CH621621A5

CH621621A5 - Heat store

Info

Publication number: CH621621A5
Application number: CH579177A
Authority: CH
Inventors: Artus Feist
Original assignee: Artus Feist
Priority date: 1976-05-17
Filing date: 1977-05-09
Publication date: 1981-02-13
Also published as: FR2352255A2; DE2621819B2; ATA299977A; NL7705247A; IT1117672B; BE854515R; DE2621819A1; FR2352255B2; GB1563076A; AT371584B; LU77327A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmespeicher mit einem im Schwierigkeiten. Dieser Einfachheit beim Bau steht als gewisser Erdreich angeordneten und eine wärmespeicherfähige Masse Nachteil die fehlende Isolation an den unteren Enden der Ge-von oben und den Seiten umschliessenden haubenförmigen 55 häuseteilwände entgegen. Hier kann Wärme in das umgebende Gehäuseteil aus wärmeisolierendem Material, mit einem in den Erdreich abströmen. Hierzu muss die Wärme in Abwärtsrich-Gehäuseteil eingeführten und an den Wärmeenergieempfänger tung über die unteren Enden der Gehäuseteilwände hinaus nach angeschlossenen primären Rohrkreis und mit einem ebenfalls in unten wegfliessen. Bei einem thermisch voll geladenen Wärmeden Gehäuseteil eingeführten und an den Wärmeenergiever- Speicher besteht gegenüber dem umgebenden Erdreich eine braucher angeschlossenen sekundären Rohrkreis. 60 solche Temperaturdifferenz, dass eine Wärmeabströmung The invention relates to a heat accumulator with a problem. This simplicity in construction is arranged as a certain soil and a heat storage mass disadvantage is the lack of insulation at the lower ends of the ge-enclosing hood-shaped partial walls from above and the sides. Here, heat can flow into the surrounding housing part made of heat-insulating material and into the ground. For this purpose, the heat must be introduced into the downward-directed housing part and flow away to the heat energy receiver via the lower ends of the housing part walls according to the connected primary pipe circuit and also with one in the bottom. When a thermally fully charged heat is inserted into the housing part and attached to the heat energy store, there is a secondary pipe circuit connected to the surrounding earth. 60 such temperature difference that a heat flow

Im Zuge der Bemühungen um eine bessere Ausnutzung der merkbare Beträge annehmen kann. Die hierdurch entstehenden In the course of efforts to better utilize the noticeable amounts can assume. The resulting

Energiequellen und zum Erschliessen von bisher nicht oder nur Verluste gleicht man durch grösseres Volumen des Wärmespei- Energy sources and for tapping up to now not or only losses are equalized by a larger volume of heat storage

mit geringem Wirkungsgrad nutzbaren Energiequellen ist man chers aus. Der vorgeschlagene Wärmespeicher ist daher in allen erneut auf die von der Sonne abgegebene Strahlungsenergie solchen Fällen ideal, in denen genügend Fläche zum Ausheben gestossen. Diese wird mit Sonnenkollektoren aufgefangen. Mit 65 von vielen Schlitzen zur Verfügung steht und geringe Wärme- with low efficiency usable energy sources one is chers out. The proposed heat store is therefore ideal again in all the radiation energy emitted by the sun in those cases in which there is sufficient space for lifting. This is collected with solar panels. With 65 of many slots available and low heat

dieser Energie wird ein flüssiges Medium, im technologisch Verluste während des Betriebes in Kauf genommen werden einfachsten Fall Wasser, aufgeheizt. Die Betriebskosten eines können. This energy is used to heat a liquid medium, in the simplest case water, in the case of technological losses during operation. The operating costs of one can.

Sonnenkollektors liegen niedrig. Die Schwierigkeiten liegen Beim Bau eines Hauses in einem schon dicht besiedelten Solar panel are low. The difficulties lie when building a house in an already densely populated one

3 3rd

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Gebiet steht jedoch nur wenig freie Fläche zur Verfügung. Entsprechend sind die Zahl und das Volumen der Wärmespeicher begrenzt. Daraus folgt der Wunsch nach einem nur vernachlässigbar geringe Verluste aufweisenden Wärmespeicher. Beim Bau eines Hauses in einem dicht besiedelten Gebiet wird 5 man häufig eine den unmittelbaren Grundriss des Hauses übersteigende Baugrube ausheben müssen, um Schutt und Mauerreste früherer Gebäude zu beseitigen. Damit stellt sich die Aufgabe, den vorgeschlagenen Wärmespeicher dahingehend weiter zu entwickeln, dass er gegebenenfalls unter Inkaufnahme gros- 10 serer Ausschachtungsarbeiten bei seinem Bau im Betrieb einen hohen Wirkungsgrad aufweist. However, there is little free space available in the area. The number and volume of the heat accumulators are limited accordingly. From this follows the desire for a heat accumulator with negligible losses. When building a house in a densely populated area, you will often have to dig a construction pit that exceeds the immediate floor plan of the house in order to remove debris and remains of walls from earlier buildings. The task thus arises to further develop the proposed heat store in such a way that it may have a high degree of efficiency when it is built during operation, when large excavation works are accepted.

Die Lösung für diese Aufgabe ergibt sich bei dem vorgeschlagenen Wärmespeicher nach der Erfindung dadurch, dass der Gehäuseteil an seinem unteren Ende durch einen Boden aus15 wärmeisolierendem Material verschlossen und der primäre Rohrkreis über diesem Boden und der sekundäre Rohrkreis unter der Decke des Gehäuseteils durch diesen durchgeführt ist. The solution to this problem arises in the proposed heat accumulator according to the invention in that the housing part is closed at its lower end by a bottom made of 15 heat-insulating material and the primary pipe circuit is carried out above this floor and the secondary pipe circuit under the ceiling of the housing part .

Mit dem Boden aus wärmeisolierendem Material wird jegliche Wärmeabströmung nach unten vermieden. Daraus ergeben 20 sich geringe Verluste und ein entsprechend hoher Wirkungsgrad, Das Verlegen dieses Bodens erfordert natürlich den Aushub einer entsprechend grossen Grube. Wie ausgeführt, wird eine solche Grube schon aus anderen Gründen ausgehoben. The floor made of heat-insulating material prevents any downward heat flow. This results in low losses and a correspondingly high level of efficiency. The laying of this floor naturally requires the excavation of a correspondingly large pit. As stated, such a pit is dug for other reasons.

Damit bedingt sie keinen zusätzlichen Arbeits- und Kostenauf- 25 wand. This means that it does not require any additional work and costs.

Erfindungsgemäss befindet sich der primäre Rohrkreis im unteren und der sekundäre Rohrkreis im oberen Teil des Wärmespeichers. Damit stellt sich ein Wärmestrom von unten nach oben ein. According to the invention, the primary pipe circuit is in the lower and the secondary pipe circuit in the upper part of the heat store. This results in a heat flow from bottom to top.

Mit der erfindungsgemässen Ausbildung des Wärmespeichers ist somit sichergestellt, dass die Wärme ohne grösseren zusätzlichen Bauaufwand sowohl ohne wesentliche Verluste gespeichert als auch bis auf geringe Restmengen aus dem Wärmespeicher abgeführt werden kann. With the design of the heat accumulator according to the invention, it is thus ensured that the heat can be stored without major additional losses and without significant losses and can be removed from the heat accumulator except for small residual amounts.

Zum Vereinfachen der Konstruktion ist in einer zweckmässigen Ausführungsform vorgesehen, dass sowohl der primäre als auch der sekundäre Rohrkreis in je einer Ebene angeordnet sind. Dabei sind der primäre und der sekundäre Rohrkreis auf je einer Trägerplatte angeordnet. Hierzu können die beiden Rohrkreise jeder für sich auf Baustahlgewebematten, Maschendraht oder andere Träger aufgebracht und gegebenenfalls in Beton vergossen werden. Ebenso kann auch ein Gerüst aus Latten oder Leisten gebildet und die die Rohrkreise bildenden flexiblen Rohre oder Schläuche an diesen mit Klemmbügeln 45 oder Clips befestigt werden. In order to simplify the construction, it is provided in an expedient embodiment that both the primary and the secondary pipe circle are arranged in one plane each. The primary and the secondary pipe circle are each arranged on a support plate. For this purpose, the two pipe circles can each be applied individually to steel mesh mats, wire mesh or other supports and, if necessary, poured into concrete. Likewise, a scaffold can be formed from slats or strips and the flexible tubes or hoses forming the tube circles can be fastened to them with clamping brackets 45 or clips.

Zweckmässig sind beide Rohrkreise spiralförmig gewickelt und in dieser Form auf oder in der Trägerplatte befestigt. Both pipe circles are expediently wound spirally and fastened in this form on or in the carrier plate.

Diese Spiralform der beiden Rohrkreise ermöglicht ein ein- 50 deutiges räumliches Zuordnen des heissen Vorlaufes und kalten Rücklaufes zu einer bestimmten Stelle innerhalb des Wärmespeichers. Dabei ist davon auszugehen, dass eine in der Mitte liegende Stelle stärker als die Bereiche am Umfang des Wärmespeichers isoliert sind. Während die Umfangsbereiche lediglich 55 durch das die Gehäuseteilwände bildende wärmeisolierende Material von dem umgebenden Erdreich isoliert werden, This spiral shape of the two pipe circles enables a clear spatial allocation of the hot flow and cold return to a specific point within the heat accumulator. It can be assumed that a point in the middle is more insulated than the areas around the circumference of the heat accumulator. While the peripheral regions are only 55 isolated from the surrounding earth by the heat-insulating material forming the housing part walls,

kommt für die in der Mitte liegenden Stellen noch die Isolation durch die im Wärmespeicher befindliche wärmespeicherfähige Masse hinzu. For the points in the middle, there is also the insulation due to the heat-storage-capable mass in the heat storage.

30 30th

35 35

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60 60

Zum Ausnutzen dieses Effektes ist in einer zweckmässigen Ausführungsform vorgesehen, dass ein vom Wärmeenergieempfänger kommender heisser Strang des primären Rohrkreises in die Mitte von dessen spiralförmiger Wicklung einläuft und dass die äusserste Windung dieser Wicklung zum kalten Einlau- 65 fende des Wärmeenergieempfängers führt. Damit wird die kostbare Wärme an der Stelle grösster Isolierung eingeführt. An einer mittleren Stelle über dem Boden wird sich die höchste To take advantage of this effect, it is provided in an expedient embodiment that a hot strand of the primary pipe circle coming from the thermal energy receiver runs into the center of its spiral winding and that the outermost turn of this winding leads to the cold incoming end of the thermal energy receiver. This means that the precious heat is introduced at the point of the greatest insulation. The highest will be at a middle point above the ground

Temperatur einstellen und die Wärme wird von dort am stärksten nach oben abströmen und die wärmespeicherfähige Masse dort am stärksten aufheizen. In Richtung auf die Umfangsbereiche, die infolge der immer weniger vor ihnen liegenden Masse schwächer isoliert sind, fällt die Temperatur ab. Damit sinkt die vom Temperaturunterschied abhängige Wärmeabströmung durch die Gehäuseteilwände. Damit sinken die Verluste und steigt der Wirkungsgrad des Wärmespeichers. Set the temperature and the heat will flow out from there most strongly and heat up the mass that is capable of storing heat the most. The temperature drops in the direction of the peripheral areas, which are less insulated due to the less and less mass in front of them. This reduces the heat flow through the housing part walls, which is dependent on the temperature difference. This reduces losses and increases the efficiency of the heat storage.

Zum weiteren Ausnutzen des genannten Effektes kann auch der sekundäre Rohrkreis in bestimmter Weise mit dem Wärmeenergieverbraucher verbunden sein. Im einzelnen kann vorgesehen sein, dass der zum Vorlauf des Wärmeenergieverbrauchers führende heisse Strang des sekundären Rohrkreises von der Mitte von dessen spiralförmiger Wicklung ausgeht und dessen äussere Wicklung mit dem kalten Rücklaufende des Wärmeenergieverbrauchers verbunden ist. Damit wird dieser von der warmen Mitte aus beschickt, und er erhält immer die maximal verfügbare Temperatur. To make further use of the above-mentioned effect, the secondary pipe circuit can also be connected in a certain way to the heat energy consumer. Specifically, it can be provided that the hot strand of the secondary pipe circuit leading to the flow of the heat energy consumer starts from the center of its spiral winding and its outer winding is connected to the cold return end of the heat energy consumer. This feeds it from the warm center and it always receives the maximum available temperature.

Vorteilhafterweise kann der Wärmespeicher mit jeder wär-mespeicherfähigen Masse angefüllt sein. Hierzu bieten sich das beim Ausschachten gewonnene Erdreich, hierbei anfallender Schutt, Mauerreste, Betonbrocken, neu anzusetzender Mörtel, Sand, Kies und dergleichen Material an. The heat accumulator can advantageously be filled with any heat-accumulable mass. For this purpose, the soil obtained during excavation, the resulting debris, remains of the wall, lumps of concrete, new mortar, sand, gravel and the like material are suitable.

Der Gehäuseteil des Wärmespeichers kann jede geometrische Form aufweisen. Zweckmässig hat er im Querschnitt Kreisform oder quadratische Form. Unter Umständen wird man sich auch an den Grundriss der aus anderen Gründen ausgehobenen Baugrube halten. The housing part of the heat accumulator can have any geometric shape. It expediently has a circular shape or a square shape in cross section. Under certain circumstances you will also adhere to the floor plan of the excavation excavated for other reasons.

Das Volumen des Gehäuseteils hängt von der gewünschten Speicherfähigkeit und dem verfügbaren Raum ab. Als Anhalt sei gesagt, dass der Durchmesser oder die Kantenlänge bis zu etwa 6 bis 7 m betragen kann und ihre Höhe im Bereich von etwa 2,8 bis 8 m liegen mag. The volume of the housing part depends on the desired storage capacity and the available space. As a guide, it can be said that the diameter or edge length can be up to about 6 to 7 m and their height may be in the range of about 2.8 to 8 m.

Im Betrieb des Wärmespeichers wird vorteilhafterweise die zum Beispiel mit einem Sonnenkollektor aufgefangene Strahlungsenergie der Sonne bei einer Temperatur irgendwo im Bereich von 50° bis zum Siedepunkt des Wassers über den primären zum Beispiel von Wasser durchflossenen Rohrkreis in die Wärmespeicherfähige Masse eingeleitet. Entlang des primären Rohrkreises geht die Wärme in die wärmespeicherfähige Masse über und heizt diese auf. Die Aufheizung erfolgt innerhalb des von den Gehäuseteilwänden umschlossenen Volumens. Dieses liegt zweckmässigerweise in der Grössenordnung von wenigen bis zahlreichen Kubikmetern. Im Idealfall wird die wärmespeicherfähige Masse bis auf die höchste Temperatur des primären Rohrkreises aufgeheizt. Die dabei gespeicherte Energie wird von dem sekundären Rohrkreis bei Bedarf abgenommen. Beide Rohrkreise können Hähne oder Ventile aufweisen und werden je nach Sonneneinfall und Wärmeverbrauch geöffnet oder geschlossen. Am Ende einer Heizperiode in den späten Wintermonaten ist die Temperatur innerhalb des Wärmespeichers stark abgesunken. Bei einer nur gering über der Umgebungstemperatur liegenden Temperatur lässt sich Energie über eine Wärmepumpe entnehmen. In the operation of the heat accumulator, the radiation energy of the sun, for example collected with a solar collector, is advantageously introduced into the heat accumulable mass at a temperature somewhere in the range from 50 ° to the boiling point of the water via the primary pipe circuit through which water flows, for example. The heat passes along the primary pipe circle into the heat-storing mass and heats it up. The heating takes place within the volume enclosed by the housing part walls. This is expediently on the order of a few to numerous cubic meters. Ideally, the heat-storing mass is heated up to the highest temperature of the primary pipe circuit. The energy stored in the process is taken from the secondary pipe circuit as required. Both pipe circuits can have taps or valves and are opened or closed depending on the amount of sunshine and heat consumption. At the end of a heating period in the late winter months, the temperature inside the heat store dropped sharply. If the temperature is only slightly above the ambient temperature, energy can be extracted using a heat pump.

Am Beispiel der in der Zeichnung schematisch gezeigten Ausführungsform wird die Erfindung nun weiter beschrieben. In der Zeichnung ist: The invention will now be further described using the example of the embodiment shown schematically in the drawing. In the drawing is:

Fig. 1 ein Querschnitt durch den Wärmespeicher mit Aufsicht auf den spiralförmig gewickelten primären Rohrkreis und Fig. 1 shows a cross section through the heat accumulator with a view of the spiral wound primary tube circle and

Fig. 2 ein Vertikalschnitt durch den Wärmespeicher. Fig. 2 is a vertical section through the heat accumulator.

Fig. 1 zeigt den aus wärmeisolierendem Material bestehenden Mantel 12 des Wärmespeichers. Im gezeigten Beispiel hat er quadratischen Grundriss. Er wird von Erdreich 14 umgeben. Im Mantel 12 verläuft in einer Ebene der spiralförmig gewik-kelte primäre Rohrkreis 16. Sein zentrisch liegender Einlauf 18 ist an das heisse Vorlaufende 20 des Wärmeenergieempfängers 22 angeschlossen. Die aussenliegende Wicklung 24 des primä Fig. 1 shows the jacket 12 made of heat insulating material of the heat accumulator. In the example shown, it has a square layout. It is surrounded by soil 14. In the jacket 12, the spirally coiled primary pipe circle 16 runs in one plane. Its central inlet 18 is connected to the hot leading end 20 of the heat energy receiver 22. The outer winding 24 of the primary

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ren Rohrkreises 16 führt zum kalten Einlaufende 26 des Wärmeenergieempfängers 22. Ren pipe circle 16 leads to the cold inlet end 26 of the heat energy receiver 22nd

Nach der Darstellung in Fig. 2 ist der Mantel 12 unten durch einen Boden 28 und oben durch eine Decke 30 abgeschlossen. Innerhalb der dadurch gebildeten Glocke befindet sich die wärmespeicherfähige Masse 32. Die Figur 2 zeigt weiter den schon erläuterten primären Rohrkreis 16. Dessen Wicklungen werden durch die kleinen Kreise angedeutet, die jeweils den Schnitt durch ein flexibles Rohr oder einen Schlauch darstellen. 2, the jacket 12 is closed at the bottom by a bottom 28 and at the top by a blanket 30. Within the bell thus formed is the heat-storing mass 32. FIG. 2 further shows the already explained primary tube circle 16. Whose windings are indicated by the small circles, which each represent the section through a flexible tube or a hose.

Im gezeigten Beispiel liegt dieser Schlauch in einer Betonplatte. In den Mittelpunkt dieser Platte läuft der Einlauf 18 ein. Kurz unterhalb der Decke 30 befindet sich der ebenfalls spiralförmig gewickelte sekundäre Rohrkreis 34. Von seiner Mitte geht der 5 zum Vorlauf 36 des Wärmeenergieverbrauchers führende heisse Rohrstrang 38 ab. Nach der Darstellung in Fig. 2 liegt der Wärmespeicher unter einer Erdschicht 14, die ihrerseits mit Gras 40 bewachsen ist oder auch betoniert, geplattet oder auf andere Weise abgedeckt oder auch frei verbleiben kann. In the example shown, this hose lies in a concrete slab. The inlet 18 runs into the center of this plate. Shortly below the ceiling 30 is the secondary pipe circuit 34, which is also spirally wound. The hot pipe string 38 leading from the center to the flow 36 of the heat energy consumer goes off. According to the illustration in FIG. 2, the heat accumulator lies under an earth layer 14, which in turn is covered with grass 40 or can also be concreted, flattened or covered in some other way or can also remain free.

C C.

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

621621 2

PATENT CLAIMS, however, are that the amount of incoming solar energy

1. Heat storage with a mass arranged in the ground and fluctuating strongly in the daily and seasonal rhythm, a heat storage mass fluctuates from above and from the sides and never meets the respective requirements. Thus enclosing hood-shaped housing part made of heat-insulating heat storage is required. Heat accumulators on chemi-rigem material are known, with a 5 shear base introduced into the housing part, heat accumulators in which energy is stored in the form and primary of hot water connected to the heat energy receiver, and also heat accumulators, in the case of a pipe circuit and also in the housing part a simple earth is used as a storage medium, led and earth connected to the heat energy consumer offers itself as a storage medium, since it is practically a secondary pipe circuit, characterized in that it is available free of charge and a high heat capacity housing part at its lower end by a Floor (28) J0.

sealed from heat-insulating material and the primary ",, ....,",. rT .., ^

",,. ,,, j .. Such earth warehouses intended for heating houses

Pipe circle (16) over this floor (28) and the secondary. ,,. "^,. ,,. , ",

„,,„, „RX '... x ..,, become memory in the garden or simply in the environment

Pipe circle (34) under the ceiling (30) of the housing part by j ui_- jTT, b,,

,. , V ^ of the house to be heated. For many reasons, this is done. ,,. , ^ T f \. ,

, ,,,,,, other because of poor insulation and because of a low

2. Heat storage device according to claim 1, characterized i5 ....,,,. <v,, ..... °. , 0.,

^, j ...,,, ... ",, efficiency at the transition of the heat to the store shows that the primary and the secondary pipe circle (16,," ".,,,,.", fl, ..

,., v and from memory, the well-known geothermal heat

34) m are arranged on one level. . , •. Î *,,. , _,. ,

'A,, store a high volume. Accordingly, a lot of soil must be used

3. Heat storage according to claim 2, characterized- _ A,. ,, ... T. "

.,. , K ...,,, ... V,,,. , for lowering and installing the various installations, the primary and the secondary pipe circuit (16,,, j,, ". _

... r. . "", ",. , v are excavated. This in turn requires high costs. It

34) are arranged on a support plate. 201 j. ,,. ",, ...

a Ti r- ■, u r. ^ ^,,. "in addition, the area of the available surrounding

4. Heat storage according to claim 3, characterized, ",. ,,,. TT, .., _,

^,, ...,,, ... t,. i • / •. s bare earth or the basic property belonging to a house that the primary and the secondary pipe circle (16, ...,,,,. "., ...." r, .j stuck is limited. With the known earth -Heat storage is 34) spirally wound and in this form on or in the ... ". . , ". "F,. "T .. 1 tt h f f t" H thus a storage of the solar energy from the time of the ragerpa e e es ig sin. Greatest heat incidence in the summer up to the time of the

5. Heat storage according to claim 4, characterized marked 25 v ^,

,. ...... r ... ö at most consumption in winter only with high costs or signs that a come from the heat energy receiver (22) - ...,. . .. ..,. , ". . _. .

,,. / 10 \ j. .. ",. t j- not possible at all. This means that one of the hot strands (18) of the primary pipe circuit (16) must be heated to the TT .. c 0. y ...,. . ,. . ,

, .... .... ... .... ^ ',,. House with solar energy can be completely dispensed with or

In the middle of its spiral winding, and that the ° ®,

, ...., r ,. . ", This can only be used as an add-on to heating with other outmost turns of this winding to the cold inlet end ^. . r. ,, „, ^ 0,

0. ... .... ^ energies such as coal, gas, etc. can be used.

(26) of the heat energy receiver (22) leads. 30th

6. Heat accumulator according to claim 4, characterized. A heat accumulator that is described in the first paragraph shows that a genus for the advance of the heat energy consumer has already been proposed. For its construction, the leading hot strand (3 8) of the secondary tube circle (34), the primary and the secondary tube circle are placed in loops, from the center of which the spiral winding starts, and these loops of both tube circles are on a common that the outermost turn this winding with the cold 35 men carrier plate arranged side by side. Then the return end of the thermal energy consumer is connected. Soil in several surrounding the house to be heated

7. Heat accumulator according to claim 1, characterized gekenn- excavated with the formation of slots. Four such draws that the housing part is circular in cross section - slots merge into one another to form a square. In points. it becomes the heat-insulating part of the housing

8. Heat accumulator according to claim 1, characterized marked 40 material lowered. Within this housing part are under signed that the housing part in cross section a square mutual distance further slots. In this it has the form. lowered support plates bearing both pipe circles. The

9. Heat accumulator according to claim 1, the housing whole is covered with the part of the ceiling of the housing part forming a circular or a square cross-section heat-insulating material and has further soil, characterized in that the housing part a 45 heaped up. To build this heat accumulator you need a diameter or an edge length of 6 to 7 m. hence only the soil in several places from above

10. Heat accumulator according to claim 1, thereby excavating with the formation of slits and the heat insulation-characterized that the housing part has a height of 2.5 to 8 m tion and lower the carrier plates. This is a simple one. Process and with special excavators, so-called slot grabs,

50 easy to carry out. Covering the with the heat-insulating

: - material and the slots filled with the carrier plates with further heat-insulating material does not prepare at all