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**
+
+**Monatlicher Wärmeertrag, 10 m², optimale Südneigung, Raum Augsburg:**
+
+| 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)
+
+### Speichermechanismus
+
+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**.
+
+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**.
+
+### Energiedichte
+
+| 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) |
+
+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).

doc/02_systemauslegung.md

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+# 2 – Systemauslegung
+
+Dimensionierung der Komponenten für den Referenzfall **1000 L Milch/Tag**. Konzept: Milchabwärme → Wärmepumpe (Strom aus PV) → Natriumacetat-Latentspeicher.
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+---
+
+## 2.1 Wärmepumpe
+
+Die WP entzieht der Milch die Wärme (Verdampfer ~0 °C) und gibt sie bei >58 °C an den Speicher ab (Kondensator ~63 °C). Die Verdichterarbeit landet **mit** im Speicher:
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+```
+Q_Speicher = Q_Milch + W_elektrisch
+COP        = Q_Speicher / W_elektrisch
+W_el       = Q_Milch / (COP − 1)
+```
+
+| COP | Strom/Tag | Wärme in Speicher/Tag |
+|---|---|---|
+| 2,5 | 25,6 kWh | 64,0 kWh |
+| **2,6 (Referenz)** | **24,0 kWh** | **62,4 kWh** |
+| 3,0 | 19,2 kWh | 57,6 kWh |
+
+Leistungsauslegung (18 h/Tag Laufzeit): Kälteleistung ~2,1 kW, Heizleistung ~3,5 kW, el. Leistung ~1,3 kW.
+
+> Wichtig: Durch die WP wird **mehr** gespeichert als die reine Milchabwärme (62,4 statt 38,4 kWh/Tag).
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+---
+
+## 2.2 PV-Anlage
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+Auslegung auf **Jahresbilanz** des WP-Strombedarfs (Standort Süddeutschland, ~1.000 kWh/kWp·a, ~5 m²/kWp).
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+| Größe | Wert |
+|---|---|
+| Jahresstrombedarf WP | ~8.760 kWh/a |
+| Leistung | **~8,8 kWp** |
+| Dachfläche | **~44 m²** |
+
+Bei einer typischen Stalldachfläche von mehreren hundert m² problemlos verfügbar.
+
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+
+## 2.3 Netzbezug durch die Wintermonate
+
+Die WP läuft täglich, die PV liefert saisonal. Monatsbilanz (gerundet):
+
+| | kWh/a |
+|---|---|
+| Jahresbedarf WP | 8.760 |
+| Netzbezug (Okt–Feb) | ~1.940 |
+| Sommerüberschuss (Mär–Sep) | ~1.960 |
+
+**Netzbezug ≈ 22 %** des Jahresbedarfs – fällt komplett in die Monate Oktober bis Februar. Der Sommerüberschuss entspricht fast genau dem Winter-Zukauf (bilanziell ausgeglichen, zeitlich verschoben).
+
+> Diese 22 % gelten **mit** Batterie (Tag-/Nacht-Ausgleich). **Ohne** Batterie eher 50–60 %, da die WP rund um die Uhr läuft, die PV aber nur tagsüber.
+
+---
+
+## 2.4 Batteriespeicher
+
+Aufgabe: nur **Tag-/Nacht-Versatz** überbrücken (kein saisonaler Ausgleich – das ist mit Batterie unmöglich).
+
+| Größe | Wert |
+|---|---|
+| WP-Last pro Tag | 24 kWh |
+| zu überbrückende Nachtlast | ~14–16 kWh |
+| empfohlen nutzbar | ~15–18 kWh |
+| Nennkapazität (LFP) | **~20 kWh** |
+| Autonomie | ~1 Tag |
+
+Mehr Kapazität senkt den 22-%-Winteranteil **nicht** – der kommt aus dem saisonalen PV-Mangel, nicht aus dem Tag-/Nacht-Versatz.
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+---
+
+## 2.5 Latentwärmespeicher (Natriumacetat)
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+Speichergröße = Wärme je Abholzyklus ÷ Energiedichte. Beispiel 14-Tage-Zyklus, Modus `latent_plus_hub`:
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+| Größe | Wert |
+|---|---|
+| Energie je Zyklus | 62,4 · 14 ≈ **873 kWh** |
+| Masse | ~9.600 kg |
+| Volumen | ~7,4 m³ |
+
+Skalierung linear mit Zyklusdauer und Milchmenge. Details zu LKW-Auslastung und Abholrhythmus siehe Dokument 3.
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+
+## 2.6 Saisonaler Grundkonflikt
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+Wärme**erzeugung** und Wärme**bedarf** laufen gegenläufig:
+- Sommer: viel PV-Strom, viel Abwärme – aber wenig Heizbedarf.
+- Winter: hoher Heizbedarf – aber wenig PV (22 % Netzbezug) und gleicher Abwärmeanfall.
+
+Das ist die zentrale Schwäche des Konzepts und der Grund, warum im Winter nur wenige Haushalte beheizt werden können (Dokument 3).

doc/03_logistik_haushalte_wirtschaftlichkeit.md

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+# 3 – Logistik, Haushalte & Wirtschaftlichkeit
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+Verwertung der gespeicherten Wärme: Transport, Reichweite bei Haushalten, Marktwert. Referenzfall **1000 L Milch/Tag**.
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+## 3.1 Transport im LKW
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+Grenze: Standard-Sattelauflieger.
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+| Größe | Wert |
+|---|---|
+| Nutzlast | ~24 t |
+| Laderaum | ~90 m³ |
+
+Natriumacetat (~1,3 kg/L): 24 t ≈ **18,5 m³** → passt locker ins Volumen. **Das Gewicht bindet**, nicht das Volumen (nur ~20 % Laderaum genutzt).
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+**Energieinhalt eines vollen LKW:**
+- `latent_plus_hub`: 24 t · 0,091 ≈ **~2.185 kWh**
+- `latent_only`: 24 t · 0,073 ≈ **~1.760 kWh**
+
+**Abholrhythmus:** Aus 62,4 kWh/Tag füllt sich ein voller LKW (Hub-Modus) nach **~35 Tagen**. Optionen:
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+| Zyklus | Masse | Volumen | LKW-Auslastung |
+|---|---|---|---|
+| 7 Tage | 4,8 t | 3,7 m³ | 20 % |
+| 14 Tage | 9,6 t | 7,4 m³ | 40 % |
+| 21 Tage | 14,4 t | 11,1 m³ | 60 % |
+| 28 Tage | 19,2 t | 14,7 m³ | 80 % |
+| 35 Tage | 24,0 t | 18,4 m³ | 100 % |
+
+Empfehlung: an die volle Ladung koppeln (~monatlich) statt halbleere Fahrten, oder kleineren Wechselbehälter für 2-Wochen-Takt.
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+
+## 3.2 Versorgbare Haushalte (Familie 2 Erw. + 2 Kinder)
+
+**Warmwasserbedarf:** Erwachsener ~1,8 kWh/Tag, Kind ~1,0 kWh/Tag → Haushalt **~5,6 kWh/Tag** (~2.040 kWh/a).
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+**Winter-Heizbedarf:** ~60 kWh/Tag/Haushalt (gebäudeabhängig: saniert ~40, Altbau ~100).
+
+| Anwendung | Bedarf/HH/Tag | Versorgbare Haushalte |
+|---|---|---|
+| Warmwasser (ganzjährig) | 5,6 kWh | **~11 Haushalte** |
+| Winter (Heizung + WW) | ~65,6 kWh | **~1 Haushalt** |
+
+Kernaussage: Aus 1000 L Milch lassen sich **~11 Familien mit Warmwasser** versorgen – aber sobald die Raumheizung dazukommt, verschlingt schon **ein einziges Haus** fast die komplette Tagesproduktion. Eine LKW-Ladung deckt den Warmwasserbedarf einer Familie für gut ein Jahr.
+
+Die Speicherwärme wird bei 58 °C abgegeben – passend für Warmwasser (45–60 °C) und Flächenheizung.
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+> Die Haushaltszahl hängt an der **Produktionsrate**, nicht am LKW-Modus.
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+## 3.3 Wert der Wärme beim Käufer (Ersatzkosten)
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+Was der Käufer für dieselbe Nutzwärme aus Brennstoffen zahlen würde (Preise Stand Juni 2026, Deutschland; Nutzwärmekosten = Brennstoffpreis ÷ Kesselwirkungsgrad).
+
+| Brennstoff | Nutzwärme | EUR/LKW (~2.185 kWh) | EUR/Jahr (~22.800 kWh) |
+|---|---|---|---|
+| Gas (11 ct/kWh @ 95 %) | 11,6 ct/kWh | ~253 € | ~2.635 € |
+| Heizöl (11,5 @ 90 %) | 12,8 ct/kWh | ~279 € | ~2.908 € |
+| Pellets (7,0 @ 88 %) | 8,0 ct/kWh | ~174 € | ~1.810 € |
+
+> Das ist der **Brutto-Substitutionswert**, nicht der erzielbare Verkaufspreis. Davon gehen Transport, WP-/PV-Strom (22 % Netzbezug) und Speicherinvestition ab. Pellets (~8 ct/kWh) sind der härteste Konkurrenzmaßstab.
+
+---
+
+## 3.4 Python-Werkzeug
+
+Zur Nachrechnung beliebiger Varianten: `auslegung.py` + `config.json`.
+
+```
+python auslegung.py 1000                 # Detailreport
+python auslegung.py 1000 --suggest-size  # gerundete Empfehlung + Abholzyklus
+python auslegung.py 1500 --config variante.json --json ergebnis.json
+```
+
+**Berechnet:** Milchkühllast, Wärmepumpe (Kälte-/Heiz-/Stromleistung), PV (kWp + Fläche), Netzbezug, Batterie, Latentspeicher inkl. LKW-Abgleich und Energieinhalt, versorgte Haushalte (WW + Winter), Brennstoffkosten-Vergleich.
+
+**Alle Annahmen** stehen in `config.json` (Milch, WP-COP, PCM-Modus/Stoffwerte, Abholzyklus, LKW-Grenzen, PV-Profil, Batterie, Haushalt, Brennstoffpreise). Variante = Datei kopieren, Werte ändern.
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+**Bewusste Modell-Vereinfachungen:**
+- Zurückkehrender Behälter wird als „warm" (nahe Schmelzpunkt) angenommen, sonst müsste die WP ihn zusätzlich aufheizen.
+- Netzbezug ist Monatsbilanz, setzt Tag-/Nacht-Ausgleich per Batterie voraus.
+- `--suggest-size` optimiert auf Transportauslastung, nicht auf Speicher-Verweildauer.
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+**Mögliche nächste Schritte:** Anbieterseite (Transportkosten, WP-Stromkosten, Speicher-Abschreibung) → echte Marge / Mindestverkaufspreis je kWh.