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Die
Erfindung betrifft ein raumlufttechnisches Gerät gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs
1 angegebenen Art.
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Raumlufttechnische
Anlagen, insbesondere Klimaanlagen, mit Luftbehandlungsfunktionen,
wie Filtern, Heizen, Wärmerückgewinnung,
Feuchterückgewinnung,
Kühlen,
Befeuchten und Entfeuchten, benötigen
im Betrieb sehr viel thermische und elektrische Energie. Diese Energiebedürfnisse,
welche in jeweils dafür
individuell mit Luftbehandlungsmodulen ausgestatteten Geräten anfallen,
sind ganz erheblich. Durch eine Anordnung der Luftbehandlungsmodule
nach dem Stand der Technik ist es zum Teil notwendig, dass mehrere
Ventilatoren zur Förderung von
Zuluft und Abluft sowohl in einem externen Kanalnetz als auch im
raumlufttechnischen Gerät
selbst für
die jeweils beiden verbundenen Luftförderstrecken von Zuluft und
Außenluft
sowie für
die Abluft und Fortluft hohe Luftwiderstände überwinden müssen, was zu einem hohen elektrischen
Energiebedarf bei solchen Geräten
führt.
Zudem wird bei einem Gerät,
das die Funktion Kühlen
und Entfeuchten zu erbringen hat zusätzlich sehr viel elektrische
Energie benötigt.
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Eine
Einsparung von elektrischer und thermischer Energie kann durch Mischluftbetrieb
mit direkter Nutzung der Außenluft
erreicht werden. Dabei muss aber eine ausreichende Filterung der
verwendeten Umluft stattfinden, insbesondere dann, wenn sich Personen
in einem von einem raumlufttechnischen Gerät versorgten Raum aufhalten.
Für eine
Filterung der wiederverwendeten Abluft müssen häufig zusätzlich Filter, wie beispielsweise
Aktivkohlefilter eingebracht werden. Bei den bekannten herkömmlichen
raumlufttechnischen Geräten,
bei denen die Luftbehandlungsteile alle in Reihe angeordnet sind, erhöht das jedoch
erheblich den Luftwiderstand, den der Zuluftventilator zu überwinden
hat. Aus den vorgenannten Gründen
werden deshalb raumlufttechnische Geräte mit Mischluftbetrieb in
Räumen,
in den sich Personen aufhalten, nur sehr selten verwendet.
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In
der
DE 101 26475 A1 wird
offenbart, dass der Widerstand für
die Luftförderung
des Zuluftventilators reduziert werden kann, wenn Umluft in die
Zuluftbehandlungsstrecke eines Zuluftgeräts bedarfsgerecht eingeführt wird.
Diese Art von Geräten
benötigt
in Zonen mit relativ kalten Außenlufttemperaturen,
in einer speziellen Ausführungsart
mit einem Heizregister im Umluftweg, der direkt vor dem Zuluftventilator
in die – Zuluftbehandlungsstrecke
einmündet,
eine Warmwasserversorgung für
ein Heizregister mit einer hohen Vorlauftemperatur, weil dort die
Umluft nachgewärmt
werden muss. Daher ist die Anwendung derartiger Geräte auf bestimmte
Gebäude
beschränkt.
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Darüber hinaus
beschreibt die
DE
202 08 391 U1 zusätzlich
zu einer vorgeschlagenen Umlufteinleitung, in einem Zuluftkanal
parallel angeordnete Luftbehandlungsmodule, wie Heizmodul, Wärmerückgewinnungsmodul
und Kühlmodul.
Dabei werden diese bedarfsgemäß individuell
genutzt. Diese Lösung
weist jedoch Nachteile auf, weil die Wärmerückgewinnung nicht optimal genutzt
werden kann, wodurch der thermische Energieverbrauch erhöht wird,
und darüber
hinaus ein sehr großer
Gehäusequerschnitt
benötigt
wird.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Energiebedarf eines raumlufttechnischen
Geräts, insbesondere
den elektrischen Energiebedarf von raumlufttechnischen Geräten so zu
verringern, dass diese Geräte,
bei geringer Baugröße, in unterschiedlichen
Klimazonen, bei wechselnden Klimaanforderungen stets einen kleinstmöglichen
Luftwiderstand bieten und daher einen verbesserten Wirkungsgrad aufweisen.
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Die
Aufgabe wird durch ein raumlufttechnisches Gerät gemäß den kennzeichnenden Merkmalen
des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Die
Unteransprüche
geben dabei eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gedankens
wieder.
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In
bekannter Weise weist ein vorgeschlagenes raumlufttechnisches Gerät ein Gehäuse auf,
das mindestens eine Öffnung
für eine
Luftzufuhr und mindestens eine Öffnung
für eine
Luftabfuhr und mindestens einen Ventilator zur Förderung der Luft hat. Die wesentlichen
Luftbehandlungsmodule für
die Zuluftbehandlung liegen in unterschiedlichen Strömungswegen
verteilt. Von den Strömungswegen
liegen mindestens zwei Strömungswege
parallel, wobei in einem dieser Strömungswege ein erstes Luftbehandlungsmodul
vorgesehen ist. Die beiden Strömungswege
sind durch Strömungssteuereinrichtungen
bedarfsabhängig
mit Teilvolumenströmen
beaufschlagbar. Die parallelen Strömungswege vereinigen sich nach
den Luftbehandlungsmodulen in einem Mischpunkt.
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Erfindungsgemäß schließen an einen
Mischpunkt zwei weitere parallel liegende Strömungswege an, wobei in einem
der beiden Strömungswege
ein zweites Luftbehandlungsmodul liegt, welches mit einem Bypass-Strömungsweg überbrückt werden kann.
Dieses zweite Luftbehandlungsmodul wird zusätzlich von einem unabhängigen Strömungsweg durchströmt, welcher
unabhängig
von dem, vom Mischpunkt kommenden resultierenden Strömungsweg
ist. Dieser unabhängige
Strömungsweg
kann beispielsweise von Umluft, Mischluft, Abluft oder Außenluft,
gespeist werden.
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Durch
diese Ausgestaltung des raumlufttechnischen Geräts, ist eine optionale Doppelnutzung
mindestens des zweiten Luftbehandlungsmoduls ermöglicht. Das zweite thermische
Luftbehandlungsmodul kann bei einem durchschnittlichen thermischen
Bedarf umgangen oder teildurchströmt werden, oder lediglich durch
den unabhängigen
Strömungsweg
genutzt werden. Bei großer
thermischer Soll-Ist Differenz, was in gemäßigten Zonen selten vorkommt,
kann das zweite thermische Luftbehandlungsmodul auch von beiden
Strömungswegen,
also auch in Reihe zu dem ersten thermischen Luftbehandlungsmodul
genutzt werden.
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Dies
hat den Vorteil, dass die Luftbehandlungsmodule je nach Klima- oder
Temperaturanforderung in unterschiedlichster Weise, d. h. parallel und/oder
teilweise in Reihe genutzt werden können. Durch die Möglichkeit
einer parallelen Nutzung wird der innere Luftströmungswiderstand, die sog. Pressung
des raumlufttechnischen Geräts
stark reduziert, was eine signifikante Energieeinsparung zur Folge hat,
da dadurch die benötigte
Antriebsleistung des Ventilators enorm sinkt.
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Durch
das erfindungsgemäße raumlufttechnische
Gerät,
wird eine bedarfsangepasste Strömungsführung ermöglicht,
die im Mittel der Betriebszeit den Energiebedarf aufgrund der nachhaltigen Reduktion
des Strömungswiderstandes,
zum Stand der Technik deutlich reduziert. Diese flexible Strömungsführung ist
erfindungsgemäß in kompakter Weise
umgesetzt.
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Bei
einer Zuluftaufbereitung mit einem Mischluftgerät, kann das zweite thermische
Luftbehandlungsmodul sowohl im Umluftweg als auch in einem Außenluft-/Mischluftströmungsweg
thermisch genutzt oder lediglich mit einem Teilluftstrom durchströmt werden.
Wenn es im Umluftweg benutzt wird, was die Regel ist und dort nur
ein geringer Anteil Umluft für
die Zuluft verwendet wird, wirkt es sich in der Regel nicht im Widerstand
der Gesamtpressung des Zuluftventilators aus. Ein analoges Anordnungsschema
mit paralleler Nutzung von thermisch entgegengesetzt wirkenden Luftbehandlungsmodulen
und einer zudem möglichen
Reihenschaltung von zwei Luftbehandlungsmodulen ist bei auch für die Behandlung
der Abluft-/Fortluft oder Umluftbehandlung denkbar.
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Bei
einem raumlufttechnischen Gerät
nach der Erfindung werden unabhängig
davon, ob es sich um eine Belüftungsanlage,
Entlüftungsanlage,
Be- und Entlüftungsanlage,
Teilklimaanlage oder Vollklimaanlage handelt, zur Verringerung des
inneren Widerstandes im raumlufttechnischen Gerät für die Luftförderung beim Zuluftventilator
als auch beim Abluft-Fortluftventilator
zu jeweils zeitlich, ggf. unterschiedlichen, jedoch stets bedarfsgerechten
Aufbereitung der Zuluft und/oder evtl. Nutzung der Ab-/Fortluft,
die dabei insgesamt individuell geförderten Luftbehandlungsmodule
in getrennten, sozusagen in dem in raumlufttechnischem Gerät verteilten Luftwegen
angeordnet. Eine entsprechende Regelung und Steuerung sorgt dafür, dass
jedes Modul, egal ob es gerade thermisch genutzt wird oder nicht, so
wenig wie möglich
von Luft durchströmt
wird. Durch eine derartige Vorgehensweise wird die Antriebsenergie
insbesondere für
die Ventilatoren eingespart.
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Grundsätzlich ist
jedes Luftbehandlungsmodul für
eine Durchströmung
mit der gesamten Luftmenge ausgelegt, welche der Ventilator als
Nennluftmenge fördern
muss. Im Normalbetrieb wird jedoch nur ganz selten die gesamte Luftmenge
pro Luftbehandlungsmodul benötigt.
Es wenden meist nur Teilluftmengen verwendet oder es werden momentan nicht
benötigte
Module gar nicht durchströmt,
die jedoch bei der Bilanz des Luftwiderstandes über die gesamte Betriebszeit
in der Berechnung alle gemeinsam betrachtet werden.
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Im
Sinne der Erfindung wird deshalb vorgesehen, dass für kühle Zonen
ein Heizmodul und für warme
Zonen ein Kühlmodul
so angeordnet ist, dass bei extrem hoher Heiz- oder Kühlleistungsanforderungen
das Heizmodul oder das Kühlmodul
auch in Reihe zum Wärmerückgewinnungsmodul
genutzt werden kann. Dabei ist es grundsätzlich egal, ob es sich um
ein Mischluftgerät
mit ein- oder mehrfacher Umluftnutzung oder um ein reines Außenluftaufbereitungsgerät handelt.
In beiden Fällen
wird bei ganz geringen Heiz- oder Kühlleistungen das Wärmerückgewinnungsmodul
mit wechselnden Teilströmen
entsprechend geregelt und/oder gesteuert so beaufschlagt, dass über jeweils
parallel angeordnete thermische, nicht genutzte Kühlmodule
oder Heizmodule, die mehr oder weniger große restliche Außenluftmenge
gefördert
wird. Eine solche Regelung erfolgt dabei in Kaskade über eine
Umlenkung der Außenluft im
Wärmerückgewinnungsmodul
hin zum thermisch nicht genutzten, parallel angeordneten Kühlmodul und über die
interne Wärmeleistung
der verbundenen Wärmerückgewinnungsmodule
zwischen der Abluft und Fortluft und der Zuluft selbst.
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Bei
einer regenerativen Wärmerückgewinnung
kann eine dazu notwendige Umlaufpumpe auch stufenlos geregelt werden,
so dass stets eine exakte thermische Feinregelung möglich ist.
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Durch
eine solche Luftwegeaufteilung bei der Zuluftaufbereitung ergeben
sich sehr große
Energieeinsparungen, so auch beim Entfeuchtungsbetrieb. Ferner kommt
beim Mischluftgerät
eine ebenfalls große
thermische Energieeinsparung hinzu, die sich insbesondere bei einer
Zuluftzuführung
von unten in den versorgten Raum auswirkt. Vorzugsweise wird mit
dem raumlufttechnischen Gerät
der vorgestellten Art auch bei einem hohen Außenluftanteil für die Zuluftbildung
Heizenergie eingespart. Diese Einsparung erfolgt sowohl über die Wärmerückgewinnung
als auch zusätzlich
noch über
die Umluft. Die Umluft stellt aus thermischen Gründen die wirksamste Wärmerückgewinnung
dar. Bei entsprechend Wärme
gedämmten
Gebäuden
kann dabei ggfs. sogar auf eine Nachwärmung durch entsprechende Heizregister
verzichtet werden.
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In
dem raumlufttechnischen Gerät
und der Erfindung werden sowohl im Zuluftteil als auch im Abluft-/Fortluftteil
die jeweils notwendigen Luftbehandlungsmodule grundsätzlich nicht
mehr hintereinander angeordnet, wie es im Stand der Technik der
Fall ist, was gleichzeitig eine Durchströmung aller Module mit der gewünschten
Nennluft- oder Betriebsluftmenge bedeutet. Nach der Erfindung werden
nunmehr die Luftbehandlungsmodule grundsätzlich parallel genutzt, wobei
diese in verschiedenen Luftwegen angeordnet sind und unterschiedlich
genutzt werden. Dabei wird beispielsweise das Heizmodul oder das Kühlmodul
stets so eingebaut und in die Regelung eingebunden, dass es je nach
aktuell erforderlicher Zuluftaufbereitung sowohl umgangen werden
kann und damit parallel zu einem Rückgewinnungsmodul angeordnet
ist, aber auch dazu in Reihe genutzt werden kann.
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Der
jeweilige Zuluft- und Abluft-/Fortluftventilator muss somit, je
nach aktuell notwendiger Voll- oder Teildurchströmung von thermisch nicht genutzten
Modulen wesentlich weniger Widerstand als üblicherweise bei raumlufttechnischen
Geräten
nach dem Stand der Technik überwinden.
Je nach aktuell notwendiger Betriebsweise entstehen so zu verschiedenen
Nutzungszeiten unterschiedliche Gesamtpressungen im raumlufttechnischen
Gerät.
Insgesamt sinken dabei aber die Gesamtpressungen-Widerstände. Gleichzeitig
wird auf eine jährliche Nutzungszeit
bezogen eine durchschnittliche Leistung der Ventilatormodule und
infolgedessen der jährliche
elektrische Energiebedarf stark sinken. Es versteht sich, dass bei
einer derartigen Ausführung ein
wirtschaftlicher Entfeuchtungsbetrieb ebenso möglich ist, womit zusätzlich noch
eine Menge an thermischer Energie eingespart wird. So ist ein Umluftbetrieb
auch mit hoher Außenluftrate
möglich.
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Insbesondere
durch ein intelligentes Mess-Steuer-Regelmodul ist eine Verringerung
der internen Widerstände
innerhalb des raumlufttechnischen Gerätes dadurch möglich, dass
zur Reduktion der Gesamtpressung für den jeweiligen Ventilator
sowohl zur bedarfsgerechten Aufbereitung beispielsweise der Zuluft
als auch zur Nutzung der Ab- oder Fort luft jeweils aktuell nach
geeigneten Kriterien, zeitlich unterschiedlich lang festgelegt wird,
welche der individuell eingebauten Luftbehandlungsmodule dabei gerade
einzeln oder gemeinsam voll oder teilweise genutzt werden. Dieses
bedeutet, dass bei einer solchen selektiven Benutzung auch Module
nicht genutzt werden bzw. lediglich teilweise durchströmt werden,
was beispielsweise in Abhängigkeit
des jeweils aktuellen Zustandes von Außenluft – Lufttemperatur, Luftfeuchte,
Luftqualität – und Abluft/Raumluft – Lufttemperatur,
Luftfeuchte, Luftqualität,
Personenbelegung, Kühl-
oder Heizlast im Raum usw. – ausgeht.
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So
können
beispielsweise bei einer Abhängigkeitsregelung
bzw. -steuerung von diversen Außenluftzuständen diese
in einem Arbeitsdiagramm festgelegt werden. Nach notwendigen energieoptimierten
Zuluftaufbereitungen in Abhängigkeit
der für den
vorgesehenen Einsatzort des raumlufttechnischen Gerätes zuordnungsfähigen meteorologischen Daten
wird ein entsprechendes Programm ausgewählt. Diese einzelnen Programme
können
innerhalb des Mess-Steuer-Regelmoduls durch Programme festgelegt
werden bzw. auch geändert
werden. Je nach Ausführung
eines raumlufttechnischen Gerätes ist
es somit möglich,
für eine
individuell erforderliche thermische Luftbehandlung und der dabei
notwendigen Filterung der Luft zu sorgen. So können beispielsweise auch entsprechende
Filterungen individuell notwendiger Luftmengenregelungen einzelner Förderwege
bis zur Vollsperrung und die danach ggf. entstehenden Mischungen
erfolgreich mit geeigneten luftregulierten Modulen wie Gliederklappen,
Irisblenden, Schaufelklappen, verstellbare Drosselbleche oder dergleichen,
welche in den automatisch ablaufenden Programmen des Mess-Steuer-Regelmoduls verarbeitet
werden können.
Es versteht sich, dass die Luftregulierungsmodule mit entsprechenden
Antrieben ausgerüstet
sind, die individuelle Einstellungen zulassen. Es versteht sich
ebenfalls, dass die Antriebe der Ventilatormodule bei Bedarf auch
noch zusätzlich
in ihrem Volumenstrom individuell und stufenlos geregelt werden
können,
was ebenfalls einen Teil an Antriebsenergie spart, weil die Gesamtwiderstände reduziert
werden.
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Somit
werden in jedem, nach Energie optimierenden Gesichtspunkten festgelegten
unterschiedlichen Betriebszustand die Antriebsleistung des Zuluftventilators
und/oder des Abluft-/Fortluftventilators so minimiert, dass dabei
der thermische Energieverbrauch gegenüber einem üblichen, vergleichbaren raumlufttechnischen
Gerät mit
einer Reihen anordnung der Luftbehandlungsmodule nicht ansteigt und
erfolgreich, insgesamt bezogen auf die jährliche Nutzungszeit, um so
mehr an Energie eingespart, desto mehr Luftbehandlungsmodule in
einem raumlufttechnischen Gerät
erforderlich und sozusagen wegschaltbar sind.
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Die
raumlufttechnischen Geräte
mit entsprechender Umluftnutzung ohne oder mit Wärmerückgewinnung können über geeignete
unterschiedlich gestaltete mit der Ab- oder Fortluft verbundenen
Wärme/Feuchtigkeitsrückgewinnungsbauteile
kombiniert werden. Dabei kann für
die notwendige Entfeuchtung der zur Luftaufbereitung von versorgten Raumzonen
verwendeten Außenluft
nur ein Teil dieser an der Zuluft auf einen geeigneten Taupunkt
oder in dessen Nähe
abgekühlt
werden. Der andere Teil der Zuluft wird aus der stets warmen oder
ggf. nachgewärmten
Umluft gebildet und parallel mit der dazu stark abgekühlten Außenluft
gemischt.
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Nach
einer Ausführungsform
der Erfindung wird die allein zur Zuluftaufbereitung verwendete
Außenluft
auf zumindest zwei Luftwege aufgeteilt. Innerhalb eines dieser Luftwege
wird ein Teil der insgesamt verwendeten Außenluft auf einen aktuell geeigneten
Taupunkt abgekühlt
und in dem zweiten Luftweg der restliche Teil der Außenluft
mit Hilfe eines Heizmoduls bzw. eines Wärmerückgewinnungsmoduls oder einer
anderen geeigneten Vorrichtung entsprechend nachgewärmt und
dann mit der kalten Außenluft
gemischt.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist es möglich,
dass das erfindungsgemäße raumlufttechnische
Gerät aus
mehreren Gehäusen besteht,
die dann durch entsprechende externe Luftleitungen so miteinander
verbunden werden, dass die einzelnen Geräte parallel geschaltet werden.
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Vorzugsweise
werden zur Verringerung des Widerstandes für die gesamte Pressung des
Ventilators einzelne oder mehrere Luftbehandlungsmodule gemeinsam
parallel mit Luft durchströmt,
unabhängig davon,
ob sie gerade zur thermischen Luftaufbereitung benötigt werden
oder nicht. Bei einer Verwendung eines Wärmerückgewinnungsmoduls ist dabei das
Heizmodul so angeordnet, dass es bei hohem Heizleistungsbedarf auch
in Reihe folgend zum Wärmerückgewinnungsmodul
genutzt werden kann. Das Gleiche trifft auch für Kühlmodule zu.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung eines
raumlufttechnischen Gerätes
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit
den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele näher beschrieben.
In der Beschreibung, in den Patentansprüchen, der Zusammenfassung und
in der Zeichnung werden die in der hinten angeführten Liste der Bezugszeichen
verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugszeichen verwendet. Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines raumlufttechnischen Geräts nach
der Erfindung gemäß einer
ersten Ausführungsform,
beispielsweise als Außenluftgerät;
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2 eine
schematische Darstellung eines raumlufttechnischen Gerätes als
Kombinationsgerät mit
möglichem
Mischluftbetrieb und regenerativer Wärmerückgewinnung, speziell für gemäßigte und kalte
Zonen, und
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3 eine
schematische Darstellung eines raumlufttechnischen Gerätes als
Mischluftgerät
mit rekuperativer Wärmerückgewinnung
und dabei zusätzlich
noch möglichen
Mischluftbetrieb, speziell für gemäßigte und
kalte Zonen.
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Die 1 zeigt
ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel,
das ein raumlufttechnisches Gerät mit
einer Außenluft
AUL wiedergibt, welches beispielsweise in gemäßigten oder kalten Zonen eingesetzt
werden kann. Nachdem die Außenluft
AUL in das Gehäuse 1 des
raumlufttechnischen Gerätes eingetreten
ist, wird diese über
das Außenluftfiltermodul 5 zunächst gereinigt.
Nach dem Austritt aus dem Außenluftfiltermodul 5 sind
Luftmengen regler-/Absperrmodule 16, 19 und 22 vorhanden,
die jeweils durch Trennwände 31 getrennt
sind. Durch die Luftmengenregler-/Absperrmodule 16, 19, 22 werden Strömungswege 34, 35, 61 erzeugt.
Dabei wird der Strömungsweg 34 durch
das Luftmengenregler-/Absperrmodul 22 hindurch
direkt zu dem Heizmodul 8, dem zweiten Luftbehanslungsmodul,
geleitet. Der getrennte Strömungsweg 61 wird
dabei durch ein erstes Luftbehandlungsmodul, das Kühlmodul 10 geführt und
liegt parallel zum Strömungsweg 35,
der durch ein drittes thermisches Luftbehandlungsmodul, das Wärmerückgewinnungsmodul 9 geführt wird.
Die Strömungswege 34, 35, 61 sind
dabei durch Trennwände 31 so
getrennt, dass sie sich nicht vor der Luftbehandlung miteinander
vermischen können. Nach
dem Austritt aus dem Kühlmodul 10 bzw.
dem Wärmerückgewinnungsmodul 9 entsteht
im Mischpunkt in dem ein Befeuchtungsmodul 26 liegt ein neuer
Strömungsweg 36,
der zum einen durch ein Luftmengenregler-/Absperrmodul 21 als
Strömungsweg 39 austritt
und über
das Ventilatormodul 3 als Zuluft ZUL in den Raum geblasen
wird. Es kann jedoch auch aufgrund der steuerungsmäßigen Auslegung
eines Mess-Steuer-Regelmoduls möglich
sein, einen weiteren Strömungsweg 37 durch
ein Luftmengenregler-/Absperrmodul 20 zu öffnen bzw.
teilweise zu öffnen,
wobei die Strömungswege 37 und 34 sich nach
dem Heizmodul 8 als neuen Strömungsweg 38 mischen.
Das Ventilatormodul 3 ist somit in der Lage, Luft sowohl
aus dem Strömungsweg 38 oder
dem Strömungsweg 39 oder
aber aus beiden Strömungswegen 38 und 39 gleichzeitig
anzusaugen.
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Die
Außenluft
AUL wird dabei über
die Module 8, 9 und 10 getrennt über die
Strömungswege 34, 35, 61 geführt. Sollte
keine thermische Behandlung der Zuluft erforderlich sein, so kann
die Außenluft AUL
gleichmäßig über die
Strömungswege 34, 35, 61 aufgeteilt
werden. Die Luftbehandlungsmodule 8, 9, 10 werden
hierbei parallel durchströmt.
Dabei ist das Luftmengenregler-/Absperrmodul 20 geschlossen und
die Luftmengenregler-/Absperrmodule 22, 16, 19 und 21 geöffnet. Dabei
kann sogar, ohne dass sich am Gesamtwiderstand etwas ändert eine
geregelte thermische Behandlung am Wärmerückgewinnungsmodul 10 stattfinden.
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Sobald
eine stärkere
Aufwärmung
der Außenluft
erforderlich wird, wird das Luftmengenregler-/Absperrmodul 22 geschlossen.
Der Strömungsweg 42 teilt
sich nunmehr auf die Strömungswege 61 und 35 auf,
wobei unterschiedliche Teilströme
ausgeregelt werden. Es ist möglich,
dass jeder Strömungsweg 35, 61 mit
einer im Mess- und Regelmodul festgelegten Teilluftmenge durchströmt wird
und damit thermisch genutzt werden kann. Es ist jedoch auch möglich, dass
beide Strömungswege 35, 61 offen sind,
so dass hier Teilluftmengen gebildet werden können. Eine Reduktion des Gesamtwiderstands kommt
hierbei zutage, weil das erfindungsgemäße raumlufttechnische Gerät zumeist
nur ein Teil der gesamten Auslegungsluftmenge über das entsprechende aktuell
benötigte
Modul strömen
lässt und
das andere damit entlastet. Bei der thermischen Nichtnutzung beider
Module gelangt über
beide häufig
nur ein Teil der Auslegungsluftmenge, was in dieser Betriebsart
zu einer Widerstandsreduktion führt.
Zudem kann die Leistung des Wärmerückgewinnungsmoduls 9 selbst
in einer Kaskade dazu geregelt werden, so dass darüber so lange
wie möglich
nur wenig Luft strömt
bis die Leistung der Umwälzpumpe
bei dieser kleinen Luftmenge nicht mehr ausreicht. Die gemischte
Luft bildet den Strömungsweg 36,
der über das
Luftmengenregelmodul 21 in den Strömungsweg 39 übergeht.
Letztendlich wird der Strömungsweg 61 abgesperrt.
Steigt der Wärmebedarf
noch weiter, geht ein Teil des Strömungsweges 36 als
Strömungsweg 37 durch
das Heizmodul 8.
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Bei
maximaler Heizleistung sind die Luftmengenreglermodule 22, 16 und 21 geschlossen,
so dass der Strömungsweg 42 in
den Strömungsweg 35 und 37 übergeht.
Jetzt wird die Außenluft
der Reihe nach über
das Wärmerückgewinnungsmodul 9 und das
Heizmodul 8 erwärmt.
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Im
maschinellen Kühlfall,
bei thermischer Nutzung des Kühlmoduls 10,
werden die Strömungswege 61 und 35 parallel
genutzt, wobei sich das Luftmengenreglermodul 19, je nach
Kühlleistung
und Kälterückgewinnungsmöglichkeit über die
Abluft geregelt schließt.
Die zumeist gemischte Luft gelangt als Strömungsweg 36 über das
Luftmengenreglermodul 21 als Strömungsweg 39 zum Ventilatormodul 3.
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Im
Entfeuchtungsfall wird beispielsweise ein Teil der zu feuchten Außenluft
AUL über
das Kühlmodul 10 geführt und
dort auf einen geeigneten Taupunkt abgekühlt. Der andere Teil fließt parallel über den
Strömungsweg 34 zu
dem Heizmodul 8 und wird dort entsprechend hoch aufgewärmt. Die
beiden zusammentretenden Strömungswege 38 und 39 bilden dann
die entsprechend geregelte Mischung der Zuluft ZUL.
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Durch
diese Anordnung der 1 entsteht im raumlufttechnischen
Gerät über die
gesamte Betriebszeit gemittelt ein relativ kleiner Teilwiderstand für das Ventilatormodul 3,
da die Betriebszeit, in der das Wärmerückgewinnungsmoduls 9 und
das Heizmodul 8 seriell betrieben werden müssen verhältnismäßig gering
gegenüber
der Zeit ist, in welcher die Module parallel betreibbar sind. Auch
die Zeit, während
der die aufzubereitende Luft ausschließlich über das Kühlmodul 10 geführt werden
muss ist in gemäßigten Klimazonen
sehr gering. In Folge der über
alle Betriebszustände
gemittelten Widerstandsreduktionen ergibt sich ein niedrigerer elektrischer
Energiebedarf.
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Das
in der 2 dargestellte bevorzugte Ausführungsbeispiel zeigt ein raumlufttechnisches Gerät für einen
Einsatz in gemäßigten und
kalten Klimazonen mit einem speziellen Mischluftbehandlungsmodul,
was aussagt, dass hier eine Umluftnutzung mit UML1, UML2 oder UML3
mit den dazugehörigen
Strömungswegen 48, 56 und 50 für die Behandlungsfälle Filtern,
Heizen, Kühlen
und Entfeuchten mit zweifach möglicher
Wärmerückgewinnung
möglich
ist. Dabei wäre
auch eine Lösung
mit parallel benutzten Umluftwegen UML denkbar, ohne dass der gesamte
Leistungsbedarf merklich steigt.
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Die
Außenluft
AUL strömt
durch das Luftmengenregler-/Absperrmodul 15 in das Gehäuse 1 ein
und bildet den Strömungsweg 42,
der durch das Außenluftfiltermodul 5 hindurch
tritt. Der an das Außenluftfiltermodul 5 anschließende Strömungsweg 43 teilt
sich in die Strömungswege 44 und 45 auf,
die mittels parallel angeordneter Luftmengenregler-/Absperrmodule 16 und 19 mit
einstellbaren Volumenströmen
beaufschlagbar sind. Vom Strömungsweg 43 zweigt
ein Strömungsweg 52 ab,
der durch das Luftmengenregler-/Absperrmodul 18 hindurch
in Richtung des Abluftventilators 4 tritt. Die über den Strömungsweg 52 geförderte Luft
ist anschließend für die Fortluft
FOL als eventuell nutzbarer Bestandteil zur Kühlung des luftgekühlten Kondensatormoduls 27 anzusehen.
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Der
Strömungsweg 44 führt durch
das Wärmerückgewinnungsmodul 9 und
kann bei geringem Heizbedarf über
den Strömungsweg 46,
der einen Bypass-Strömungsweg
zum Strö mungsweg 48 darstellt,
durch das Luftmengenregler-/Absperrmodul 21 austreten und
von dem Zuluftventilator 3 als Zuluft ZUL über die
Luftmengenabsperrvorrichtung 29 in den Raum austreten.
Einen parallelen Weg für
die Außenluft
AUL bietet jedoch der Strömungsweg 45, der über ein
Kühlmodul 10 führt. Diese
ggf. herab gekühlte
Luftmenge wird über
den Strömungsweg 45 ebenfalls
in den Strömungsweg 46 mit
eingebunden. Von dem Strömungsweg 44 kann
nach Austritt aus dem dritten Luftbehandlungsmodul, dem Wärmerückgewinnungsmodul 9 ein
Strömungsweg 57 durch ein
Luftmengenregler-Absperrmodul 20 hindurch treten, um anschließend ein
zweites Luftbehandlungsmodul, ein Heizmodul 8 zu durchfließen und
als Strömungsweg 57 in
die Zuluft ZUL zu treten.
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Bei
Nutzung des Strömungsweges 57 ist
das Luftmengenregler-/Absperrmodul 12 für die Umluft UML1 ganz oder
größtenteils
geschlossen. Ein Teil der Abluft wird hierbei als Umluft UML2 über den Strömungsweg 56 und
das Luftmengenregler-/Absperrmodul 13 bereits vor dem Außenluftfiltermodul 5 in
den Strömungsweg 42 beigemischt.
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Aus
dem Gebäude
oder Raum wird die Abluft ABL durch ein Luftmengenabsperrmodul 29 in
das Gehäuse 1 über den
Strömungsweg 47 angesaugt. Der
Strömungsweg 47 teilt
sich in einen Strömungsweg 48 auf,
der über
ein zusätzliches
Luftfiltermodul 6 beispielsweise in ein weiteres Luftfiltermodul 7,
das als Aktivkohlefiltermodul ausgeführt ist, geführt wird. Die
hieraus austretende Luftmenge wird als Strömungsweg 48 der Zuluft
zugemischt. Der andere Weg der Teilmenge des Strömungsweges 47 kann
direkt über
einen Strömungsweg 56 als
Umluft UML2 der Außenluft
AUL zugeführt
werden. Die noch verbleibende Teilmenge der Abluft ABL kann über den einen
Strömungsweg 49 durch
ein Luftfilter 6 geführt werden,
wobei sich nach dem Luftfilter 6 die Strömungswege
aufteilen können
in einen Strömungsweg 50 und 51.
Der Strömungsweg 50 kann
als Umluft UML3 dem ersten Luftbehandlungsmodul, dem Kühlmodul 10 zugeführt werden,
wobei der Strömungsweg 51 über das
Luftmengenregler-/Absperrmodul 11 weitergeleitet wird.
Die sich daraus bildenden Strömungswege 53 und 54,
gebildet durch zwei parallel nebeneinander liegende Luftmengenabsperrmodule 29,
die durch Trennwände 31 getrennt sind,
bieten die Möglichkeit
zum Einen, einen Luftstrom 53 zu einem luftgekühlten Kondensatormodul 27 zu
führen
bzw. den Strömungsweg 54 zu
dem Wärmerückgewinnungsmodul 9 zu
führen.
Die dabei austretenden Luftmengen gehen über den Strömungsweg 55 in Verbindung
mit einem Fortluftventilatormodul 4 und einem nach geschalteten
Luftmengenabsperrmodul 29 als Fortluft FOL aus dem raumlufttechnischen
Gerät heraus.
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Die
in 2 dargestellte Ausführungsform ist auch erweiterbar,
beispielsweise für
eine Befeuchtung sowohl in der Zuluft als in der Fortluft. Andererseits
könnte
das Ventilatormodul 4 auch im Strömungsweg 47 angeordnet
sein.
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Durch
die zweifache Wärmerückgewinnung und
den hier insbesondere günstigen
Entfeuchtungsbetrieb gibt es, neben der Widerstandsreduktion die zur
Einsparung von elektrischer Energie führt, auch noch eine hohe thermische
Energieeinsparung, insbesondere gegenüber einem üblichen Außenluftversorgungsgerät mit Wärmerückgewinnung – ohne Umluftnutzung.
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In 2 ist
ein Mess-Steuer-Regelmodul 23 als Block dargestellt, in
dem die entsprechende Steuerung und Regelung für ein derartiges raumlufttechnisches
Gerät untergebracht
ist. In dem Mess-Steuer-Regelmodul 23 sind entsprechende
Programme hinterlegt, die es aufgrund der intelligenten Steuerung/Regelung
ermöglichen,
nach festen Programmen zu arbeiten bzw. bei den auch entsprechende Änderungen
der Programme innerhalb der Speicher möglich sind, um so eine individuelle
Anpassung an die örtlichen
Gegebenheiten für
ein raumlufttechnisches Gerät
zu erfüllen.
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Durch
diese Anordnung der einzelnen Module gemäß 2 entsteht
in dem dargestellten raumlufttechnischen Gerät über die gesamte Betriebszeit gemittelt
ein relativ kleiner Teilwiderstand für die Ventilatormodule 3 und 4.
Insbesondere für
das Ventilatormodul 3 entsteht eine enorme Verringerung
und damit ist der elektrische Energiebedarf wesentlich niedriger.
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Das
Ausführungsbeispiel
der 3 zeigt ein raumlufttechnisches Gerät in kompakter
Bauweise mit integrierter Kühltechnik
und integriertem Mess-Steuer-Regelmodul 23 für eine Anwendung
in gemäßigten und
kalten Klimazonen mit rekuperativer Wärmerückgewinnung.
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Der
Aufbau dieses raumlufttechnischen Gerätes nach 3 ist
insbesondere durch das erste Luftbehandlungsmodul, das Wärmerückgewinnungsmodul 9 geprägt, welches
parallel zum dritten Luftbehandlungsmodul, dem Kühlmodul 10 liegt.
Das Wärmerückgewinnungsmodul 9 ist
sowohl in dem Strömungsweg 44 als
auch in dem Strömungsweg 54 eingebaut.
So ist es möglich,
die Außenluft
AUL als auch die Abluft ABL durch das Wärmerückgewinnungsmodul 9 hindurch
parallel im Gegenstrom zu leiten. Diese Vorgehensweise hat Vorteile
gegenüber
der Ausführung
der 2, denn hier kann auch Feuchte zwischen der Abluft
ABL und der Zuluft ZUL zurück
gewonnen werden, wobei gleichzeitig ein höherer Wirkungsgrad bei der
Wärmerückgewinnung
erreicht werden kann als mit einem Kreislaufverbundsystem in der
Regel möglich
ist. In den einzelnen Strömungswegen
kann dabei eine unterschiedliche Pressung und damit ein unterschiedlicher
Druck vorherrschen.
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So
ist in diesem Gerät
der Ausführung
der 3 zusätzlich
ein Luftbehandlungsmodul als Schalldämpfermodul 25 vorgesehen,
das ggf. als Kurzschalldämpfer
in Kombination mit einem Volumenstromerfassungsgerät ausgebildet
sein kann. Nach dem Schalldämpfermodul 25 wird
die Abluft aufgeteilt auf die am Häufigsten benutzten Förderwege 48 der
Umluft UML1 sowie der Strömungswege 51 und 54 der
Fortluft FOL und auf den selten genutzten Strömungsweg 56 der UML2.
Dabei kann jeder dieser Strömungswege 48, 51 und 54 ein
eigenes Filtermodul 6 haben. Durch diese Anordnung der 6 entsteht im raumlufttechnischen Gerät über die
gesamte Betriebszeit gemittelt ein relativ kleiner Teilwiderstand
für die
Ventilatormodule 3, 4, speziell für das Ventilatormodul 3 und
in Folge dessen ein niedriger elektrischer Energiebedarf.
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Wertet
man alle einzelnen Betriebsweisen dieser neuen raumlufttechnischen
Geräte
in den unterschiedlichsten Ausführungen
aus, so ergibt sich, bezogen auf ein volles Jahr gegenüber einem
herkömmlichen
Klimagerät
mit einer Reihenanordnung der Raumluftbehandlungsteile gemäß dem Stand
der Technik eine gewaltige Energieeinsparung. Nunmehr ist es möglich, dass
die raumlufttechnischen Geräte und
die Erfindung zur Reduktion des Primärenergieverbrauches und der
Emission CO2 beitragen.
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Der
erfinderische Gedanke der Parallelschaltung von unterschiedlichen
Modulen und gleichzeitiger, teilweise bei Bedarf notwendiger möglicher Reihenschaltung
von diversen Raumluftbehandlungsmodulen und gleichzeitig auch der
unterschiedlichen Durchströmung
der einzelnen Module mit unterschiedlichen Luftmengen kann für jegliche
Art von raumlufttechnischen Geräten
eingesetzt werden.
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Die
vorstehend ausgeführten
verschiedenen Arten von raumlufttechnischen Geräten zeigen, dass durch die
geschickte Parallel- und in gewissem Maße Reihenschaltung von einzelnen
Luftbehandlungsmodulen nach der erfindungsgemäßen Art, raumlufttechnische
Geräte
für alle
Klimazonen zusammengestellt werden können. Dabei ist es dem Fachmann möglich, Luftbehandlungsmodule
entsprechend den Anforderungen raum- und energiesparend so zu platzieren,
dass am Ende ein hoher Wirkungsgrad und eine geringe räumliche
Ausdehnung eines solchen raumlufttechnischen Gerätes gegeben ist. Bei einer solchen
Konstruktion steht die Energieeinsparung sowohl elektrischer als
auch thermischer Art im Vordergrund, so dass erfindungsgemäße Geräte auch dort
betrieben werden können,
wo entsprechende Energie nur in begrenztem Maße verfügbar ist.
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Durch
das intelligente Mess-Steuer-Regelmodul 23 in Verbindung
mit entsprechenden Programmen kann eine sehr genaue individuelle
Anpassung an die örtlichen
Gegebenheiten stattfinden. Die unterschiedlichsten Programme können direkt
in die Mess-Steuer-Regelmodule 23 programmiert
werden oder sind durch austauschbare Speicher, in die unterschiedliche
Programme für
unterschiedlichste Anwendungen gespeichert sind, austauschbar. Auch
ist es dem Fachmann möglich,
durch entsprechende spezielle Parameter eine Anpassung der Programme der
Mess-Steuer-Regelmodule 23 zu gewährleisten.
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Im
Sinne der Erfindung ist es auch möglich, dass derartige Mess-Steuer-Regelmodule 23 auch so
gestaltet sind, dass sie austauschbar und damit steckbar konzipiert
sind, um zum Einen im Falle einer Störung einen schnellen Wechsel
durchführen
zu können
und darüber
hinaus auch die Modularität
eines derartigen raumlufttechnischen Gerätes zu unterstützen. Dadurch,
dass die einzelnen Verfahren zur Verwendung eines solchen raumlufttechnischen Gerätes innerhalb
der nicht flüchtigen
Speicher bzw. in dem Mess-Steuer-Regelmodul 23 gespeichert sind,
ist ein solches raumlufttechnisches Gerät schnell an die örtlichen
Gegebenheiten angepasst. Auch die Möglichkeit der selektiven bzw.
der Gruppenansteuerung durch das Mess-Regel-Steuermodul 23 der
einzelnen Luftbehandlungsmodule 3 bis 29 ist ein
dynamischer Prozess, der aufgrund von gemessenen Parametern auch
automatisch angepasst werden kann.
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- 1
- Gehäuse
- 3
- Zuluftventilator
- 4
- Abluftventilator
- 5
- Außenluftfiltermodul
- 6
- Luftfiltermodul
- 7
- Luftfiltermodul
(Aktivkohlefilter)
- 8
- Heizmodul
- 9
- Wärmerückgewinnungsmodul
- 10
- Kühlmodul
- 11
- Luftmengenregler-/Absperrmodul
- 12
- Luftmengenregler-/Absperrmodul
- 13
- Luftmengenregler-/Absperrmodul
- 14
- Luftmengenregler-/Absperrmodul
- 15
- Luftmengenregler-/Absperrmodul
- 16
- Luftmengenregler-/Absperrmodul
- 17
- Luftmengenregler-/Absperrmodul
- 18
- Luftmengenregler-/Absperrmodul
- 19
- Luftmengenregler-/Absperrmodul
- 20
- Luftmengenregler-/Absperrmodul
- 21
- Luftmengenregler-/Absperrmodul
- 22
- Luftmengenregler-/Absperrmodul
- 23
- Mess-Steuer-Regelmodul
- 24
- Kammer
für Kältetechnik
- 25
- Schalldämpfermodul
- 26
- Befeuchtungsmodul
- 27
- Kondensatormodul
- 28
- Verdampfermodul
- 29
- Luftmengenabsperrmodul
- 30
- Kammer
für Kältetechnik
oder Kaltwasserspeicher
- 31
- Trennwand
- 32–61
- Strömungsweg
- ABL
- Abluft
- AUL
- Außenluft
- UML
- Umluft
- ZUL
- Zuluft
- FOL
- Fortluft