Auslegung Wärmerückgewinnung Milchkühlung

Kommandozeilen-Werkzeug zur Auslegung einer Wärmerückgewinnung aus der Milchkühlung: Aus der täglich zu kühlenden Milchmenge werden Wärmepumpe, PV-Anlage, Batterie und Natriumacetat-Latentspeicher dimensioniert – inklusive Abhollogistik, versorgbarer Haushalte und Brennstoffkosten-Vergleich.

Alle Annahmen liegen in einer config.json, sodass sich Varianten ohne Codeänderung nachrechnen lassen.

Konzept

Milchabwärme (37→4 °C)  ──►  Wärmepumpe (Strom aus PV)  ──►  Latentspeicher (Natriumacetat, 58 °C)  ──►  Abholung per LKW

Da Natriumacetat-Trihydrat erst bei 58 °C schmilzt, die Milchabwärme aber nur bei ~37 °C anfällt, hebt eine Wärmepumpe das Temperaturniveau an. Der Speicher kann unterkühlt und damit isolierungsfrei transportiert werden.

Voraussetzungen

• Python 3.8+
• Keine externen Abhängigkeiten (nur Standardbibliothek)

Dateien

Datei	Zweck
auslegung.py	Berechnungsprogramm
config.json	Sämtliche Annahmen (kopieren für Varianten)

Verwendung

# Detailreport für 1000 L Milch/Tag
python auslegung.py 1000

# Kompakte Empfehlung (gerundete Größen + vorgeschlagener Abholzyklus)
python auslegung.py 1000 --suggest-size

# Variante mit eigener Config und Ergebnis-Export als JSON
python auslegung.py 1500 --config meine_variante.json --json ergebnis.json

Argument	Beschreibung
milch_l_tag	(Pflicht) Milchmenge pro Tag in Litern
--config PFAD	Pfad zur JSON-Konfiguration (Standard: config.json)
--json PFAD	Ergebnis zusätzlich als JSON schreiben
--suggest-size	Kompakte Empfehlung statt Detailreport

Was berechnet wird

• Milchkühllast (kWh/Tag) aus Menge und Temperaturhub
• Wärmepumpe: Kälte-, Heiz- und elektrische Leistung, Strombedarf, in den Speicher gelieferte Wärme
• PV-Anlage: Leistung (kWp) und Dachfläche für die Jahresbilanz des WP-Strombedarfs
• Netzbezug: jährlicher Zukauf-Anteil durch die Wintermonate (Monatsbilanz)
• Batterie: nutzbare und Nennkapazität für den Tag-/Nacht-Ausgleich
• Latentspeicher: Masse, Volumen, LKW-Auslastung, Energieinhalt einer Ladung
• Versorgte Haushalte: Warmwasser (ganzjährig) und Winterfall (Heizung + WW)
• Brennstoffkosten: Wert der Wärme als Ersatzkosten für Gas, Heizöl, Pellets

Konfiguration (config.json)

Abschnitt	Wichtigste Parameter
milch	Ein-/Austrittstemperatur, Dichte, spez. Wärme
waermepumpe	cop, laufzeit_h_pro_tag
pcm	modus (latent_only / latent_plus_hub), Latentwärme, Dichte, c-Werte, Lade-/Entladetemperatur
abholung	zyklus_tage, LKW-Nutzlast und -Volumen
pv	spez. Jahresertrag, Fläche je kWp, Monatsprofil
batterie	Direkt-PV-Stunden, nutzbarer Anteil, Reservefaktor
haushalt	Personen, Warmwasser je Person, Winter-Heizbedarf
brennstoffe	Preis (ct/kWh) und Wirkungsgrad für Gas/Öl/Pellets

Wichtigste Stellschrauben

• pcm.modus – latent_only (nur Phasenwechsel) oder latent_plus_hub (mit Überhitzung): bestimmt Energiedichte und Speichergröße.
• abholung.zyklus_tage – Abholrhythmus, steuert die Speichergröße direkt.
• waermepumpe.cop – bestimmt Strombedarf und damit PV-Größe.
• haushalt.heizbedarf_winter_kWh_tag – stark gebäudeabhängig (saniert ~40, Altbau ~100, 0 = nur Warmwasser).
• brennstoffe – Preise sind Stand Juni 2026 (DE) und jederzeit überschreibbar.

Ausgabe

Der Detailreport schreibt einen formatierten Konsolentext mit allen Blöcken. Mit --json wird das vollständige Ergebnis zusätzlich als strukturiertes JSON gespeichert (alle Zwischengrößen, im Suggest-Modus zusätzlich der vorschlag-Block).

Beispiel (gekürzt, 1000 L)

WAERMEPUMPE  (COP 2.60, Laufzeit 18 h/Tag)
  Strombedarf .................     24.0 kWh/Tag
  Waerme in den Speicher ......     62.4 kWh/Tag

PV-ANLAGE
  Leistung ....................      8.8 kWp
  Dachflaeche .................       44 m2

NETZBEZUG  (durch Wintermonate)
  Netzbezug ...................     1941 kWh/a  = 22 %

VERSORGTE HAUSHALTE  (2 Erw. + 2 Kinder)
  -> Warmwasser ganzjaehrig ...     11.1 Haushalte
  -> im Winter ................      1.0 Haushalte

LATENTSPEICHER  (Natriumacetat-Trihydrat, Modus: latent_plus_hub)
  Energieinhalt voller LKW ....     2185 kWh

WERT DER WAERME BEIM KAEUFER
  Gas        |    11.6 ct/kWh |  253 EUR/LKW |  2635 EUR/Jahr
  Pellets    |     8.0 ct/kWh |  174 EUR/LKW |  1810 EUR/Jahr

Modell-Annahmen & Vereinfachungen

• Milch wird thermisch als Wasser gerechnet.
• Der zurückkehrende Speicherbehälter wird als „warm" (nahe Schmelzpunkt) angenommen; sonst müsste die WP ihn zusätzlich aufheizen.
• Der Netzbezug ist eine Monatsbilanz und setzt einen Tag-/Nacht-Ausgleich per Batterie voraus. Ohne Batterie liegt der reale Zukauf höher (~50–60 %).
• --suggest-size optimiert den Abholzyklus auf Transportauslastung, nicht auf die Verweildauer der Wärme im Speicher.
• Die Brennstoffkosten sind der Brutto-Substitutionswert der Wärme, kein erzielbarer Verkaufspreis (Transport, Strom, Abschreibung noch nicht abgezogen).

Mögliche Erweiterungen

• Anbieterseite: Transportkosten, WP-Stromkosten und Speicher-Abschreibung → echte Marge bzw. Mindestverkaufspreis je kWh.
• Monatlich aufgelöste PV-Deckung als Diagramm.