DE2929070C2

DE2929070C2 - Anordnung zur Verringerung der Transmissionswärmeverluste bzw. -gewinne eines Gebäudes

Info

Publication number: DE2929070C2
Application number: DE2929070A
Authority: DE
Inventors: Heinrich 6750 Kaiserslautern Bauer; Helmut 6754 Otterberg Weber
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-07-18
Filing date: 1979-07-18
Publication date: 1985-11-07
Also published as: DE2929070A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Verringerung der Transmissionswärmeverluste bzw. -gewinne eines Gebäudes, bei der das gesamte Gebäude im wesentlichen mit einer mehrschaligen Außenhülle versehen ist, in der Luft einströmt, wobei dem Luftstrom mittels einer Wärmepumpe Wärme entzogen werden kann.

Es ist bereit- bekannt, bei Wohnhäusern unter Ausnutzung energieeinsparender Mittel, wie Isolierung, Wärmepumpe, Solareneigie und dergleichen, noch zusätzlich Wärme rückzugew innen, um diese für eine weitere Wärmeenergieversorgung da. Wohnhauses zu verwenden, so daß die Aufwendung primärer Heizenergie zur Wärmeerzeugung um ein Erhebliches eingespart werden kann. So wird beispielsweise durch ein Röhrensystem, das zwischen Außen- und Innenwand eines Hauses liegt, geleitetes flüssiges oder gasförmiges Medium durch Wärmeeinwirkung von außenher, insbesondere Sonnenbestrahlung oder erwärmte Außenluft, mittels einer Umwälzpumpe in das Innere des Hauses geleitet, um über eine Wärmeaustauschvorrichtung Kaltwasser für ein Niedertemperaturheizsystem aufzuwärmen, wobei die dabei abgegebene Kaltluft bzw. Flüssigkeit zur neuerlichen Umwälzung und Aufwärmung dem Röhrensystem wieder zugeleitet wird. Nachteilig bei dieser bekannten Anordnung ist es, daß sie außerordentlich material- und somit kostenaufwendig ist, was nicht zuletzt für den nachträglichen Einbau einer derartigen Anordnung bei einem bereits gebauten Haus unwirtschaftlich ist Außerdem ist der Primärwärmeaustausch zwischen der erwärmten Hausaußenwand als eigentliche Wärmequelle und dem in einem verlegten Röhrensystem zirkulierenden, zu erwärmenden Medium nicht in dem Maße gegeben, daß ein Bau einer derartigen Anordnung oder gar eine zusätzliche Bestückung eines Hauses damit besonders empfehlenswert wäre, solange noch genügend Primärkraftenergiequellen zur Beheizung zur Verfügung stehen.

Es ist zur Verminderung von Transmissionswärmeverlusten bzw. -gewinnen bereits weiter bekannt, in einem durch eine Außen- und Innenwand eines im wesentlichen die gesamte Oberfläche eines Gebäudes umgebenden spaltartig ausgebildeten Zwischenraum Luft einzuführen und diese mittels eines Ventilators wieder abzuführen und der aus einem Gebäude abgeführten Luft mittels einer Wärmepumpe Wärme zu entziehen.

Ferner ist bereits vorgeschlagen worden, beim Betrieb eines Heiz- oder Kühlsystems eines Gebäudes mit einer zweischaligen, aus einer Außen- und Innenwand einen spaltförmigen Zwischenraum einschließenden Hauswand, durch diesen Zwischenraum bodenseitig von un ten her Luft zu- und dachseitig wieder abzuführen, wobei durch den besonderen Verlauf des spaltförmigen Zwischenraums, der das Gebäude ganz einscUießt, sowie durch die übrig damit verbundenen luftführenden

ίο Teile, die darin strömende Luft, die durch die den spaltförmigen Zwischenraum einschließenden Wände erwärmt bzw. gekühlt wird, mittels eines Ventilators in ständigem Kreislauf zur Zirkulation zu bringen. Schließlich ist noch ein Verfahren zum Verbessern des Wärme- haushalts in einem heizbaren Gebäude während der Kälteperiode bekannt, bei dem ein Kühlmittelstrom über einen wesentlichen Teil der Außenwand: des Gebäudes in einer von der umgebenden Atmosphäre getrennten Bahn von erheblich niedrigerer Temperatur, als der Innentemperatur des Gebäudes geleitet, dem anschließend die dabei aufgenommene Wärme nach dem Prinzip der Wärmepumpe und der Rückführung auf höherem Temperaturniveau in das Gebäude wieder entzogen wird. Hierbei wird die zirkulierende Luft nur in einem spaltförmigen Raum geführt

Bei weiterer Vervendung einer Wärmepumpe in Zusammenwirken mit Bauteilen, die einen Luftspalt aufweisen, zur Wärmerückgewinnung bei einem Gebäude, ist auch eine Bautafel bekannt geworden, die als ein Wärmefangelement wirkt und eine Luftkammer aufweist, durch die — in zahlreiche Teilkammern unterteilt — Luft hindurch strömt Diese Einrichtung ist jedoch weder mit dem bisher angeführten Stand der Technik noch mit dem Anmeldegegenstand vergleich bar, da hier der Wärmeaustausch zwischen den Wänden und der strömenden Luft nicht großflächig vorgenommen werden kann und daher weniger effektiv ist

Bei allen diesen bekannten Einrichtungen sind die Mittel zur Verringerung der Transmissions-Wärmever luste bei einem Gebäude u.dgl. relativ zu den damit erzielten Ergebnissen verhältnismäßig aufwendig.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Wärmeaufnahme des Luftstroms von außen her bzw. dessen Wärmeabgabe nach außen hin durch dessen Beeinflussung im Dach- bereich mit Hilfe einer einfachen Anordnung in vorteilhaft wirtschaftlicher Weise zu ermöglichen und darüber hinaus gegenüber den bekannten hierfür erforderlichen Mitteln noch zu intensivieren. Nach der Erfindung ist das bei einer Anordnung zur

so Verringerung der Transmissionswärmeverluste bzw. -gewinne eines Gebäudes, bei der das gesamte Gebäude im wesentlichen mit einer mehrschaligen Außenhülle versehen ist, in der Luft strömt, wobei dem Luftstrom mittels einer Wärmepumpe Wärme entzogen werden kann, dadurch möglich, daß die Außenhülle im Dachbereich dreischalig ausgebildet ist, wobei die so entstandenen, parallel zueinander verlaufenden Zwischenräume derart wahlweise absperrbar sind, daß der Luftstrom alternativ entweder durch den äußeren oder durch den inneren Zwischenraum geleitet wird.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung, in der mehrere Ausführungsbeispiele davon dargestellt sind, näher veranschaulicht Es zeigt F i g. 1 eine Vorderansicht eines Gebäudes einschließ lieh Unterkellerung im Schnitt mit einer Anordnung zur Wärmerückgewinnung bei der die Umluft in einem in sich geschlossenem Luftkreislauf zirkuliert, F i g. 2 eine Daraufsicht gemäß F i g. I im Schnitt nach

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der Schnittlinie A-A, terung, z. B. bei intensiver Sonneneinstrahlung wird die F i g. 3 eine Vorderansicht gemäß F i g. 1 mit einer Umluft hingegen durch den äußeren Zwischenraum 13

Anordnung zur Wärmerückgewinnung, bei der die geleitet werden. Die Abdeckungen 19 werden in diesem

Frischluft zum Erwärmen bodenseitig eingesaugt und Fall in Pfeilrichtung öabgeklappUmd verschließen nun-

dachseitig wieder ausgeblasen wird, s mehr den inneren Zwischenraum, während sie den äu-

F i g. 4 eine Daraufsicht gemäß F i g. 3 im Schnitt nach ßeren 17 zum Durchzug der Umluft öffnen. Zu diesem

der Schnittlinie B-B, Zweck ist die Luftzirkulationsleitung 16 im First- bzw.

F i g. 5 eine Vorderansicht gemäß F i g. 1 mit einer Dachbereich gegabelt, wobei ein Rohrende 20 im inne-

Anordnung zur Wärmerückgewinnung, bei der die ren Zwischenraum 18 und ein Rohrende 21 im äußeren

Frischluft zum Erwärmen dachseitig eingesaugt und bo- io Zwischenraum 17 mündet. In gleicher Weise wie die

denseitig wieder ausgeblasen wird, und Zwischenräume durch die Abdeckungen 19 durch Auf-

F i g. 6 eine Daraufsicht gemäß F i g. 5 im Schnitt nach bzw. Abklappen verschließ- bzw. offenbar sind, ist dazu

der Schnittlinie C-C in jedem Rohrende 20 bzw. 21 eine simultan mit dieser

In F i g. 1 ist 1 ein Gebäude im vorliegenden Fall ein zusammenwirkende Lüftungsklappe 22 bzw. 23 vorge-

Haus mit einem Dachgeschoß 2, einem Erdgeschoß 3 15 sehen. Sobald also die Abdeckung 19 in Pfeilrichtung a

und einem Kellergeschoß 4 im Schnitt dargestellt Die- hochgeklappt und somit die Umluft in den inneren Zwi-

ses Haus weist für die Wärmerückgewinnung zur ge- schenraum geleitet wird, schließt die Lüftungsklappe 23

samten äußeren Wandfläche 5 des Hauses einschließlich und öffnet gleichzeitig die Lüftungsklappe 22 des Rohr-

zum Dach 6 bzw. zum Firstbereich und zu den im we- endes 20, ευ daß nunmehr Luft über dieses Rohrende,

ia sentlichen lotrecht verlaufenden Kellerwänden 7 in ei- 20 das im inneren Zwischenraum mündig abgesogen wird.

^j nem Abstand 8 von den Wandteilen 6,5 und 7 entfernt Umgekehrt öffnet die Klappe 23 und c-s schließt die

fl jeweils eine im wesentlichen parallel dazu verlaufende Klappe 22, sobald die Abdeckung 19 in Richtung b abge-

!?■ zweite Wand 9 auf. klappt wird und den äußeren Zwischenraum zum

[I Diese bildet mit den Wandteilen 5, 6 und 7 einen Durchzug der Umluft freigibt in diesem Fall wird durch

)i spaltförmigen Zwischenraum 10, der gegenüber der 25 das Rottende 21 Umluft in die Luftzirkulationsleitung

Xi Außenluft abgedichtet ist und das Haus allseitig um- 16 abgesogen. Diese Unterteilung in einen äußeren und

Ü schließend, vom Keller ausgehend, über die Hauswand- einen inneren Zwischenraum 17 bzw. 18 hat den Vorteil,

g flächen 5 aufsteigend, das Dach 6 durchziehend, auf den daß die Dachfläche, gleich in welcher Ausführung sie

ft anderen Hausseiten sich in gleicher Weise wieder bis ausgebildet ist, als Kollektor genutzt werden kann. Der

;s zum Keller nach abwärts erstreckt Unterhalb eines 30 Wärmeenergieverlust wird durch das Umschalten vom

Xj Kellerbodens 11 sind Luftkanäle 12 oder handelsübliche äußeren auf den inneren Zwischenraum im Winterbe-

U Rohrleitungen oder dergleichen vorgesehen, die von ei- trieb weiter verringert Die Übertragung der Sonnen-

% nem gemeinsamen Luftverteilungsschacht 13 ausgehen energie an die Umluft durch einfache Kollektoren, wie

^¥: und jeweils über ein den spaltenförmigen Zwischen- z. B. Kupferdachabdeckung oder sogar nur Dachziegel,

_E. raum 10 nach untenhin abschließendes Luftverteilungs- 35 erreicht schon einen noten Wirkungsgrad, da die ge-

ψ. gitter 14 in dem spaltenförmigen Zwischenraum mün- samte Dachfläche als Kollektor genutzt wird

ψ den. Durch die Luftverteilungsgitter wird eine gleichmä- Die vorzugsweise im Kellergeschoß 4 untergebrachte

■ ßige Beschickung des Luftspaltes mit zugeführter auf- Heizeinrichtung ist eine Wärmepumpe, bestehend aus bereiteter Li'ft garantiert Diese durchstreicht den spalt- einem Verdampfer 24, einem Kompressor 25, einem

I förmigen Zwischenraum bis hinauf über ein im Firstbe- 40 Kondensator 26, aus Umwälzpumpen 27, sowie einem : < reich verlegtes Luftzirkulationsleitungssystem, von dem Ventilator 28. In diese Wärmepumpe wird über die Luftsie mittels eines Ventilators abgesaugt und aufbereitet Zirkulationsleitung 16 die erwärmte Umluft dem Verneuerlich dem Luftverteilungsgitter zur erneuten Luft- dämpfer 24 zugeführt, der über einen motorbetriebenen zirkulation zugeführt wird. Zu diesem Zweck ist eine Kompressor 25 und einen Kondensator 96 Wärme entüber einen Wärmeaustauscher 15 geführte Luftzirkula- 45 zogen wird, die mittels Umwälzpumpen 27 einerseits [' tionsleitung 16, die die dachseitigen spaltenförmigen einem Brauchwasserspeicher 29 und andererseits einem Zwischenräume 10 mit dem kellerseitigen Luftvertei- Niedertemperaturheizsystem zugeleitet wird. Die der i lungsschacht 13 verbindet vorgesehen. Auf diese Weise Wärme entzogene, vorzugsweise bis auf etwa die ist ein ständiger Luftumlauf garantiert, der durch eine Außentemperatur abgekühlte Umluft wird mittels des Wärmepumpe gekühlte Umluft den spaltenförmigen 50 Ventilators 28 aus (ier Wärmepumpe in einem daran ,·.;■ Zwischenräumen 10 zuführt, die darin wieder erwärmt angeschlossenen Rohrsystem als Fortsetzung der Lufi- |: und aufsteigend über die Luftzirkulationsleitung abge- Zirkulationsleitung in den Luftverteilungsschacht 13 und ; sogen, im Wärmeaustauscher die Wärme zur weiteren vcn Cotl über das Luftverteilungsgitter 14 in die Brauchbarkeit abführend und schließlich, wie vorste- Zwischenräume 6 zur neuerlichen Erwärmung und hend beschrieben, abgekühlt zur erneuten Wärmeauflc- 55 Umwälzung in vorstehend beschriebener Weise gelei-' dung in den spaltenförmigen Zwischenraum weiterge- tet

leitet wird. Der im Dach hierfür vorgesehene spaltför- In baulicher Hinsicht ist zu bemerken, daß die zusätz-

mige Zwischenraum ist durch eine Zwischenwand 110 in lieh zweite Wand 9 *»us Stein, Holz oder Metall, z. B. aus

einen äußeren Zwischenraum 17 und in einen inneren Aluminium, ja selbst aus Kunststoff mit einem entspre-

Zwischenraum 18 unterteilt In diese kann alternativ je 60 chenden Anstrich versehen sein kann, sofern sie einer-

I nach Temperaturbedingungen die Umluft mittels einer seits das Haus als teilweise oder ganzumgjbende

:V am lufiseitigen Ende jeder Zwischenwand 110 in Pfeil- Außenwand den ausgesetzten Witterungseinflüssen

' > richtung a oder b klapp- bzw. schwenkbar daran ange- Stand zu halten vermag und andererseits genügend

■ brachton Spaltenabdeckung 19 geleitet werden. So wird Wärmeleitfähigkeit hat, um an die im dahinteriiegenden I im Winter oder bei kühler Witterung Umluft nur durch 65 Zwischenraum zirkulierende Umluft Wärme von außen r,· den inneren ZwischeniTwm 18 geleitet werden, wofür nach innen abgeben zu können. Zweckmäßig ist die ur- ; die Abdeckungen 19 in Pteilrichtung a aufgeklappt, den sprüngliche Hauswand noch mit einer wärmedämmen-

äußeren Zwischenraum 17 verschließen. Bei heißer Wit- den Schicht 301 kaschiert Vorzugsweise kann diese

wärmedämmende Schicht auch zur Bildung des Zwischenraumes im Dachbereich verwendet werden, wobei diese den Zwischenraum 10' teilende Zwischenwand 110 im Inneren des Daches angeordnet ist Hierbei wäre es auch denkbar, für die Unterteilung des Zwischenraumes in einen äußeren 17 und einen inneren Zwischenraum 18 in gleicher Weise eine wärniedämmende Platte, z. B. aus Kunststoff oder Sperrholz und dergleichen zu verwenden.

Die in der Zeichnung auf das Haus weisenden Pfeile symbolisieren die Wärmeeinstrahlung auf die Außenseite des Hauses.

Durch die Anpassung der Umluft an die Außenluft verringert sich der Traniimissionswärmeverlust fast vollständig. Eine Vereisung des Verdampfers ist auch nicht möglich, da nur ganz geringe Mengen von Wasserdampf aus den Räumen Ober die Isolierung zum Spalt diffundieren können. Die bei der Abkühlung freigewordene Wärme wird, wie bereits erwähnt, genutzt, was noch durch Speisung einer Fußbodenheizung oder für eine Schwimmbaderwärmung und dergleichen erweitert werden kann. Um den Energiekreislauf zu betreiben, wird lediglich die Primärantriebsenergie der Wärmepumpe benötigt Die Wärmepumpe arbeitet unter diesen Bedingungen mit einem wesentlich höheren Wirkungsgrad, so daß erhebliche Verbrauchkosten eingespart werden können.

In diesem Zusammenhang ist noch darauf hinzuweisen, daß auch eingesetzte Fenster und Türen um die Luftzirkulation im spaltförmigen Zwischenraum 10 nicht zu unterbrechen vorzugsweise zweischalig mit einem möglichen Luftdurchzug von unten nach oben und umgekehrt ausgebildet sein können. Die hierbei in den F i g. 1,3 und 5 im Schnitt angedeuteten Fenster 30 bestehen im wesentlichen jeweils aus einem Fensterrahmen 31 der auf einer Rähmcnsciic oben und unten ausschwenkbare Rahmenleisten 32 und 33 angelenkt hat, die durch einen hier nicht dargestellten Mechanismus bei Schließen beider Fensterflügel 34 bzw. 35 aufgeschwenkt werden und so den Durchzug für eine Luftzirkulation vom Zwischenraum 10 her auch durch sie hindurch frei geben. In gleicher Weise kann das auch für Türen vorgesehen werden.

Nach einer anderen Ausführungsform, F i g. 3, in der die gleichen Teile die gleichen Bezugszeichen wie in F i g. haben, ist eine zweite Außenwand 36 nur bis zur Erdoberfläche 37 herab geführt Unmittelbar über der Erdoberfläche 37 sind Luftgitter 38 in dieser Außenwand vorgesehen, durch die Außenluft in den Zwischenraum 10 einziehen kann. Auch hierbei erfolgt die gleichmäßige Luftverteilung über Verteüungsgitter. Die Luftführung geschieht analog in Isereits beschriebener Weise von unten her bis in den D>achbereich hinauf. Zweckmäßig ist hierfür die Wärmepumpe 27 im Dachboden installiert, wobei durch den Ventilator 28 die Außenluft durch den Zwischenraum nach oben hin angesaugt wird. Diese erwärmt sich beim Hinaufsteigen durch den Zwischenraum 10 und wird im Dachfirstbereich warmlufteingangsseitig von der Luftzirkulationsleitung in die Wärmepumpe 16 geleitet wo ihr die Wärme entzogen wird. Von dort wird sie anschließend als kalte Abluft ins Freie abgeblasen.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird umgekehrt Frischluft! dachseitig eingesogen, Fig.5, im Zwischenraum 10 nach abwärts und mittels Luftzirkulationsleitungen 16 über die Wärmepumpe 15 ebenfalls ins Freie geleitet Zu diesem Zweck sind im Dachfirst Luftgitter bzw. Lüftungsziegel 39 und dergleichen zum Eintritt von Frischluft in den spaltförmigen Zwischenraum 10 vorgesehen. Bodensei tig und unterhalb von diesem Zwischenraum ist mit diesem verlaufend rund um das Gebäude herumgeführt ein in sich s geschlossenes Warmluftsammeirohr 40 im Erdreich verlegt, das über Steigrohranschlüsse 41 u.dgl. mit dem Zwischenraum verbunden ist Vom Warmluftsammei· rohr 40 wird die Warmluft über die Luftzirkulationsleitung 16 zur Wärmepumpe, die zweckmäßig im Keller- geschoß untergebracht ist, geleitet, von wo aus sie nach Wärmeentzug weiter über die Luftzirkulationsleitung als Kaltluft ins Freie geführt wird.

Bei den beiden zuletzt genannten Ausführungsbeispielen ist im Gegensatz zur ersten beschriebenen Anis Ordnung eine Umluftzirkulation, bei der im wesentlichen ständig die gleiche Luft durch die spaltförmigen Zwischenräume 10, die Zirkulationsleitungen 16. die Wärmepumpe 15 usw. strömt nicht gegeben. Der wesentliche Vorteil bei diesen beiden Ausführungsformen ist darin zu sehen, daß ein Umrüsten eines bereits bestehenden Gebäudes zur Wärmerückgewinnung technisch viel leichter und kostensparender durchgeführt werden kann. Es soll noch darauf hingewiesen werden, daß durch dieses Verfahren, insbesondere bei Sommerbetrieb, das Innere <*es Hauses in umgekehrter Weise auch gekühlt werden kann. Die dabei freiwerdende Wärmeenergie kann in diesem Fall gespeichert und für Heizzwecke in der Übergangszeit und Brauchwassernutzung und der gleichen mehr verwendet werden. Als besonders vor teilhaft bei dieser Anordnung gegenüber herkömmlichen Einrichtungen dieser Art ist es, daß keine besonderen zusätzlichen Aufwendungen beim Bau als auch keine höheren Investitionen im Heizsystem selbst erforder- lieh sind. Auch die nachträgliche Modifizierung eines bereits fertiggestellten Hauses mit einer Anordnung vorstehend beschriebener Art zur Wärmerückgewinnung bringt keine technischen Schwierigkeiten mit sich und kann je nach Lage des Hauses teilweise oder aber für das ganze Haus vorgenommen werden. Schließlich sei noch erwähnt, daß die Ausführung von Sonnenkollektoren wirtschaftlicher und preisgünstiger als bei den üblich verwendeten sein kann, sofern solche überhaupt als erforderlich erachtet werden. Auf das Kühlsystem als Nebenprodukt ohne zusätzliche Investitionen wurde bereits verwiesen. In gleicher Weise trägt das geringere Leistungserfordernis bei den Wärmepumpen auch wesentlich zur Verbrauchskosteneinsparung mit bei.

so Bei hohen Außentemperaturen kann durch die Kühlung der Umluft eine Erwärmung der Innenräume verhindert und somit ein Kühleffekt im Gebäude erreicht werden. Dabei frei werdende Energie kann über Wärmeaustauscher bzw. einer Wärmepumpe in bekannten

Verfahren nutzbar gemacht werden.

Die Fenster-Türkonstruktion, die bereits erwähnt wurde, kann für erhöhten Wärme- und Schallschutz auch in diesen Teilen einen spaltförmigen Zwischenraum aufweisen. Dieser wird durch die Fensterelemente gebildet, die nur in der Vertikalen miteinander verbunden sind und an den horizontalen Enden Luftein- und austrittsöffnungen haben. Diese öffnungen schließen sich an den im Baukörper befindlichen spaltförmigen Zwischenraum an, so daß Umluft in der Wandkonstruk tion durch die Fenster und Türen geleitet werden kana Der Zwischenraum der Fenster und Türen ist mit Rahmenleisten 32,33 versehen, die beim Offnen der Fenster und Türen geschlossen werden. Das Schließen bzw. Off-

nen der Lüftungsklappen erfolgt weiter beispielsweise über einen Drehverschluß mit Gestängeanordnung (z. B. Zahnstange), mit dem gleichzeitig der Schließ- und Öffnungsvorgang der Fenster und Türen durchgeführt wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentanspruch:

Anordnung zur Verringerung der Transmissionswärmeverluste bzw. -gewinne eines Gebäudes, bei der das gesamte Gebäude im wesentlichen mit einer mehrschaligen Außenhülle versehen ist, in der Luft strömt, wobei dem Luftstrom mittels einer Wärmepumpe Wärme entzogen werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenhülle im Dachbereich (6) dreischalig ausgebildet ist, wobei die so entstandenen, parallel zueinander verlaufenden Zwischenräume (17, 18) derart wahlweise absperrbar sind, daß der Luftstrom alternativ entweder durch den äußeren (17) oder durch den inneren Zwischenraum (18) geleitet wird.