DE2635423A1 - Anlage zum zuechten von pflanzenkulturen - Google Patents

Anlage zum zuechten von pflanzenkulturen

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DE2635423A1 DE19762635423 DE2635423A DE2635423A1 DE 2635423 A1 DE2635423 A1 DE 2635423A1 DE 19762635423 DE19762635423 DE 19762635423 DE 2635423 A DE2635423 A DE 2635423A DE 2635423 A1 DE2635423 A1 DE 2635423A1
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Description

Mario Posnansky f Pappelweg 4, 3072 Ostermundigen / Schweiz
Bernardo Raimann,Hegibergstr.78,4632 Trimbach / Schweiz
Anlage zum Züchten von Pflanzenkulturen
Die Erfindung betrifft eine Anlage zum Züchten von Pflanzenkulturen, mit einer Abdeckeinrichtung zum Schützen der Bodenfläche, auf der die Pflanzen gezogen werden, vor schädlicher Sonnenbestrahlung und eine Abstützvorrichtung für die Abdeckeinrichtung.
Zum Züchten von Pflanzenkulturen werden bekanntlich sogenannte Gewächshäuser verwendet, um darin unabhängig vom Aussenklima Pflanzen zu produzieren. Als Abdeckungsmaterial wird bekanntlich Glas oder Kunststoff verwendet, um einerseits ein Maximum des sichtbaren Strahlenspektrums für die Fotosynthese auszunützen, mittels des sogenannten "Glashauseffektes" die langwelligen Strahlenbereiche als Wärmeenergie auszuwerten und andererseits bei tiefen Aussentemperaturen eine für die Pflanzenproduktion, mit· Hilfe von Heizvorrichtungen, die notwendige Raumtemperatur
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zu erhalten. Während sonnenintensiven Stunden kann jedoch die Raumtemperatur dermassen hoch ansteigen und die Strahlungsintensität so hoch werden, dass die Pflanzen eingehen. Zur Verhütung eines zu starken Temperaturanstieges sind bei den bekannten Gewächshäusern am Dachfirst und teilweise auch an den vertikalen Wänden Luftklappen angebracht, um möglichst viel der Ueberschusswärme nach aussen abzuführen. Weitere bekannte Massnahmen bestehen darin, dass für die Dauer der sonnenintensiven Monate an der Glasaussenseite eine Farbschicht aufgetragen wird, welche die Sonneneinstrahlung reduziert, oder das innerhalb oder ausserhalb des Gewächshauses mechanisch bewegbare Schattierstoffbahnen montiert werden, um den Sonnenstrahlen den direkten Zutritt zu den Pflanzen zu verwehren. Weiter sind schon Einrichtungen vorgeschlagen worden, bei denen die Sonnenstrahlenabsorption durch eine gefärbte Flüssigkeit erfolgt, die zwischen transparenten Wänden hindurchgeführt wird. Eine solche Einrichtung ist beispielsweise in der deutschen Offenlegungsschrift 2 522 beschrieben. Die durch die Flüssigkeit absorbierte Wärme kann gespeichert und während der Nacht zu Heizzwecken verwendet werden.
Vorallem während den Nachtstunden, wenn keine Sonneneinstrahlung vorhanden ist, müssen die bekannten Gewächshäuser mit viel Aufwand an Wärmeenergie beheizt werden. Um zu vermeiden, dass allzu grosse Wärmeverluste entstehen, werden bekanntlich Wärmedämmungsmaterialien unter der Aussenhaut der Gewächshäuser angebracht.
Gewisse Pflanzen benötigen für eine möglichst kurze und optimale Produktionszeit sogenannte künstliche "Kurztage". Es ist bekannt, zu diesem Zweck Vorrichtungen in die Gewächshäuser einzubauen, welche eine Verdunkelung der Räume gestatten. Zum Beheizen der bekannten Gewächshäuser werden Rohrsysteme, Heizkörper oder Luftheizer verwendet, die an einen Heizkessel angeschlossen sind.
Die bekannten Lüftungsvorrichtungen sind bei hohen Aussentempera-
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türen in einigen Fällen nur bedingt wirkungsvoll genug, wenn nicht zusätzliche Kühlvorrichtungen eingebaut werden. Das bekannte Schattieren mit Hilfe eines Farbanstriches auf der Aussenseite des Gewächshauses hat den Nachteil, dass in lichtarmen Zeiten, vorallem bei starker Bewölkung, das das Wachstum der Pflanzen fördernde Licht absorbiert oder reflektiert wird, bevor es zu den Pflanzen gelangt. Die bekannten, auf der Aussen- oder Innenseite des Gewächshauses angebrachten Schattierstoffbahnen benötigen relativ teure Installationen, die nebst den übrigen Einrichtungen regelmässige aufwendige Wartungsarbeiten notwendig machen. Die bekannten Mittel zur Reduktion des Wärmebedarfes von Gewächshäusern sind fest montiert und absorbieren oder reflektieren das Licht und verringern dadurch den Wert des eingeschlossenen Raumes zur Züchtung von Pflanzen. Bei bekannten beweglichen Wärmeisolationen sind aufwendige mechanische Einrichtungen notwendig, die nebst den hohen Investitionskosten ebenso grosse Wartungskosten verursachen.
Es ist Aufgabe der Erfindung eine Anlage der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher die oben erwähnten Nachteile nicht anhaften.
Die erfindungsgemässe Anlage ist dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckeinrichtung eine Anzahl schwenkbare zylindrisch parabolische Reflektoren umfasst, längs deren Brennlinien je ein Rohr zum Führen eines Wärmeträgers angeordnet ist, dass eine Stellvorrichtung zum Schwenken der Reflektoren um ihre Längsachse und ein eine Förderpumpe und die genannten Rohre umfassender Kreislauf für den Wärmeträger vorhanden sind, dass eine Steuervorrichtung zum Betätigen der Stellvorrichtung vorgesehen ist, und dass die Steuervorrichtung so ausgebildet ist, dass bei Sonnenschein die Reflektoren automatisch dem Sonnenstand nachgeführt werden, wobei gleichzeitig die genannte Bodenfläche beschattet und die durch die Reflektoren aufgenommene Sonnenenergie abgeführt wird.
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Der Erfindungsgegenstand ist nachstehend mit Bezugnahme auf die Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 einen Teil einer Anlage zum Züchten von Pflanzenkulturen schematisch in der Seitenansicht dargestellt, bei schräg einfallender Sonnenstrahlung,
Fig. 2 die Anlage gemäss der Fig. 1, wobei aber der Himmel bedeckt ist und die diffuse Strahlung zur Bodenfläche und zu den Pflanzen gelangt,
Fig. 3 eine modifizierte Anlage nach der Fig. 1, mit einem Dach aus lichtdurchlässigem Material,
Fig. 4 die Draufsicht auf eine aus einer Anzahl zylindrisch parabolischen Reflektoren gebildete Abdeckeinrichtung der Anlage nach der Fig. 1,
Fig. 5 einen Querschnitt durch einen der Reflektoren nach der Fig. l\, -
Fig. 6 zwei Reflektoren vereinfachter Bauart in schematischer Seitenansicht,
Fig. 7 die schaubildliche Darstellung eines Teiles der Reflektoren gemäss der Fig. 6 und
Fig. 8 die schematische Darstellung eines Teiles der Anlage nach der Fig. 1.
Eine einfache Ausführungsform der erfindungsgemässen Ausführung ist in den Fig. 1 und 2 dargestellt. Diese einfache Anlage ist
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für wärme bis sehr wärme Zonen vorgesehen. Ueber der Bodenfläche 1, auf welcher die Pflanzen angebaut werden, befindet sich eine schattenspendende Abdeckeinrichtung 2, die von einem vertikale Stützen 3 und horizontale Träger umfassenden Abstützvorrichtung getragen wird. Die Abdeckeinrichtung 2, welche während des Tages die direkte Sonnenbestrahlung der Pflanzen verhindert, umfasst eine Anzahl zylindrisch parabolische Reflektoren 5, die um ihre Brennachse schwenkbar sind und vorzugsweise automatisch dem Sonnenstand nachgeführt werden können. Der Abstand zwischen zwei benachbarten Reflektoren, die sich senkrecht zur Zeichnungsebene der Fig. 1 erstrecken, ist so gewählt, dass sich zwischen den Reflektoren, wenn sie nach der sich im Zenit befindlichen Sonne ausgerichtet sind, nur ein Spalt von wenigen cm zwischen ihnen offen bleibt.
Wenn sich die Sonne an einer Stelle befindet, so dass die Sonnenstrahlen in einem Winkel einfallen, wie dies in der Fig. 1 durch die Pfeile 6 dargestellt ist, können keine Sonnenstrahlen zur Bodenfläche 1 gelangen.
An Tagen mit bewölktem Himmel, wie dies in der Fig. 2 durch die Wolke 7 angedeutet ist, werden die Reflektoren 5 in die in der Fig. 2 dargestellte Lage verbracht, so·dass die diffusen Strahlen 8 durch die Reflektoren nur wenig behindert zur Bodenfläche 1 gelangen.
Bei dieser einfachen Anlage, die z.B. in einem Treibhaus mit einem Glasdach angeordnet sein kann, wird die genannte nutzbare Bodenfläche 1 nicht nur beschattet, sondern die der grösste Teil der in die Reflektoren 5 einfallende Sonnenenergie wird abgeführt und trägt somit zur Erwärmung der Bodenfläche 1 nichts mehr bei. Dadurch wird eine gewisse Kühl-
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wirkung erzielt, Diese Wirkung tritt bei unter dem Glasdach eines Gewächshauses angeordneten Schattierstoffbahnen nicht auf, weil die Schattierstoffbahnen durch die Sonnenbestrahlung selbst sehr stark erwärmt werden und diese aufgenommene V/ärme an die genützte Bodenfläche in sekundärer Form abstrahlen.
Die von den Reflektoren 5 eingefangene Sonnenenergie wird auf einen durch längs der Brennlinie angeordnete Rohre 51 strömenden Wärmeträger übertragen und abgeführt.
In heissen Zonen, d.h.'in südlichen Gegenden kann diese abgeführte Sonnenenergie für andere Zwecke, z.B. zur Süsswassergewinnung aus Salzwasser, genutzt werden. Das gewonnene Süsswasser kann dann zur Berieselung der zu züchtenden Pflanzen verwendet werden.
Die Fig. 3 zeigt in vereinfachter Darstellung eine Anlage, die sich für gemässigte und kältere Zonen eignet. Die auf den Stützen 3 ruhende Abdeckeinrichtung 2 ist unter einem nur schematisch angedeuteten Dach 9 aus lichtdurchlässigem Material angeordnet. Auch die nicht dargestellten Seitenwände sind vorzugsweise mit Glasscheiben abgeschlossen, so dass sich die Bodenfläche 1 innerhalb eines Glashauses befindet.
In der Fig. 4 ist eine Draufsicht auf einen Teil der Abdeckvorrichtung 2 dargestellt, welche eine Anzahl der Reflektoren 5 "
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umfasst, von denen einer in der Fig. 5 im Querschnitt dargestellt ist. Die Reflektoren 5 besitzen an jedem Ende eine Seitenwand 10, die gemeinsam mit Längsgliedern 11, 12 und 13 einen Käfig bilden, in dem mehrere parabolisch geformte Spiegelsegmente 14 gehalten sind. Auf den Aussenseiten jeder Seitenwand 10 ist je ein Zahnrad 15 starr an der betreffenden Seitenwand befestigt. Durch eine Oeffnung 16 im Zentrum des Zahnrades 15 und eine entsprechende Oeffnung in der Seitenwand 10 erstreckt sich ein Rohr 17 längs der Brennlinie des Reflektors 5 zum Führen eines Wärmeträgers durch den Wirkungsbereich des Reflektors. Die Rohre 17 der Reflektoren 5 sind starr mit den Trägern 4 verbunden und die Reflektoren sind um die Rohre 17 schwenkbar angeordnet. Bei der in der Fig. 4 dargestellten Ausführungsform erstreckt sich das Rohr 17 durch drei Reflektoren 5. Das eine Ende des ersten Rohres 17 von rechts ist über ein Winkelstück 18 an eine Rohrleitung 19 angeschlossen, die über eine Rohrleitung 19 zu einem in der Fig. 4 nicht dargestellten Wärmespeicher führt. Das andere Ende des Rohres 5 ist über ein U-förmiges Rohrstück 20 mit dem nächsten Rohr 5 verbunden. Das letzte Rohr 5 auf der linken Seite ist über ein weiteres Winkelstück 18 mit einer Rohrleitung 21 verbunden, die an den genannten Wärmespeicher angeschlossen ist. Der Wärmeträger wird durch die Rohre 17 und die U-förmige Rohrstücke 20 längs einer mäanderförmigen Bahn durch die Wirkungsbereiche der einzelnen Reflektoren geführt.
Mittels Zahnstangen 22, die ganz oder nur teilweise mit Verzahnungen 23 versehen sind, die mit den Zahnrädern 15 kämmen, wird eine synchrone Schwenkbewegung aller Reflektoren 5 erreicht, ind.em mittels auf einer Welle 24 angeordneten weiteren Zahnrädern 25 die Zahnstangen 22 bezogen auf die Fig. 4 und 5 nach links bzw. nach rechts verschoben werden. Der Antrieb der Welle 24 erfolgt durch eine Stellvorrichtung 26, die einen Elektromotor und ein Getriebe umfasst.
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Die Stellvorrichtung wird von einer Steuervorrichtung 27 gesteuert, die unter anderem einen Schalter 28 mit drei Stellungen zur Auswahl einer von drei Betriebsarten aufweisen kann. In der ersten Stellung werden die Reflektoren 5 automatisch dem Sonnenstand nachgeführt, wobei die Steuervorrichtung 27 von einer Sonde 29 erzeugte und von der Richtung der Reflektoren 5 bezüglich der Sonne abhängige Signale auswertet und die Stellvorrichtung 26 entsprechend steuert. Die Sonde 29 ist zu diesem Zweck an einem der Reflektoren 5 befestigt und führt daher die gleichen Schwenkbewegungen aus, siehe Fig. 1. In der zweiten Betriebsstellung des Schalters 28 wird der Stellvorrichtung ein Signal zugeführt, damit alle Reflektoren 5 nach unten gerichtet werden, siehe Fig. 3. In der dritten Betriebsstellung des Schalters 28 wird der Stellvorrichtung 26 ein Signal zugeführt, welches die Reflektoren so ausrichtet, wie dies in der Fig. 2 dargestellt ist.
Die Fig. 8 zeigt die wichtigsten Teile der oben beschriebenen Anlage in schematischer Darstellung. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Rohre 17 der einzelnen Reflektoren 5 zueinander parallel geschaltet. Der vorzugsweise flüssige Wärmeträger wird mittels einer Förderpumpe 30 über die Rohrleitung 19 und eine Verteilleitung 31 den Rohren 17 zugeführt und mittels einer Sammelleitung 32 gesammelt und über die Rohrleitung 21 einem in einem Wärmespeicher 33 angeordneten Wäremaustauscher 3^ zugeführt und gelangt aus dem Wärmeaustauscher wieder zurück zur Förderpumpe 30.
Wenn die Reflektoren 5 während des Tages dem Sonnenstand nachgeführt werden, siehe Fig. 1, so wird die Bodenfläche 1 mit den Pflanzen beschattet. Die Sonnenstrahlen werden nicht nur von den Pflanzen ferngehalten, sondern mit der Sonnenenergie wird der Wärmeträger in den Rohren 17 erwärmt, der die aufgenommene Wärme via den Wärmeaustauscher 3** an den Wärmespeicher 33 abgibt. Während der Nacht befindet sich der Schalter 2 8 der Steuervorrichtung 27 in der zweiten Betriebsstellung, so dass die Re-
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flektoren 5, wie dies in der Pig. 8 dargestellt ist, nach unten gerichtet sind. In diesem Betriebszustand gibt der Wärmespeicher 33 Wärme an den Wärmeträger über den Wärmeaustauscher 3^ ab und die von den Rohren 17 abgegebene Wärme wird mittels der Reflektoren auf die Bodenfläche 1 abgestrahlt.
Falls während sonnenscheinarmen Tagen zu wenig Wärme im Wärmespeicher 33 aufgenommen wurde, so kann der Wärmespeicher 33 mittels eines weiteren Wärmeaustauschers 35 zusätzliche Wärme zugeführt werden, die mit elektrischer Energie oder Brennstoffen erzeugt wurde. Um eine möglichst gut£ Wärmeisolation nach oben zu erhalten, währenddem die Reflektoren 5 nach unten gerichtet sind, ist es vorteilhaft die Rückseite der Reflektoren 36, die in der Fig. 6 und 7 dargestellt sind, mit einer Wärmeisolationsschicht 37 zu versehen. Bei Anlagen, die für sehr warme Zonen bestimmt sind, genügt es, wenn die Reflektorensegmente 38 der Reflektoren 37 im Querschnitt betrachtet bogenförmig sind.
In regelmässigen Abständen längs der Längskanten der Reflektoren 36 sind flache Oesen 39 befestigt. Durch bezüglich einander ausgerichtete Oesen 39 erstreckt sich ein Stab 1IO, vorzugsweise aus Kunststoff. Die Oeffnungen der Oesen verlaufen tangential zu den bogenförmigen Reflektorensegmenten 38 bzw. zur Isolierschicht 37. Es ist Aufgabe der Stäbe ^O die Lücke zwischen zwei benachbarten Reflektoren 36 zu schliessen, wenn sich diese Reflektoren in der in den Fig. 6 und 7 dargestellten Lage befinden. Dadurch wird möglichst wenig Wärme nach" oben abgegeben.
Werden die Reflektoren 36 z.B. über die Mittagszeit in die gegenüber der Darstellung in den Fig. 6 und 7 gezeigten Lage um I80 geschwenkt, so sind die Oesen 39 in der anderen Richtung geneigt und die Stäbe 1IO befinden sich am anderen Ende der Oesenöffnungen, wodurch sie die genannte Lücke zwischen zwei benachbarten Reflektoren 36 freigeben, um sogenannte "Kurztage" zu erreichen.
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Die Bodenfläche 1 wird dann nur streifenweise durch die Lücken hindurch bestrahlt, wobei die beleuchteten Streifen mit dem Sonnenstand wandern. Die Länge der "Kurztage" ist von der Breite der Lücken abhängig.
An Tagen, während denen der Himmel bedeckt ist und demnach keine Sonnenstrahlen auf die Anlage einfallen, wird der Schalter 28 der Steuervorrichtung 27 in die dritte Stellung gedreht, wodurch bewirkt wird, dass sich die Reflektoren 15 in die in der Fig. 2 dargestellte Lage schwenken, damit die diffusen Strahlen 8 fast ohne Behinderung direkt auf die Bodenfläche 1 gelangen können. Es ist klar, dass während dieser Betriebsstellung keine Wärme von den Reflektoren 5 aufgenommen aber auch keine Wärme an die Bodenfläche 1 abgegeben wird. In dieser Betriebsstellung wird daher die Förderpumpe 30 abgeschaltet, welche durch die Steuervorrichtung 27 über eine Leitung 41 aus- bzw. eingeschaltet wird.
Weitere Vorteile der oben beschriebenen Anlage sind nachstehend angegeben. Durch die Wahl von zylindrisch parabolischen Reflektoren 5 ergibt sich die Möglichkeit, die anfallende Sonnenenergie auf einem relativ hohen Temperaturniveau mit Hilfe des Wärmeträgers abzuführen. Dadurch können die Abmessungen des Wärmespeichers verringert werden und es können konventionelle Heizsysteme beibehalten werden. Ebenso können, dank dem hohen Temperaturniveau, insbesondere für südliche Gebiete, Absorptions kältemaschinen betrieben werden, um die Temperatur z.B. in dem Glashaus zu reduzieren. Weiter ist es denkbar, in Gebieten, wo kein Süsswasser zur Verfügung seht, mit der durch die Reflektoren aufgenommenen Wärmeenergie Wasserentsalzungsanlagen zu betreiben.
Die Reflektoren werden in dreifacher Hinsicht ausgenützt, einmal dienen sie zum Beschatten der nutzbaren Bodenfläche 1, ein
weiteres Mal zum Aufnehmen der Sonnenenergie, damit diese ge- *·
speichert werden kann, und ein weiteres Mal zum Bestrahlen der · »
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ORIGINAL INSPECTED
Bodenfläche 1 mit Infrarotstrahlen, während der Nachtzeit.
Die oben beschriebene Anlage bedingt dank der einfachen Bauweise und dem einfachen Herstellungsverfahren nur einen geringen Materialaufwand und ein wirtschaftlicher Einsatz der Anlage ist insbesondere dadurch gegeben, weil die Sonnenenergie nicht nur von der nutzbaren Bodenfläche ferngehalten sondern zusätzlich ausgenützt wird. Wegen der Mehrfachausnützung der oben beschriebenen Abdeckeinrichtung mit den Reflektoren 5 ergeben sich weitere Preisvorteile durch die Einsparung der Kosten konventioneller Anlagen, wie Kühleinrichtungen, Schattiervorrichtungen, Heizsysteme und Wärmedämmungseinrichtungen. Durch den Wegfall dieser Einrichtungen wird der etwas höhere Preis für die oben beschriebene Abdeckeinrichtung mehr als kompensiert.
Wenn die Reflektoren innerhalb eines Gewächshauses angeordnet sind, so sind sie windgeschützt und können daher in leichter Bauweise und deshalb zu einem niedrigen Preis hergestellt werden.
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Claims (1)

  1. PATENTANSPRUECHE
    (l/ Anlage zum Züchten von Pflanzenkulturen, mit einer Abdeckeinrichtung zum Schützen der Bodenfläche, auf der die Pflanzen gezogen werden, vor schädlicher Sonnenbestrahlung, und eine Abstützvorrichtung für die Abdeckeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckeinrichtung eine Anzahl schwenkbare zylindrisch parabolische Reflektoren (5) umfasst, längs deren Brennlinien je ein Rohr (17) zum Führen eines Wärmeträgers angeordnet ist, dass eine Stellvorrichtung (26) zum Schwenken der Reflektoren um ihre Längsachse und ein eine Förderpumpe (30) und die genannten Rohre umfassender Kreislauf für den Wärmeträger vorhanden sind, dass eine Steuervorrichtung (27) zum Betätigen der Stellvorrichtung vorgesehen ist, und dass die Steuervorrichtung so ausgebildet ist, dass bei Sonnenschein die Reflektoren automatisch dem Sonnenstand nachgeführt werden, wobei gleichzeitig die genannte Bodenfläche beschattet und die durch die Reflektoren aufgenommene Sonnenenergie abgeführt wird.
    2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmespeicher (33) zum Speichern der abgeführten Wärme vorhanden ist, und dass die Steuervorrichtung (27) so ausgebildet ist, dass bei fehlender Sonnenbestrahlung die Reflektoren zur Bodenfläche gerichtet werden, um Wärme aus dem Wärmespeicher auf die Bodenfläche zu strahlen.
    3· Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (27) ein Mittel (28) zum Auswählen des automatischen Nachführens der Reflektoren nach der Sonne, dem Richten der Reflektoren auf die Bodenfläche (1) oder einem Verbringen der Reflektoren in eine Stellung, in welcher sie das Hindurchtreten von diffusen Strahlen am wenigsten behindern, aufweist.
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    ORIGINAL INSPECTED
    Ί. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass über den Reflektoren (5) ein für Licht durchlässiges Dach (9) angeordnet ist.
    5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Bodenfläche (1) vollständig durch Wände nach aussen abgeschlossen ist.
    6. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Rückseite der Reflektoren (5) mit einer Wärmeisolierschicht (37) belegt ist.
    7. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (39, 1JO) zum Abdecken der Lücke zwischen zwei benachbarten Reflektoren (5) vorhanden sind, die unter Wirkung der Schwerkraft die Lücke schliessen, wenn die Reflektoren zur Bodenfläche (1) gerichtet sind und die Lücke freigeben, wenn die Reflektoren nach oben gerichtet sind.
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