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Die
Erfindung betrifft ein System zum wärmeregulierenden Belüften
eines Wohnraumes.
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Nicht
allein aufgrund gestiegener Energiekosten für die Beheizung
bzw. Kühlung von Wohnräumen, sondern auch aus
Umweltgesichtspunkten und Aspekten des Klimaschutzes ist ein sorgsamer Umgang
mit dem Wärmehaushalt von Wohnräumen von besonderem
Interesse und vermehrt in den Fokus gelangt. Dabei ist gemeinhin
bekannt, dass ein hoher Wärmeverlust durch Luftaustausch
beim Lüften der Räume auftritt. Es wird insoweit
allgemein propagiert, zur Zufuhr von Frischluft bzw. zum Austausch
der Raumluft die sogenannte Stoßlüftung zu wählen,
d. h. die Fenster für einen kurzen Zeitraum vollständig
zu öffnen und somit einen weitgehenden Austausch der Raumluft
zu ermöglichen. Ein solcher Austausch der Raumluft ist
allein schon zur Abfuhr der in geschlossenen Räumen durch
Atmung, durch Wassergebrauch und sonstige Umstände entstehenden
Feuchtigkeit erforderlich, die ansonsten die Gefahr von Wanddurchfeuchtung
und Schimmelbildung mit sich bringt, mit den damit verbundenen gesundheitlichen
Gefährdungen.
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Aber
auch das Prinzip des Stoßlüftens, durch welches
gegenüber einer permanenten Belüftung z. B. durch
auf Kippstellung gestellte Fenster der Wärmeverlust eines
beheizten Raumes bzw. der Wärmeeintrag in einen gekühlten
Raum ver mindert werden kann, ist noch immer ein erheblicher Wärmeverlust bzw.
-eintrag verbunden.
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Es
gibt demgegenüber Ansätze, bei denen die Be- und
Entlüftung des Innenraumes (also der Raumluftaustausch)
nicht über einfaches Öffnen der Fenster erfolgt,
sondern über eigens ausgestaltete Be- bzw. Entlüftungssysteme,
in denen dann Maßnahmen zum Wärmerückhalt
ergriffen sind. Ein solches System ist beispielsweise beschrieben
in der
DE 196 39 128
A1 . Hier ist das Rauminnere mit dem freien Ende über
einen Lüftungskanal verbunden, in welchem Luftfördermittel
(Lüfterräder) angeordnet sind, die Luft wechselweise
von dem Rauminneren ins Freie und umgekehrt befördern.
Die Luft strömt dabei durch Wärmespeicherelemente,
die miteinander im Austausch stehen und so von der abgeführten, erwärmten
Raumluft aufgenommenen Wärme an die zugeführte,
kalte Frischluft abgeben und für einen Wärmerückhalt
sorgen. Solche Systeme werden in der Praxis eingesetzt und haben
sich bewährt. Sie helfen Wärmeverluste aus beheizten
Räumen erheblich zu vermindern bzw. reduzieren oder verzögern einen
Wärmeeintrag von außen.
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Auch
wenn sich das in der oben genannten Druckschrift beschriebene System
in der Praxis bewährt hat und dort eingesetzt wird, gilt
es weiterhin Möglichkeiten zu finden, um den Wärmeaustrag
aus beheizten Räumen weiter zu verringern bzw. einen Wärmeeintrag
in gekühlte bzw. kühl zu haltende Räume
zu reduzieren.
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Diesem
Problem haben sich die Erfinder des nachfolgend beschriebenen Systems
gewidmet und zu dessen Lösung ein System gemäß Schutzanspruch
1 ersonnen. Vorteilhafte Weiterbildungen eines erfindungsgemäßen
Systems sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis
9 angegeben.
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Gemäß der
Erfindung weist ein neuartiges System zum wärmeregulierenden
Belüften eines eine Raumdecke aufweisenden Wohnraumes einen ersten
das Rauminnere mit dem Freien verbindenden Lüftungskanal
auf. In diesem sind ein Wärmespeicherelement und ein erstes
Lüftermittel zum wahlweisen Fördern von Luft aus
dem Rauminneren ins Freie und in umgekehrter Richtung angeordnet. Dieses erste
Lüftermittel kann dabei insbesondere zwei Lüfter
umfassen, die gegenläufig angesteuert werden können,
wie dies in der
DE
196 39 128 A1 beschrieben ist. Auch das Wärmespeicherelement kann
ein wie in dieser Druckschrift beschriebenes Element sein, z. B.
ein von der Luft durchströmbares Keramikelement.
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Bis
dahin gleicht das erfindungsgemäße System dem
in der
DE 196 39 128
A1 beschriebenen System.
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Neu
an dem erfindungsgemäßen System ist, dass auf
der dem Rauminneren abgewandten Seite der Raumdecke ein Zwischenraum
gebildet ist, der mit dem Rauminneren eine Verbindung aufweist,
so dass Luft aus dem Rauminneren in den Zwischenraum einströmen
kann. Dieser Zwischenraum kann z. B. dadurch geschaffen werden,
dass die Raumdecke eine abgehängte Decke ist, oberhalb
derer der Zwischenraum gebildet ist. Die Verbindung des Zwischenraumes
mit dem Rauminneren kann beispielsweise durch einen Schlitz gebildet
sein, wobei ein solcher insbesondere an einer Längsseite
der Raumdecke gebildet ist, die Raumdecke ansonsten an den drei
verbleibenden Längsseiten mit der Wand des Innenraumes
fest verbunden. Weiterhin sind gemäß der Erfindung
in dem Zwischenraum und/oder in der Raumdecke Wärmespeichermittel
zum Speichern von in der an der Raumdecke entlang strömenden Luft
enthaltenen Wärme vorgesehen. Schließlich verbindet
ein zweiter Luftführungskanal den Zwischenraum mit dem
Freien, und in dem zweiten Luftführungskanal ist ein zweites
Luftfördermittel zum Fördern von Luft aus dem
Zwischenraum in das Freie angeordnet. Wenn, wie zu bevorzugen ist,
die Verbindung zwischen dem Zwischenraum und dem Rauminneren ein
einseitig an der Raumdecke ausgebildeter Schlitz ist, so mündet
der zweite Mündungskanal bevorzugt gegenüber dem
Schlitz in den Zwischenraum, so dass durch den Schlitz in den Zwischenraum
eintretende Luft den Zwischenraum weitgehend vollständig
durchströmen muss, bevor diese in den Luftführungskanal
gerät.
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Das
erfindungsgemäße System fügt zu dem Wärmespeicher,
wie er in der
DE 196
39 128 A1 beschrieben und in dem erfindungsgemäßen
System analog auch vorhanden ist, einen weiteren Wärmespeicher
hinzu, der sowohl beim Zu rückhaften von in dem Rauminneren
enthaltener Wärme als auch beim Erhalt eines kühlen
Rauminneren unterstützt. Insbesondere erfüllt
das System diese Wirkung, wenn es mit einer Steuerung versehen ist,
die eingerichtet ist, um das erste und das zweite Lüftermittel
in unterschiedlichen Betriebsmodi zu betreiben. Dabei sind bevorzugt
zumindest drei Betriebsmodi vorgesehen, nämlich ein Winterbetrieb,
ein Tages-Sommerbetrieb und ein Nacht-Sommerbetrieb. Im Winterbetrieb
wird lediglich das erste Lüftermittel zum Be- und Entlüften des
Raumes durch das Wärmespeicherelement betrieben, wobei
in dem Raum enthaltene Wärme im Wärmespeicherelement
zurückgehalten und dann die zuströmende Frischluft
abgegeben wird. Dieser Betrieb kann z. B. mit einer Taktung von
90 sek. (90 sek. befördert das erste Lüftermittel
Luft vom Rauminneren ins Freie, 90 sek. läuft das Lüftermittel
in umgekehrter Richtung bzw. bei zwei parallel zu dem ersten Lüftermittel
zusammengefassten Lüftern laufen diese wechselseitig, d.
h. einer der Lüfter fördert Luft ins Freie, der
zweite Lüfter Luft aus dem Freien ins Innere und nach 90
sek. kehrt sich die jeweilige Drehrichtung um) erfolgen. Die erfindungsgemäß im
Bereich der Raumdecke vorgesehenen Wärmespeichermittel
bewirken im Winterbetrieb einen zusätzlichen Rückhalt
von Wärme, die so dem Rauminneren erhalten bleibt. Das
zweite Lüftermittel wird im Winterbetrieb nicht betrieben,
so dass eine Luftabfuhr durch den zweiten Luftführungskanal
nicht erfolgt. Dieser kann ggf. sogar verschlossen werden, um einen
Luft- und damit Wärmeverlust an dieser Stelle unterbinden.
Alternativ kann dieser Luftführungskanal als passiver Kanal
geöffnet bleiben, z. B. mit einem Ventil in Form eines „Rückschlagventils”,
um Druckschwankungen im Rauminneren auszugleichen.
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Der
Tages-Sommerbetrieb, der in Perioden ohne Heizung bzw. Heizerfordernis
verwendet wird, also in Zeiten, in denen das Rauminnere vorrangig gegenüber
der Außenluft kühler zu halten ist bzw. eine durch
Personen oder Elektrogeräte oder dgl. auftretende Erwärmung
aus dem Rauminneren abzuführen ist, werden das erste und
das zweite Luftfördermittel genauso betrieben, wie im Winterbetrieb.
D. h., das erste Luftfördermittel wird getaktet betrieben, beispielsweise
wieder in einem 90 sek. Takt, wobei hier die durch das Wärmespeicherelement
einströmende, erwärmte Außenluft Wärme
an dieses Element abgibt, ausströ mende kühlere
Rauminnenluft diese Wärme aufnimmt und nach außen
abführt. Auf diese Weise wird ein übermäßiger
Wärmeeintrag verhindert, der ggf. zur aktiven Kühlung
des Raumes eingesetzte Energieverbrauch reduziert bzw. eine derartige
Kühlung überflüssig gemacht. Als dritter Betriebsmodus
wird bevorzugt ein Nacht-Sommerbetrieb eingerichtet, der ebenfalls
in Zeiten ohne Heizerfordernis, in denen vielmehr für ein
angenehmes kühles Raumklima zu sorgen ist, Verwendung findet. In
diesem Betriebsmodus wird kühle Außenluft permanent
durch das erste Luftfördermittel zugeführt, nimmt
ggf. noch in dem Wärmespeicherelement enthaltende Wärme
auf und sorgt so für die Abkühlung dieses Elementes.
Während der heißen Tagesphase in dem Wärmespeichermittel
im Bereich der Raumdecke oder des Zwischenraumes gespeicherte Wärme
wird nun abgeführt, indem das zweite Luftfördermittel
zum Abtransport von Luft aus dem Zwischenraum oberhalb der Raumdecke
durch den zweiten Luftführungskanal nach außen
betrieben wird. So zirkuliert die durch den ersten Luftführungskanal
geführte, kühle Frischluft im Raum, sorgt für
eine Kühlung, erwärmt sich an den Wärmespeichermitteln
und nimmt dort tagsüber gespeicherte Wärme mit,
so dass die Wärmespeichermittel im nächsten Tagesbetrieb
wieder zur Wärmeaufnahme und -speicherung zur Verfügung
stehen.
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Das
erfindungsgemäße System kann mit Vorteil weiterhin
eine Steuerung sowie mit dieser verbundene Steuergrößensensoren
zum Erfassen von betriebsrelevanten Steuergrößen
aufweisen, um eine von bestimmten Steuergrößen
abhängige, gezielte Ansteuerung der ersten und zweiten
Lüftermittel und so einen differenzierten Betrieb des Systems
insgesamt zu ermöglichen. Solche Steuergrößen
können z. B. sein: die Rauminnentemperatur, die Außentemperatur
im Freien, die Raumluftfeuchte, der Kohlendioxidgehalt in der Raumluft
und dergleichen. So kann z. B. bei einer Erfassung eines einen Schwellwert übersteigenden
Kohlendioxidgehaltes in der Raumluft der Betrieb des Systems auf
eine Zufuhr von Frischluft und Abfuhr von Raumluft geschaltet werden. Ähnliches
gilt, wenn ein Luftfeuchtesensor eine einen Schwellwert übersteigende
Luftfeuchte in der Raumluft detektiert. Abhängig von einer
Differenz zwischen Rauminnen- und Außentemperatur kann das
System bspw. im Sommerbetrieb zwischen Nacht- und Tagmodus umschalten.
Ist es außerhalb des Raumes kühler als im Innern
(liegt die Temperatur aber immer noch auf einem Niveau, welches
eine Abkühlung der Rauminnenluft erfordert), so wird der Nachtbetrieb
gewählt. Ist die Temperatur im Rauminnern jedoch niedriger
als außerhalb, so wird das System von der Steuerung auf
Tagbetrieb geschaltet.
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Dieser
zusätzliche Effekt hilft, den für die Raumklimatisierung
erforderlichen Energieaufwand gegenüber einem allein mit
einem System gemäß der
DE 196 39 128 A1 ausgestatteten
Raum noch einmal zu reduzieren und dann Betriebskosten einzusparen und
einen Beitrag zum Umweltschutz und zur Klimaverträglichkeit
zu leisten.
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Das
Wärmespeichermittel im Bereich der Raumdecke bzw. im Zwischenraum
ist mit Vorteil ein Phasenübergangs-Wärmespeicher-Material,
ein sogenanntes Phase change material (PCM). Bei einem solchen Material
handelt es sich um ein Material, typischerweise eine Art Wachs,
welches im Bereich von hier interessanten Temperaturen z. B. im
Bereich von 20 bis 25°C einen Phasenübergang durchläuft, insbesondere
von fest zu flüssig, bei dem Energie in Form von Wärme
der Umgebung entnommen und in dem System thermodynamisch gespeichert
wird. Bei einem erneuten Phasenübergang in die Ausgangsphase
(von flüssig zu fest) wird diese Wärme wieder freigeben.
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Dieses
Phasenübergangs-Wärmespeicher-Material kann z.
B. in der Raumdecke eingebunden sein, z. B. in Gipskartonplatten
bereits im Material integriert oder in Lehmbauplatten im Plattenkörper verteilt,
es kann aber auch eingebunden in gesonderte Matten oder Folien im
Bereich des Zwischenraumes auf die Raumdecke aufgelegt sein.
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Ein
weiteres Verständnis der Erfindung ergibt sich aus der
nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels,
der sich die Vorteile und Merkmale der Erfindung auch noch einmal
in Details entnehmen lassen.
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Dabei
zeigen:
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1 in
einer schematischen Darstellung das erfindungsgemäße
System im Winterbetrieb mit Erläuterungen;
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2 in
einer gleichartigen schematischen Darstellung das erfindungsgemäße
System im Winterbetrieb mit weiteren Erläuterungen;
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3 das
erfindungsgemäße System in gleicher schematischer
Darstellung im Sommerbetrieb tagsüber; und
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4 das
erfindungsgemäße System im Sommerbetrieb nachts.
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Das
erfindungsgemäße System dient zur Be- bzw. Entlüftung,
also zum Luftaustausch eines Rauminneren 1 eines Raumes.
Der Begriff „Wohnraum” umfasst dabei nicht allein
privat genutzte Räume zum Wohnen, sondern auch Büros,
Hotelzimmer und dgl. in einem Gebäude gelegene umschlossene Räume.
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Der
Wohnraum ist nach oben hin durch eine Raumdecke 2 begrenzt,
die nach Art einer abgehängten Decke gebildet ist und oberhalb
derer ein Zwischenraum 3 verbleibt, in dem Luft entlang
strömen kann. Der Zwischenraum 3 ist mit dem Rauminneren 1 zum
Luftaustausch verbunden über einen Spalt 4. Der
Spalt 4 ist lediglich an einer Längskante der
Raumdecke 2 angeordnet, an den weiteren Kanten ist die
Raumdecke 2 mit den Wänden des Raumes luftundurchlässig
verbunden. Auf der dem Spalt 4 gegenüberliegenden
Seite mündet ein Luftführungskanal 5 in
den Zwischenraum 3. In dem Luftführungskanal 5 ist
ein Lüftermittel 6 angeordnet, das Luft aus dem
Zwischenraum 3 ins Freie fördern kann. Hier nicht
näher dargestellt ist schließlich ein Wärmespeicherelement
in dem Luftführungskanal 5 angeordnet, welches
einen passiven Wärmerückhalt bewerkstelligt.
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Einem
weiteren Luftführungskanal 8 enthält die
das Rauminnere 1 vom Freien trennende Außenwand 7.
Dieser Luftführungskanal enthält nicht näher dargestellte
Wärmespeicherelemente, hier von der Luft durchströmbare
Keramikelemente. In dem Luftführungskanal 8 sitzt
ein weiteres Lüftermittel 9, welches zum wahlweisen
Befördern von Luft im Freien in das Rauminnere 1 und
in umge kehrter Richtung eingerichtet ist. Der Luftführungskanal 8 mündet
unterhalb der Raumdecke 2 in prinzipiell beliebiger Höhe in
das Rauminnere 1, insbesondere aber bodennah.
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In 1 ist
der Winterbetrieb schematisch dargestellt. Hier ist zunächst
dargestellt, die durch die Beheizung des Raumes erwärmte
Luft nach oben steigt, die Raumdecke 2 erwärmt
und dann Wärme in in diesem Bereich angeordneten Wärmespeichermitteln,
insbesondere Phasenübergangs-Wärmespeicher-Materialien
(PCM's) gespeichert wird. Der Raum wird beheizt und die warme Luft
steigt nach oben und erwärmt die Raumdecke und die Wärmespeichermittel,
die die Wärme speichern.
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In 2 ist
zur weiteren Erläuterung des Winterbetriebes eine weitere
Darstellung gegeben. Dort wird erläutert, dass das hier
als erstes Lüftermittel bezeichnete Lüftermittel 9 in
einem Takt, hier einen 90 sek. Takt, wechselweise verbrauchte Luft
aus dem Raum nach außen zieht und anschließend Frischluft
ins Rauminnere befördert. Dabei wird die in der verbrauchten
Raumluft gespeicherte Wärme in dem Wärmespeicherelement
gespeichert und anschließend an die einströmende
Frischluft abgegeben, die so vorerwärmt wird. Die in der
Decke gespeicherte Wärme geht nicht verloren. Im Bereich
des als zweiter Luftführungskanal bezeichneten Luftführungskanals 5 findet
durch das dort angeordnete zweite Lüftermittel 6 kein
aktiver Lufttransport statt. Lediglich zum Zwecke des Druckausgleiches
kann Luft durch den zweiten Luftführungskanal 5 aus-
und eintreten, wobei durch das dort angeordnete Wärmespeicherelement
auch hier ein Wärmerückhalt stattfindet.
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Der
Winterbetrieb läuft tags wie nachts gleichermaßen
wie oben beschrieben.
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In 3 ist
das erfindungsgemäße System schematisch im Sommerbetrieb
bei Tag gezeigt, wenn also die Außentemperatur hoch ist
und die Innentemperatur des Raumes bei einer gegenüber
der Außentemperatur niedrigeren Temperatur gehalten werden
soll, im Beispiel Außentemperatur ca. 30°C und
Innentemperatur ca. 25°C.
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Die
Sonne heizt den Raum auf. Die Wärme im Raum steigt nach
oben, die Energie wird von den Wärmespeichermittel gespeichert
und die Raumtemperatur bleibt angenehm.
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Tagsüber
arbeitet im Sommerbetrieb das System in gleicher Betriebsweise der
Lüfter wie im Winterbetrieb. D. h., dass das erste Lüftermittel 9 erneut
getaktet Frischluft von außen zu- und verbrauchte Rauminnenluft
nach außen abführt. Auch hier ist das zweite Lüftermittel 6 nicht
aktiv. Hierbei wird die durch den Luftführungskanal 8 eintretende Außenluft
durch Abgabe der mitgeführten Wärme an das Wärmespeicherelement
gekühlt, die kühlere Rauminnenluft nimmt diese
Wärme beim Weg ins Freie auf und sorgt so für
einen Abtransport der überschüssigen Wärme
aus dem Rauminneren nach außen. Einen weiteren Effekt und
Einfluss auf die Raumkühlung haben die Wärmespeichermittel
in Form der PCM's im Bereich der Raumdecke 2 bzw. des Zwischenraumes 3,
die tagsüber überschüssige Wärme,
die z. B. von Menschen, Elektrogeräten oder dgl. erzeugt
wird, aufnimmt und so dem Rauminneren entzieht.
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Im
Sommerbetrieb wird des Nachts, wenn die Außentemperaturen
gesunken sind, im Besipiel Außentemperatur ca. 22°C
und Innentemperatur ca. 22°C, wie in 4 veranschaulicht,
das erste Lüftermittel permanent zur Beförderung
von nun kühlerer Außenluft in das Rauminnere 1 geschaltet,
das zweite Lüftermittel 6 fördert permanent
Luft aus dem Zwischenraum 3 nach außen. Dabei
steigt die ins Innere geführte, kühle Luft im
Raum nach oben, tritt durch den Schlitz 4 in den Zwischenraum 3 und
erwärmt sich dort durch Aufnahme der in den PCM's gespeicherten
Wärme und wird erwärmt nach außen durch den
zweiten Luftführungskanal 5 abgeführt.
Auf diese Weise wird die tagsüber in dem Bereich der Raumdecke
in den PCM's gespeicherte Wärme abgeführt, die PCM's
stehen für eine erneute Speicherung überschüssiger
Wärme am nächsten Tag im Tagbetrieb wieder bereit.
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Aus
der obigen Beschreibung ergibt sich, wie das erfindungsgemäße
System einen zusätzlichen Beitrag zum Wärmemanagement
in bewohnten Räumen leistet, der einen Einsatz von kostspieliger
und klimaschädlicher Energie für die Raumklimatisierung reduzieren
hilft.
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- 1
- Rauminneres
- 2
- Raumdecke
- 3
- Zwischenraum
- 4
- Spalt
- 5
- Luftführungskanal
- 6
- Lüftermittel
- 7
- Außenwand
- 8
- Luftführungskanal
- 9
- Lüftermittel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19639128
A1 [0004, 0007, 0008, 0010, 0013]