch nicht enthalten: Rohrleitungsverluste (je nach Dämmung +10–30 %). Dafür wären Rohrdurchmesser und Dämmung nötig.
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+## 1.3 PV-Panel-Kühlung / PVT-Ertrag
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+Mit rückseitigen Wassertaschen (PVT) lässt sich die Abwärme der Module nutzen.
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+**Energiebilanz Modul (Sommerspitze, ~1000 W/m² Einstrahlung):**
+- ~18–20 % Strom (~180–200 W/m²)
+- ~800 W/m² Wärme, davon über die Frontseite ein großer Teil verloren
+- Unverglaster PVT, niedrige Vorlauftemperatur: **~400–500 W/m² thermisch nutzbar**
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+**Monatlicher Wärmeertrag, 10 m², optimale Südneigung, Raum Augsburg:**
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+| Monat | kWh | Monat | kWh |
+|---|---|---|---|
+| Jan | 75 | Jul | 825 |
+| Feb | 145 | Aug | 730 |
+| Mär | 350 | Sep | 510 |
+| Apr | 565 | Okt | 270 |
+| Mai | 745 | Nov | 90 |
+| Jun | 800 | Dez | 55 |
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+**Summe ≈ 5.160 kWh/a thermisch** (~516 kWh/m²·a, oberer realistischer Bereich bei ganzjähriger Abnahme) plus ~1.500–1.800 kWh/a Strom.
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+> Vorbehalt: Werte gelten nur bei kaltem Kühlwasser. Steigt die Vorlauftemperatur oder fehlt der Abnehmer, brechen die Sommerwerte ein.
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+## 1.4 Natriumacetat als Latentwärmespeicher (PCM)
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+### Speichermechanismus
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+Im **festen** Zustand liegt Natriumacetat-Trihydrat (CH₃COONa·3H₂O) als geordnetes Kristallgitter mit eingebautem Kristallwasser vor. Beim Erwärmen auf ~58 °C bricht das Gitter auf – das Salz „löst sich in seinem eigenen Kristallwasser". Die Energie geht in das Aufbrechen der Bindungen statt in Temperaturerhöhung → **latente Wärme**.
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+Der Schlüssel ist die **Unterkühlbarkeit**: Die Schmelze bleibt bis auf Raumtemperatur metastabil flüssig und hält die Energie nahezu verlustfrei. Erst ein Auslöser (Impfkristall, Erschütterung) startet die Kristallisation und gibt die Wärme schlagartig bei ~58 °C frei. Damit lässt sich der Speicher **isolierungsfrei lagern und transportieren**.
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+### Energiedichte
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+| Modus | Beitrag | Energiedichte |
+|---|---|---|
+| `latent_only` | Phasenwechsel 264 kJ/kg | **0,073 kWh/kg** (~0,095 kWh/L) |
+| `latent_plus_hub` | + Überhitzung der Schmelze (z. B. auf 80 °C) | **0,091 kWh/kg** (~0,12 kWh/L) |
+| + Unterkühlung Feststoff | bis ~40 °C nutzen | ~0,10 kWh/kg (~0,13 kWh/L) |
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+Stoffwerte: Dichte ~1,3 kg/L, c_flüssig ≈ 2,9 kJ/kg·K, c_fest ≈ 1,9 kJ/kg·K. Zum Vergleich Wasser (50 K Hub): nur ~0,058 kWh/L.
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+### Kritischer Punkt: Temperaturniveau
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+Natriumacetat schmilzt bei **58 °C**, die Milchabwärme fällt aber nur bei max. **37 °C** an. Eine 37-°C-Quelle kann einen 58-°C-Speicher **nicht direkt laden** → es braucht eine **Wärmepumpe** zur Temperaturanhebung (siehe Dokument 2).