DE102006050270A1 - Method for energy conversion in a thermal system for tempering a building and device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Energieumwandlung in einer thermischen Anlage zum Temperieren eines Gebäudes, insbesondere Temperierungsanlage für ein Gewächshaus, bei dem Luft über einen solaren Luftkollektor zu einer Kanaleinrichtung mit einem hierin angeordneten Wärmetauscher geführt wird, und zur Temperierung nutzbare Energie in einer Speichereinrichtung, die einen Vorrat eines Lösungsgemisches mit einem Lösungsmittel und einem hierin gelösten Zusatzstoff aufweist, gespeichert wird, wobei die Speichereinrichtung in einem Beladungsprozess mit thermischer Energie beladen wird, indem die Luft in dem solaren Luftkollektor mittels Sonnenenergie erwärmt wird und ein flüssiger Wärmeträger, welcher wahlweise von dem Lösungsgemisch in der Speichereinrichtung gebildet wird, mittels von der erwärmten Luft an dem Wärmetauscher in der Kanaleinrichtung abgegebener Wärmeenergie erwärmt wird, und mit thermo-chemischer Energie beladen wird, indem die Luft in dem solaren Luftkollektor mit Anteilen aus in dem solaren Luftkollektor eingebrachten Lösungsgemisch befeuchtet wird und ein zumindest um die von der Luft in dem solaren Luftkollektor aufgenommenen Anteile vermindertes Konzentrat des Lösungsgemisches aufgefangen und der Speichereinrichtung zugeführt wird, wodurch in der Speichereinrichtung ein konzentriertes Lösungsgemisch gebildet wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Temperieren eines Gebäudes.The The invention relates to a method for energy conversion in a thermal system for tempering a building, in particular Temperierungsanlage for a Glasshouse, in the air over a solar air collector to a duct device with a herein arranged heat exchanger to be led, and temperature usable energy in a storage device, a supply of a solution mixture with a solvent and a solution herein Additive is stored, wherein the storage device is loaded with thermal energy in a loading process, by the air in the solar air collector by means of solar energy heated becomes and a liquid Heat transfer medium, which optionally from the mixed solution is formed in the storage device, by means of the heated air on the heat exchanger heated in the channel device heat energy is heated, and is charged with thermo-chemical energy by the air in the solar air collector with shares off in the solar air collector introduced solution mixture is moistened and at least around by the air in the solar air collector absorbed parts reduced concentrate of the solution mixture is collected and the storage device is supplied, whereby in the storage device a concentrated mixed solution is formed. Furthermore, the invention relates to a device for tempering a building.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Energieumwandlung in einer thermischen Anlage zum Temperieren eines Gebäudes, insbesondere Temperierungsanlage für ein Gewächshaus, und eine Vorrichtung zum Temperieren eines Gebäudes.The The invention relates to a method for energy conversion in one thermal plant for tempering a building, in particular tempering for a Glasshouse, and a device for tempering a building.
Hintergrund der Erfindungbackground the invention
Der Energieverbrauch von Gebäuden trägt mit über 40% eine Hauptlast beim weltweiten Energieverbrauch. Der größte Anteil entfällt hierbei auf die Gebäudeheizung und -kühlung zum Temperieren des Gebäudes. Vor diesem Hintergrund sind neue Technologien, welche die Markteinführung regenerativer Energieversorgung ermöglichen, von besonderer Bedeutung.Of the Energy consumption of buildings carries over 40% a major burden on global energy consumption. The biggest part deleted here on the building heating and cooling for tempering the building. Against this background are new technologies, which are the market introduction of regenerative energy supply enable, really important.
Während solarthermische Anwendungen zur direkten Erwärmung von Wasser für die Brauchwassererwärmung oder die unterstützende Gebäudeheizung mit Kurzzeitwärmespeichern am Markt inzwischen gut etabliert sind, sind solare Anwendungen der saisonalen Wärmespeicherung und der Raumkühlung mangels Wettbewerbsfähigkeit noch weit von einer realen Markteinführung entfernt.While solar thermal Applications for direct heating of water for the domestic water heating or the supporting one home heating with short-term heat storage are well established in the market, solar applications are the seasonal heat storage and the room cooling for lack of competitiveness still far from a real market launch.
Als Alternative zur reinen Speicherung sensibler Wärme in Wasserspeichern wurden unterschiedliche Varianten von Latentwärmespeichern und thermochemischen Speichern vorgeschlagen. Wesentliche Nachteile hierbei sind die relativ hohen Kosten der Speichermedien, die für eine saisonale Speicherung in sehr großen Mengen benötigt werden. Thermochemische Speicher, beispielsweise Absorptionssysteme, erlauben eine erhebliche Verkleinerung der Speichervolumina, da der Anteil der latent gespeicherten Energie sehr hoch ist.When Alternative to the mere storage of sensible heat in reservoirs were different variants of latent heat storage and thermochemical Save proposed. Major disadvantages here are the relatively high cost of storage media required for seasonal storage in very big Quantities needed become. Thermochemical storage, for example absorption systems, allow a significant reduction in storage volumes, since the proportion of latently stored energy is very high.
Bei Absorptionswärmepumpen zur solarthermischen Saisonspeicherung und für die solare Kühlung wird Wärmeenergie bei einer Temperatur von typischerweise etwa 80° C, was von den von den Rahmenbedingungen abhängig ist, für die Regeneration des Arbeitsmittels benötigt. Hierfür wiederum werden relativ kostenintensive Hochleistungssolarkollektoren benötigt.at absorption heat pumps for solar thermal seasonal storage and for solar cooling Thermal energy at a temperature of typically about 80 ° C, which is different from the general conditions dependent is for requires the regeneration of the working fluid. In turn, this will be relatively costly High performance solar collectors needed.
Weiterhin verursachen die Komponenten einer konventionellen Absorptionswärmepumpe wie Absorber, Regenerator, Verdampfer und Kondensator zusätzliche Kosten, die gegen die erzielbaren Kosteneinsparungen bei der verringerten Speichergröße gegengerechnet werden müssen. Offene Absorptionsprozesse sind weit verbreitet bei der Trocknung von Raumluft, zum Beispiel in Museen.Farther cause the components of a conventional absorption heat pump such as absorber, regenerator, evaporator and condenser additional Costs that are lower than the achievable cost savings Memory size counted Need to become. Open absorption processes are widespread during drying of indoor air, for example in museums.
Auch die Regeneration von Arbeitsmitteln in sogenannten „Desiccant Cooling" Systemen über offene Verdunstungsflächen wurde im Ansatz untersucht, beispielsweise durch die einfache Überströmung einer Dachfläche. Dieser Ansatz hat aber den Nachteil, daß die in geschlossenen Systemen verwertbare Verdunstungswärme, die über den Kondensator nutzbar gemacht wird, hier grundsätzlich an die Umgebung verloren geht, mit dem Nachteil der niedrigeren energetischen Effizienz und hoher Wasserverluste. Zudem gibt es Beeinträchtigungen durch Regenfälle und Staubeintrag aus der Umgebung in einem völlig offenen System.Also the regeneration of work equipment in so-called "Desiccant Cooling "systems over open evaporation surfaces was examined in the beginning, for example by the simple overflow of a Roof area. However, this approach has the disadvantage that in closed systems usable heat of evaporation, the above the condenser is made usable here basically the environment gets lost, with the disadvantage of lower energetic ones Efficiency and high water losses. There are also impairments through rains and dust from the environment in a completely open system.
Aus
dem Dokument
Zusammenfassung der ErfindungSummary the invention
Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Energieumwandlung in einer thermischen Anlage zum Temperieren eines Gebäudes und eine verbesserte Vorrichtung zum Temperieren eines Gebäudes anzugeben, bei denen eine effiziente Energiespeicherung und Energienutzung mit vereinfachten Mitteln erreicht ist.task The invention is an improved method for energy conversion in a thermal plant for tempering a building and to provide an improved device for tempering a building, where efficient energy storage and energy use achieved with simplified means.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Energieumwandlung in einer thermischen Anlage zum Temperieren eines Gebäudes nach dem unabhängigen Anspruch 1 und eine Vorrichtung zum Temperieren eines Gebäudes nach dem unabhängigen Anspruch 15 gelöst.These The object is achieved by a Process for energy conversion in a thermal plant for Temperieren a building after the independent one Claim 1 and a device for tempering a building after the independent Claim 15 solved.
Nach einem Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Energieumwandlung in einer thermischen Anlage zum Temperieren eines Gebäudes geschaffen, insbesondere Temperierungsanlage für ein Gewächshaus, bei dem Luft über einen solaren Luftkollektor zu einer Kanaleinrichtung mit einem hierin angeordneten Wärmetauscher geführt wird, und zur Temperierung nutzbare Energie in einer Speichereinrichtung, die einen Vorrat eines Lösungsgemisches mit einem Lösungsmittel und einem hierin gelösten Zusatzstoff aufweist, gespeichert wird, wobei die Speichereinrichtung in einem Beladungsprozeß mit thermischer Energie beladen wird, indem: die Luft in dem solaren Luftkollektor mittels Sonnenenergie erwärmt wird und ein flüssiger Wärmeträger, welcher wahlweise von dem Lösungsgemisch in der Speichereinrichtung gebildet wird, mittels von der erwärmten Luft an dem Wärmetauscher in der Kanaleinrichtung abgegebener Wärmeenergie erwärmt wird, und mit thermo-chemischer Energie beladen wird, indem: die Luft in dem solaren Luftkollektor mit Anteilen aus in dem solaren Luftkollektor eingebrachten Lösungsgemisch befeuchtet wird und ein zumindest um die von der Luft in dem solaren Luftkollektor aufgenommenen Anteile vermindertes Konzentrat des Lösungsgemisches aufgefangen und der Speichereinrichtung zugeführt wird, wodurch in der Speichereinrichtung ein konzentriertes Lösungsgemisch gebildet wird.According to one aspect of the invention, a method for energy conversion in a thermal system for tempering a building is provided, in particular temperature control system for Ge greenhouse, in which air is conducted via a solar air collector to a duct device with a heat exchanger arranged therein, and stored energy for temperature control in a storage device having a supply of a solution mixture with a solvent and an additive dissolved therein, wherein the storage device is charged in a charging process with thermal energy by: the air in the solar air collector is heated by solar energy and a liquid heat carrier, which is optionally formed from the mixed solution in the storage device, by means of the heated air at the heat exchanger in the duct means heat energy is heated and charged with thermo-chemical energy by: the air in the solar air collector is moistened with proportions of introduced in the solar air collector mixed solution and at least by the air in the solar air collected collector shares reduced concentrate of the solution mixture and the storage device is supplied, whereby in the storage device, a concentrated mixed solution is formed.
Nach einem anderen Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Temperieren eines Gebäudes, insbesondere Temperierungsanlage für ein Gewächshaus, mit den folgenden Merkmalen geschaffen:
- – einer Speichereinrichtung mit einem Vorrat eines Lösungsgemisches, welches ein Lösungsmittel und einen hierin gelösten Zusatzstoff enthält,
- – einem solaren Luftkollektor, der konfiguriert ist, in dem solaren Luftkollektor eingebrachte Luft mittels Sonnenenergie zu erwärmen,
- – einer Befeuchtungseinrichtung, die konfiguriert ist, in dem solaren Luftkollektor eine Menge des Lösungsgemisches die in dem solaren Luftkollektor eingebrachte Luft befeuchtend bereitzustellen, und die wahlweise in dem solaren Luftkollektor angeordnet ist,
- – einer Kanaleinrichtung, welche zum Aufnehmen der in dem solaren Kollektor erwärmten und befeuchteten Luft mit dem solaren Luftkollektor verbunden ist,
- – einem Wärmetauscher, welcher in der Kanaleinrichtung angeordnet und konfiguriert ist, thermische Energie von der erwärmten und befeuchteten Luft aufzunehmen und an einen flüssigen Wärmeträger, welcher wahlweise von dem Lösungsgemisch in der Speichereinrichtung gebildet wird, abzugeben, und
- – einer Auffangeinrichtung, die konfiguriert ist, ein nach dem Befeuchten der Luft in dem solaren Luftkollektor verbleibendes Konzentrat des Lösungsgemisches aufzufangen und an die Speichereinrichtung abzugeben.
- A storage device having a supply of a mixed solution containing a solvent and an additive dissolved therein,
- A solar air collector configured to heat air introduced into the solar air collector by solar energy,
- A humidifier configured to humidify an amount of the solution mixture in the solar air collector with the air introduced into the solar air collector, and optionally located in the solar air collector,
- A channel means connected to the solar air collector for receiving and humidifying the heated and humidified air in the solar collector,
- A heat exchanger disposed in the channel means and configured to receive thermal energy from the heated and humidified air and deliver it to a liquid heat carrier optionally formed by the mixed solution in the storage device, and
- A catcher configured to collect a concentrate of the solution mixture remaining after humidifying the air in the solar air collector and to deliver it to the storage device.
Die Erfindung hat gegenüber dem Stand der Technik insbesondere den Vorteil, daß die Speicherung der thermo-chemischen Energie in dem Beladungsprozeß nicht, wie dies im Stand der Technik vorgesehen ist, die zusätzliche Nutzung von Solarkollektoren erfordert. In den solaren Luftkollektor werden mit Hilfe der Sonnenenergie die Luft erwärmt und befeuchtet und gleichzeitig das Lösungsgemisch aufkonzentriert, indem das Lösungsmittel, welches bevorzugt eine wasserbasierte Flüssigkeit oder reines Wasser ist, aus dem eingebrachten Lösungsgemisch ausgetrieben und dann zum Befeuchten der Luft verwendet wird. Die im Stand der Technik sowohl apparativ als auch funktionell getrennt ausgeführten Verfahrensschritte der Lufterwärmung und -befeuchtung oder einer anderen Form der thermischen Solarenergiegewinnung sowie des Aufkonzentrierens des Lösungsgemisches werden integriert ausgeführt, wodurch die thermische Anlage insgesamt vereinfacht und hierdurch kostengünstiger herstellbar ist.The Invention has opposite the prior art in particular the advantage that the storage the thermo-chemical energy in the loading process, as provided in the prior art, the additional Use of solar collectors requires. Become in the solar air collector with the help of solar energy the air is heated and humidified and at the same time the solution mixture concentrated, by the solvent, which preferably a water-based liquid or pure water is from the introduced solution mixture expelled and then used to humidify the air. The in the prior art both apparatively and functionally separated executed process steps the air heating and humidification or another form of solar thermal energy recovery as well as the concentration of the solution mixture are integrated executed whereby the overall thermal system simplified and thereby cost-effective can be produced.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß das Lösungsgemisch in dem solaren Luftkollektor mittels eines Rieselbefeuchters eingebracht wird.A preferred development of the invention provides that the solution mixture introduced in the solar air collector by means of a trickle humidifier becomes.
Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß als Wärmetauscher in der Kanaleinrichtung beim Beladungsprozeß ein direkter Luft-Wärmetauschermedium-Wärmetauscher verwendet wird, bei dem die von der erwärmten Luft abgegebene Wärmeenergie mittels direktem Kontakt zwischen der erwärmten Luft und der Wärmetauschermedium abgegeben wird. Das Wärmetauschermedium, bei dem es sich bevorzugt um Wasser handelt, kann bei dieser Ausführung mittels eines Rieselbefeuchters von oben in die wahlweise als Schacht oder Kamin ausgeführte Kanaleinrichtung eingebracht werden, so daß sich ein Strom von oben nach unten ergibt. Die aus dem solaren Luftkollektor einströmende Luft, welche erwärmt und befeuchtet ist, kommt dann in direktem Kontakt mit dem Wärmetauschermedium, so daß die Kondensationsabwärme direkt auf das Wärmetauschermedium übertragen wird. Ein in das Wärmetauschermedium kondensierter, zuvor ausgetriebener Wasseranteil aus dem Lösungsmittel kann dann aufgefangen und abgeführt werden.at an expedient embodiment The invention can be provided that as a heat exchanger in the channel device during the loading process direct air heat exchanger medium heat exchanger is used, in which the heat energy released by the heated air by direct contact between the heated air and the heat exchange medium is delivered. The heat exchanger medium, which is preferably water, can in this embodiment by means of a Trickle humidifier from the top in the optional as a shaft or chimney executed Channel device are introduced, so that a current from above to below. The air flowing in from the solar air collector, which heats up and moistened, then comes in direct contact with the heat exchange medium, So that the condensation heat transferred directly to the heat exchanger medium becomes. A condensed in the heat exchange medium, previously expelled water from the solvent can then be collected and dissipated become.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die erwärmte Luft und das Wärmetauschermedium in dem Schacht in direkten Kontakt gebracht werden, indem das Wärmetauschermedium in die Kanaleinrichtung eingerieselt wird.A advantageous embodiment the invention provides that the heated Air and the heat exchanger medium be brought into direct contact in the shaft by the heat exchanger medium is sprinkled into the channel device.
Bevorzugt sieht eine Fortbildung der Erfindung vor, daß als direkter Luft-Wärmetauschermedium-Wärmetauscher in der Kanaleinrichtung beim Beladungsprozeß ein kaskadierter direkter Luft-Wärmetauschermedium-Wärmetauscher verwendet wird, bei dem das Wärmetauschermedium teilweise in Richtung und teilweise entgegen der Richtung einer Strömung der erwärmten Luft in der Kanaleinrichtung geführt wird. Ein kaskadierter direkter Luft-Wärmetauschermedium-Wärmetauscher kann mit wenigstens zwei übereinander angeordneten Teilbereichen ausgeführt sein, wobei das Wärmetauschermedium zunächst aufgrund der Schwerkraft im unteren Teilbereich von oben nach unten strömt, um dann mittels einer Pumpe von unten nach oben gehoben und anschließend über einem darüber liegenden Teilbereich verrieselt wird. Dieses Anheben des Wärmetauschermediums kann kaskadenweise oder teilbereichsweise ausgeführt werden. Mittels Anheben des Wärmetauschermediums strömt dieses in Gegenrichtung zu der nach unten strömenden, erwärmten und befeuchteten Luft.Preferably, a development of the invention provides that is used as direct air heat exchanger medium heat exchanger in the channel device during the loading process, a cascaded direct air heat exchanger medium heat exchanger in which the heat exchange medium partially in Direction and partially counter to the direction of flow of the heated air in the channel device is guided. A cascaded direct air heat exchanger medium heat exchanger can be designed with at least two subregions arranged one above the other, wherein the heat exchange medium initially flows from top to bottom due to gravity in the lower part, then lifted upwards by means of a pump and then over an overlying part Part area is trickled. This lifting of the heat exchange medium can be carried out cascade-wise or partially. By lifting the heat exchange medium, this flows in the opposite direction to the downwardly flowing, heated and humidified air.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß als Wärmetauscher in der Kanaleinrichtung beim Beladungsprozeß ein indirekter Wärmetauscher verwendet wird, bei dem die von der erwärmten Luft abgegebene Wärmeenergie an ein nicht mit der erwärmten Luft in Kontakt stehendes Wärmetauschermedium abgegeben wird. Bei einem indirekten Wärmetauscher fließt das Wärmetauschermedium in einem von der erwärmten Luft getrennten Kreislauf, so daß kein Kontakt zwischen der erwärmten Luft und dem Wärmetauschermedium stattfindet. Die Wärmeenergie wird von der erwärmten Luft üblicherweise über Trennwände, die bevorzugt als Metallflächen gebildet sind, an das Wärmetauschermedium übertragen.at An advantageous embodiment of the invention can be provided be that as heat exchangers in the channel device during the loading process an indirect heat exchanger is used, in which the heat energy released by the heated air to a not with the warmed up Air contacting heat exchanger medium is delivered. In an indirect heat exchanger, the heat exchanger medium flows in one of the heated air separate circuit, so that no Contact between the heated Air and the heat exchanger medium takes place. The heat energy is heated by the Air usually via partitions, which are preferred as metal surfaces are formed, transferred to the heat exchange medium.
Eine Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, daß das Lösungsgemisch in der Speichereinrichtung in geschichteten Schichtbereichen vorgehalten wird, in denen Teilmengen des Lösungsgemisches mit unterschiedlichen Konzentrationen des gelösten Zusatzstoffes angeordnet sind und für die eine zugeordnete Entnahmeleitung vorgesehen ist. Die Schichtung in der Speichereinrichtung kann sich hierbei aufgrund der unterschiedlichen Konzentrationen des gelösten Zusatzstoffes einstellen. Das höher konzentrierte Lösungsgemisch befindet sich eher im unteren Bereich der Speichereinrichtung, wohingegen weniger konzentriertes Lösungsgemisch sich im oberen Bereich der Speichereinrichtung anreichert. Die Schichtung ermöglicht es, über den geschichteten Schichtbereichen zugeordnete Zu- und Abflüsse im Be- oder Entladungsprozeß gezielt auf Teilmengen des Lösungsgemisches mit verschiedenen Konzentrationen zuzugreifen. So kann beispielsweise bei dem thermo-chemischen Entladungsprozeß bevorzugt auf die höher konzentrierten Teilmengen des Lösungsgemisches zugegriffen werden. In ähnlicher Weise können weniger konzentrierte Teilmengen des Lösungsgemisches dann in einem bestimmten Schichtbereich der Speichereinrichtung wieder eingebracht werden.A Development of the invention may provide that the solution mixture in the storage device is kept in layered strata, in which subsets of the solution mixture arranged with different concentrations of the dissolved additive are and for an associated extraction line is provided. The stratification in the memory device may be due to the different Concentrations of the dissolved Adjust additive. The higher concentrated mixed solution is more at the bottom of the storage device, whereas less concentrated mixed solution accumulates in the upper part of the storage device. The stratification allows it, about the inflow and outflows associated with the layered layer areas in the loading or unloading process on aliquots of the solution mixture to access with different concentrations. So, for example in the thermo-chemical discharge process preferably to the higher concentration Subsets of the solution mixture be accessed. In a similar way can less concentrated aliquots of the mixed solution then in one certain layer area of the storage device introduced again become.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Luft mittels eines natürlichen, aufgrund unterschiedlicher Temperaturzonen gebildeten Luftstroms transportiert wird, welcher wahlweise durch einen mittels einer Ventilatoreinrichtung erzeugten, künstlichen Luftstrom unterstützt oder durch diesen ersetzt wird. Ein natürlicher Luftstrom wird mittels einer im solaren Luftkollektor aufgrund von Erwärmung der Luft eintretenden Aufwärtsbewegung in Kombination mit einer in der Kanaleinrichtung erfolgten Abkühlung der Luft und hier entstehender Abtriebsbewegung eingestellt. Auf diese Weise erfolgt der Luftaustausch in den Elementen der thermischen Anlage, ohne daß es hierfür mechanischen Aufwandes bedarf. Aber auch der Einsatz einer Ventilatoreinrichtung zum Erzeugen eines künstlichen oder mechanischen Luftstroms kann ergänzend oder alternativ vorgesehen sein.A preferred development of the invention provides that the air by means of a natural, due to different temperature zones formed air flow is transported, which optionally by a means of a Fan device generated, supported or artificial airflow replaced by this. A natural air flow is by means of a entering in the solar air collector due to heating of the air upward movement in combination with a cooling of the channel equipment Air and here resulting output motion adjusted. To this The air exchange takes place in the elements of the thermal system, without it therefor requires mechanical effort. But also the use of a fan device for generating an artificial one or mechanical airflow may be complementary or alternative be.
Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß in einem thermischen Entladungsprozeß die thermische Energie von dem flüssigen Wärmeträger wenigstens teilweise abgegeben wird, wahlweise unter Nutzung des Wärmetauschers in der Kanaleinrichtung. In dem thermischen Entladungsprozeß wird die in der Speichereinrichtung im Beladungsprozeß auf den flüssigen Wärmeträger übertragene, thermische Energie wenigstens teilweise abgegeben, um die thermische Energie für einen Heiz- oder Kühlprozeß zu nutzen.at an expedient embodiment The invention may be provided that in a thermal discharge process, the thermal Energy from the liquid Heat transfer medium at least is partially discharged, optionally using the heat exchanger in the channel device. In the thermal discharge process, the in the storage device in the loading process transferred to the liquid heat carrier, Thermal energy at least partially released to the thermal Energy for to use a heating or cooling process.
Dieses kann wahlweise unter Nutzung des Wärmetauscher in der Kanaleinrichtung oder alternativ oder ergänzend mit Hilfe anderer Wärmetauscher erfolgen. Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß als flüssiger Wärmeträger das Lösungsgemisch verwendet wird. Auf diese Weise muß zur Energiespeicherung insgesamt nur ein Speicher bereitgestellt werden, da die Masse des thermo-chemischen Speichers zusätzlich thermisch aktiviert wird. Hierfür wird ein im Speicher angeordneter Wärmetauscher genutzt, um während der Beladungsphase den flüssigen Wärmeträger abzukühlen und das Lösungsgemisch zu erwärmen, ohne das Lösungsgemisch unnötig zu verdünnen.This Optionally, using the heat exchanger in the channel device or alternatively or in addition done with the help of other heat exchangers. An advantageous embodiment the invention provides that as liquid Heat transfer the mixed solution is used. In this way, to save energy overall only one store can be provided, as the mass of the thermo-chemical Memory in addition thermally activated. Therefor a heat exchanger arranged in the store is used to during the Loading phase the liquid To cool the heat transfer medium and the mixed solution to warm, without the solution mixture unnecessary to dilute.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß in einem thermo-chemischen Entladungsprozeß die thermo-chemische Energie von dem konzentrierten Lösungsgemisch in der Speichereinrichtung wenigstens teilweise abgegeben wird, indem das konzentrierte Lösungsgemisch mittels einer Verteileinrichtung verteilt wird und unter Ausnutzung frei werdender Verdampfungsenthalpie Luftfeuchtigkeit aufnimmt, wodurch ein erwärmtes und gegenüber dem konzentrierten Lösungsgemisch verdünntes Lösungsgemisch gebildet wird, welches thermisch nutzbare Energie bereitstellt. Die Feuchte kann bevorzugt mittels befeuchteter Luft bereitgestellt werden, die ihrerseits in dem solaren Luftkollektor erzeugt wird, wobei die Feuchtigkeit dort nicht aus dem Lösungsgemisch zur Verfügung gestellt wird. Vielmehr wird das Lösungsmittel, also beispielsweise Wasser, bereitgestellt. Auch kann anderswo erzeugte feuchte Luft genutzt werden. Bei dem thermo-chemischen Entladungsprozeß wird die im Beladungsprozeß mittels Aufkonzentration des Lösungsgemisches gespeicherte thermo-chemische Energie wenigstens teilweise wieder abgegeben. Das hierbei erzeugte, erwärmte und verdünnte Lösungsgemisch kann der Speichereinrichtung wieder zugeführt werden oder alternativ oder ergänzend auch in anderer Art und Weise zum Heizen oder Kühlen verwendet werden, indem die thermisch nutzbare Energie abgegriffen wird. Bei der thermo-chemischen Entladung unter Verwendung eines thermisch aktivierten Konzentratspeichers wird der Wärmetauscher im Speicher genutzt, um die bei der Aufnahme von Feuchtigkeit in das Lösungskonzentrat frei werdende Wärme auf eine größere Speichermasse zu verteilen.An advantageous embodiment of the invention provides that in a thermo-chemical discharge process, the thermo-chemical energy is at least partially released from the concentrated mixed solution in the storage device by the concentrated solution mixture is distributed by means of a distribution device and absorbs using the released enthalpy of vaporized air humidity, whereby a heated solution mixture diluted with respect to the concentrated mixed solution is formed, which provides thermally usable energy. The moisture can preferably be provided by means of humidified air, which in turn in the solar air collection is generated, wherein the moisture is not made available there from the mixed solution. Rather, the solvent, so for example water, provided. Also, moist air generated elsewhere can be used. In the thermo-chemical discharge process, the stored in the loading process by means of concentration of the mixed solution thermochemical energy is at least partially released again. The heated and diluted solution mixture produced in this case can be returned to the storage device or, alternatively or additionally, can also be used in another manner for heating or cooling by tapping the thermally usable energy. In the thermo-chemical discharge using a thermally activated concentrate storage, the heat exchanger is used in the memory to distribute the released in the absorption of moisture in the solution concentrate heat to a larger storage mass.
Bevorzugt sieht eine Fortbildung der Erfindung vor, daß der thermo-chemische Entladungsprozeß wenigstens teilweise in der Kanaleinrichtung unter Verwendung des hierin angeordneten Wärmetauschers ausgeführt wird. Diese Ausführungsform hat gegenüber dem Stand der Technik insbesondere den Vorteil, daß die Entladung der thermo-chemischen Energie in dem Beladungsprozeß nicht zwingend über weitere Anlagenkomponenten in Form von Absorber- und Verdunstereinheiten erfolgt. Vielmehr kann zur Erzeugung von Wasserdampf zeitlich versetzt wiederum der im solaren Luftkollektor angeordnete Rieselkörper und zur anschließenden Absorption des Wasserdampfes wiederum die in der Kanaleinrichtung angeordneten Wärmetauscheroberflächen verwendet werden.Prefers provides a development of the invention that the thermo-chemical discharge process at least partially in the ducting using the herein arranged heat exchanger accomplished becomes. This embodiment has opposite the prior art in particular the advantage that the discharge the thermo-chemical energy in the loading process not mandatory over further system components in the form of absorber and evaporator units takes place. Rather, it can for the production of water vapor in turn offset in the solar air collector arranged Rieselkörper and for subsequent absorption the water vapor in turn arranged in the channel device Heat exchanger surfaces used become.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß der thermo-chemische Entladungsprozeß wenigstens teilweise in einer äußeren Absorptionswärmepumpe ausgeführt wird, welcher das konzentrierte Lösungsgemisch zugeführt wird. Bei der äußeren Absorptionswärmepumpe handelt es sich beispielsweise um eine konventionelle, evakuierte Einheit mit Verdunster und Absorber. Das konzentrierte Lösungsgemisch kann zum Beispiel über ein Leitungssystem der äußeren Absorptionswärmepumpe zugeführt werden. In vergleichbarer Weise kann dann ein in der äußeren Absorptionswärmepumpe erzeugtes, verdünntes Lösungsgemisch zur Regeneration oder Eindickung wieder an die Speichereinrichtung oder direkt in den solaren Luftkollektor zurückgeführt werden.at An advantageous embodiment of the invention can be provided be that the thermochemical Discharge process at least partly in an external absorption heat pump is performed, which is the concentrated mixed solution supplied becomes. For the external absorption heat pump For example, it is a conventional, evacuated Unit with evaporator and absorber. The concentrated mixed solution can over for example a conduit system of the external absorption heat pump supplied become. In a comparable way then in the outer absorption heat pump generated, diluted mixed solution for regeneration or thickening again to the storage device or returned directly to the solar air collector.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß das konzentrierte Lösungsgemisch mittels einer Rieseleinrichtung verteilt wird.at An advantageous embodiment of the invention can be provided be that that concentrated mixed solution is distributed by means of a trickle device.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß das erwärmte und gegenüber dem konzentrierten Lösungsgemisch verdünnte Lösungsgemisch zumindest teilweise der Speichereinrichtung zugeführt wird.A preferred embodiment of the invention provides that the heated and across from the concentrated mixed solution diluted mixed solution at least partially supplied to the memory device.
Nachfolgend werden vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung zum Temperieren eines Gebäudes näher erläutert.following Be advantageous embodiments of the device for tempering a building explained in more detail.
Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß der Wärmetauscher gemäß einer Bauart ausgewählt aus der folgenden Gruppe von Bauarten ausgeführt ist: direkter Luft-Wärmetauschermedium-Wärmetauscher und indirekter Wärmetauscher.at an expedient embodiment the invention can be provided that the heat exchanger according to a Type selected is made of the following group of types: direct air heat exchanger medium heat exchanger and indirect heat exchanger.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß ein Lüftungssystem, welches konfiguriert ist, einen natürlichen Luftstrom zum Transportieren der Luft erzeugt.A advantageous embodiment the invention provides that a Ventilation system, which is configured to carry a natural airflow the air produced.
Bevorzugt sieht eine Fortbildung der Erfindung vor, daß die Speichereinrichtung mit einer äußeren Absorptionswärmepumpe verbunden ist.Prefers provides a development of the invention that the memory device with an external absorption heat pump connected is.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Befeuchtungseinrichtung einen Rieselbefeuchter aufweist.at An advantageous embodiment of the invention can be provided be that the Humidifier has a trickle humidifier.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Befeuchtungseinrichtung oberhalb eines Pflanzenbereiches in einem Gewächshaus angeordnet ist. Die Befeuchtungseinrichtung kann höhenverstellbar oberhalb des Pflanzenbereiches in dem Gewächshaus gebildet sein. In einer Ausführung wird hierfür ein Seilzug genutzt, um die Befeuchtungseinrichtung, bei der es sich beispielsweise um einen Rieselbefeuchter handelt, auf die Pflanzen herabzulassen oder von diesen wieder zu entfernen.at An advantageous embodiment of the invention can be provided be that the Moistening device above a plant area in one Glasshouse is arranged. The moistening device can be adjusted in height be formed above the plant area in the greenhouse. In a execution will do this used a cable to the humidifier, which is itself For example, a trickle humidifier is on the plants let down or remove from them again.
Das beschriebene Verfahren und die erläuterte Vorrichtung können bevorzugt zur Klimatisierung oder Temperierung eines Gewächshauses verwendet werden. In einer Ausführung ist dann das Gewächshaus über eine auf Bodenebene angeordnete und verschließbar ausgeführte Öffnung mit einem Ausgang der Kanaleinrichtung und über eine in einer Dachebene angeordnete und verschließbar ausgeführte Öffnung mit einem Ausgang des solaren Luftkollektors verbunden. In einer möglichen Ausführungsform umfaßt die Befeuchtungseinrichtung eine teilweise lichtdurchlässige, verschiebbar oder ausrollbar ausgeführte Beschattungsvorrichtung im Dachbereich des Gewächshauses. Pflanzen können in dem Gewächshaus durch ihre Verdungstungsakivität zusätzliche Mengen an Wasserdampf erzeugen, welcher bei dem thermochemischen Entladungsprozeß von dem verteilten, konzentrierten Lösungsgemisch unter Ausnutzung der frei werdenden Verdampfungsenthalpie zum Erzeugen zusätzlicher thermischer Energie genutzt werden kann.The described method and the illustrated device can preferably be used for the air conditioning or temperature control of a greenhouse. In one embodiment, the greenhouse is then connected via an arranged on the ground level and closable opening with an outlet of the channel device and connected via a arranged in a roof level and closable executed opening with an output of the solar air collector. In one possible embodiment, the moistening device comprises a partially translucent, displaceable or rollable shading device in the roof area of the greenhouse. Plants can generate in the greenhouse by their Verdungstungsakivität additional amounts of water vapor, which in the thermochemical discharge process of the distributed, concentrated Lösungsge can be used to generate additional thermal energy using the released enthalpy of vaporization.
Die beschriebenen Prozesse, nämlich der Beladungsprozeß, der thermische Entladungsprozeß sowie der thermo-chemische Entladungsprozeß können nicht nur zeitlich sondern auch räumlich getrennt voneinander ausgeführt werden. Hierbei kann vorgesehen sein, die thermische Anlage nur für den Beladungsprozeß, insbesondere das Speichern der thermo-chemischen Energie in der Speichereinrichtung zu nutzen. Für den Absorptionsprozeß, das heißt den thermo-chemischen Ladungsprozeß werden dann ein äußerer Verdampfer sowie weitere solare Luftkollektoren oder auch anderer Wärmequellen verwendet, zum Beispiel eine Kompostanlage, ein Erdwärmesonde oder dergleichen zum Verdunsten des Lösungsmittels. Das konzentrierte Lösungsgemisch wird dann als ein Speichermedium behandelt und kann mittels Fahrzeug oder Rohrleitungssystem an weiter entfernte Orte transportiert werden In ähnlicher Weise kann dann das nach dem thermo-chemischen Entladungsprozeß verbleibende, verdünnte Lösungsgemisch zurücktransportiert werden.The described processes, namely the loading process, the thermal discharge process as well The thermo-chemical discharge process can not only time but also spatially run separately from each other become. This can be provided, the thermal system only for the Loading process, in particular the storage of thermo-chemical energy in the Memory device to use. For the absorption process, this means the thermo-chemical charging process then becomes an external evaporator as well as other solar air collectors or other heat sources used, for example, a composting system, a geothermal probe or the like for evaporating the solvent. The concentrated Solution mixture is then treated as a storage medium and can by means of vehicle or piping system to more distant locations In a similar way can then the remaining after the thermo-chemical discharge process, diluted mixed solution transported back become.
Ein wasserbasiertes Lösungsgemisch mit beispielsweise 40%iger Konzentration des gelösten Zusatzstoffes, bei dem es sich in funktioneller Hinsicht um ein Absorptionsmittel handelt, welches auf 20 % verdünnbar ist, enthält pro Liter dann 0,6 kWh Energie. Dieses ist etwa der zehnfache Betrag der thermischen Speicherkapazität von Wasser bei Beladung von 30 °C auf 80 °C und entspricht etwa dem Energiegehalt von 5 Gramm Rohöl. Zur weiteren Erhöhung der Effizienz kann der Stoff und Energietransport entsprechend dem Entladungsprozeß von konventionellen Wärmepumpen im Vakuum ablaufen.One water-based mixed solution with, for example, 40% concentration of the dissolved additive in which it is functionally an absorbent, which can be diluted to 20% is, contains then 0.6 kWh of energy per liter. This is about ten times the amount the thermal storage capacity of water when loaded at 30 ° C at 80 ° C and corresponds approximately to the energy content of 5 grams of crude oil. To further increase the efficiency can be the substance and energy transport according to the Discharge process of conventional Heat pumps run off in a vacuum.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindungdescription preferred embodiments the invention
Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Figuren einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:The Invention will be described below with reference to preferred embodiments explained in more detail with reference to figures of a drawing. Hereby show:
Die
Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die
Während eines
Beladungsprozesses, der beispielsweise während der Sommermonate stattfindet,
wird ein solarer Luftkollektor
Zunächst wird
das Lösungsgemisch
L erwärmt,
Wasser verdunstet aus dem Lösungsgemisch L,
und die Konzentration von Inhaltsstoffen S in dem Lösungsgemisch
L wird erhöht.
Die in Abhängigkeit von
einer Luftsättigung
und einer erzielbaren Temperatur erreichbare, maximale Konzentration
des Lösungsgemisches
LK wird in einer bestimmten Aufenthaltszeit des Lösungsgemisches
L in dem solaren Luftkollektor mittels eines ein- oder mehrfachen Überströmen des
geneigten oder auch senkrecht angeordneten Rieselbefeuchters
Weiterhin
wird der Feuchtigkeitsfilm in dem solaren Luftkollektor
Ein
in dem Konzentratspeicher
Um
die Taupunkttemperatur der Luft zu unterschreiten und die Luft im
geschlossenen System konstant zu entfeuchten, muß ein Kühlmedium bereitgestellt werden.
Dieses wird aus einem Wärme-/Kältespeicher
Bei
zunehmender Erwärmung
der Speichereinrichtung wird die benötigte Taupunkttemperatur zur
Luftentfeuchtung ab einem bestimmten Punkt überschritten. In diesem Fall
kann ein Teil des Speichervolumens über den Wärmetauscher
Während des
Beladungsprozesses dient ein Teil der Speichermasse beispielsweise
als Puffer-Wärmespeicher
für eine
erste Heizperiode im beginnenden Winter oder für die Beheizung in einem Gewächshaus
Mittels
Unterteilung des Wärmetauschers
Eine
Entladung der Speichereinrichtung, welche in dem dargestellten Ausführungsbeispiel den
Konzentratspeicher
In
kälteren
Jahreszeiten kann das erwärmte Lösungsgemisch
L bei Entladung des thermischen Speicherpotentials über den
Wärmetauscher
Bei
Verwendung eines Flüssigkeit-Luft-Wärmetauschers
in der Direktkontakt-Bauart wird die erwärmte Flüssigkeit auf einer offenen
Oberfläche
hierbei nicht verdunstet, da ein hygroskopisch wirkender Anteil
der gelösten
Inhaltsstoffe S dies verhindert, solange eine bestimmte Konzentration
des Lösungsgemisches
L nicht unterschritten wird. Die Konzentration kann mittels Verdünnen aber
gezielt soweit herabgesetzt werden, daß die Raumluft sich entsprechend einer
eingestellten Heiztemperatur nicht nur erwärmt, sondern auch auf einen
bestimmbaren Wasseranteil hin befeuchtet wird. Um eine ungewünschte Überbefeuchtung
der Raumluft beim Heizen zu verhindern, muß eine durchgehende Mindestrestkonzentration des
Lösungsgemisches
L in der Speichereinrichtung unter Berücksichtigung des verwendeten
Inhaltsstoffes S bei der Auslegung des Gesamtsystems berücksichtigt
werden. Der in der Speichereinrichtung angeordnete, weitere Wärmetauscher
Die
Verwendung des Wärmetauschers
Weiterhin
ist ein thermo-chemischer Entladungsprozeß vorgesehen, insbesondere
während sonniger
und wärmerer
Winterperioden. Das Lösungsgemisch
L in der Speichereinrichtung kann mittels Bereitstellung des konzentrierten
Lösungsgemisches
LK mehrmals wieder erwärmt
werden. Mit Hilfe der Wiederbeladung kann ein saisonaler Wärmespeicher
insgesamt kleiner dimensioniert werden. Hierzu wird Wasser W, beispielsweise
Leitungs-, Regen- oder auch Meerwasser zur Luftbefeuchtung in den solaren
Luftkollektor
Wie
sich aus
Der
Wärmetauscher
Die
beschriebenen Prozesse der Speicherbeladung (vgl. Erläuterung
zu
Das konzentrierte Lösungsgemisch LK wird dann als Speichermedium gehandelt und kann über Fahrzeuge oder Rohrsysteme an weiter entfernte Orte transportiert und als verdünntes Lösungsgemisch wieder zurücktransportiert werden. Ein Lösungsgemisch mit beispielsweise 40%-iger Konzentration des Absorptionsmittels, welches auf 20% verdünnbar ist, enthält pro Liter dann etwa 0,6kWh Energie in Form von potentieller Verdampfungsenthalpie. Dies ist etwa der 10-fache Wert der thermischen Speicherkapazität von Wasser bei Beladung von 30°C auf 80°C und entspricht etwa dem Energiegehalt von 5 Gramm Rohöl.The concentrated mixed solution LK is then traded as a storage medium and can be accessed via vehicles or pipe systems transported to more distant locations and as diluted mixed solution transported back again become. A mixed solution with, for example, 40% concentration of the absorbent, which can be diluted to 20% is, contains then about 0.6kWh energy in the form of potential enthalpy of vaporization per liter. This is about 10 times the thermal storage capacity of water at a loading of 30 ° C at 80 ° C and corresponds approximately to the energy content of 5 grams of crude oil.
Zur
Erhöhung
der Effizienz kann der Stoff- und Energietransport bei dem Entladungsprozeß zwischen
Komponenten des externen Verdampfers
Der
Stoff- und Energietransport im Vakuum kann auch zur solaren Kühlung eingesetzt
werden, indem die Wärme
für den
Verdunstungsprozeß im
externen Verdampfer
Ein
weiterer Anwendungsfall ist die Gewinnung von Wasser aus der Umgebungsluft
bei hohen Luftfeuchtewerten. Hierfür wird das konzentrierte Lösungsgemisch
LK über
den Rieselkörper
des Wärmetauschers
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen von Bedeutung sein.The in the foregoing description, claims and drawings Features of the invention can both individually and in any combination for the realization of the invention in its various embodiments of importance be.
- 11
- Luftkanalair duct
- 22
- Wärmetauscherheat exchangers
- 33
- solarer Luftkollektorsolar air collector
- 44
- RieselbefeuchterRies humectants
- 55
- Konzentratspeicherconcentrate memory
- 66
- weiterer WärmetauscherAnother heat exchangers
- 77
- Ventilatorfan
- 88th
- Wärme-/KältespeicherHeat / cold storage
- 99
- GewächshausGlasshouse
- 10a10a
- externer Verdampfer einer Absorptionswärmepumpeexternal Evaporator of an absorption heat pump
- 10b10b
- externer Absorberexternal absorber
- 1111
- Gebäudebuilding
- 1212
- ÜberlaufvorrichtungOverflow device
- 13a, 13b13a, 13b
- Klappeflap
- 1414
-
Klappe
zwischen Luftkanal
1 und Gewächshaus9 Flap between air duct1 and greenhouse9 - 1515
-
Klappen
zwischen Luftkanal
1 und Gebäude11 Flaps between air duct1 and buildings11 - 1616
- schließbare Klappeclosable flap
- SS
- Inhaltsstoff eines Lösungsgemisches Lingredient a solution mixture L
- LL
- Lösungsgemischmixed solution
- LKLK
- konzentriertes Lösungsgemischconcentrated mixed solution
- LVLV
- verdünntes Lösungsgemischdiluted mixed solution
- WW
- Wasserwater
- MWMW
- Meerwasserseawater
- MWKMWK
- konzentriertes Meerwasserconcentrated seawater
Claims (20)
Priority Applications (2)
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102011108601A1 (en) * | 2011-07-27 | 2013-01-31 | Winfried Thielecke | Cooling mechanism for cooling building surface, and for use on roof, has moisture sensor, where electrical controller disables distributor when measured moisture exceeds predetermined value |
EP3674646A1 (en) * | 2018-12-31 | 2020-07-01 | Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives | System for thermochemical storage/release of energy with wet air at a thermodynamic dehydration temperature lowered by a dehumidification device |
FR3091341A1 (en) * | 2018-12-31 | 2020-07-03 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | THERMOCHEMICAL WET AIR ENERGY STORAGE / RELEASE SYSTEM WITH THERMODYNAMIC DEHYDRATION TEMPERATURE LOWERED BY A DEHUMIDIFIER |
-
2006
- 2006-10-23 DE DE102006050270A patent/DE102006050270A1/en not_active Withdrawn
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102011108601A1 (en) * | 2011-07-27 | 2013-01-31 | Winfried Thielecke | Cooling mechanism for cooling building surface, and for use on roof, has moisture sensor, where electrical controller disables distributor when measured moisture exceeds predetermined value |
EP3674646A1 (en) * | 2018-12-31 | 2020-07-01 | Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives | System for thermochemical storage/release of energy with wet air at a thermodynamic dehydration temperature lowered by a dehumidification device |
FR3091341A1 (en) * | 2018-12-31 | 2020-07-03 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | THERMOCHEMICAL WET AIR ENERGY STORAGE / RELEASE SYSTEM WITH THERMODYNAMIC DEHYDRATION TEMPERATURE LOWERED BY A DEHUMIDIFIER |
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