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Die Erfindung betrifft eine Schutzverglasungsvorrichtung mit einer transparenten Schutzscheibe zur Abdeckung einer innenraumseitigen Oberfläche einer Gebäudeaußenstruktur, wobei eine Luftschicht in einem Luftspalt zwischen der Schutzscheibe und der Oberfläche vorhanden ist sowie ein Gebäude mit einer derartigen Schutzverglasungsvorrichtung und ein Verfahren zur Verwendung der Schutzverglasungsvorrichtung.
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Schutzmaßnahmen mit transparenten Schutzscheiben werden häufig für den Schutz von baufestem Kulturgut an innenraumseitigen Oberflächen einer Gebäudeaußenstruktur verwendet. Die Anwendungen von Schutzscheiben reichen von begehbaren Glasplatten als Bodenabdeckung von Ausgrabungen in Gebäuden oder Schutzverglasungen an Wänden zum Schutz der Wände, bzw. deren Oberflächen vor äußeren Einflüssen. Die zu schützende Sache bleibt dabei für Nutzer sichtbar. Häufig finden sich derartige transparente Schutzmaßnahmen in Ausstellungsbereichen wie Museen, Kirchen oder Ausgrabungsstätten.
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Als transparente Schutzmaßnahmen ausgeführte Schutzverglasungsvorrichtungen können auch zu Wärmedämmzwecken verwendet werden. Die Anordnung einer transparenten Schutzscheibe zur Abdeckung einer innenraumseitigen Oberfläche einer Gebäudeaußenstruktur, z. B. vor einer Wand, erfolgt immer mit einem Abstand von mehreren Zentimetern, da die Oberfläche der Schutzscheibe nicht plan zu der abzudeckenden Oberfläche passt. Es verbleibt eine Luftschicht in einem Luftspalt zwischen der z.B. Wandoberfläche und der Schutzscheibenoberfläche. Durch die dampfdichte Eigenschaft der Schutzscheibe, z.B. aus Glas, entstehen aus bauphysikalischer Sicht Effekte, die zu ungünstigen, Schimmelbildung begünstigenden Bedingungen am Gebäude, den abgedeckten Oberflächen und in den in entsprechenden Luftspalten eingeschlossenen Luftschichten führen können. Um dies zu vermeiden, werden transparente Schutzscheiben üblicherweise belüftet angeordnet. Die Anordnung einer transparenten Schutzscheibe mit belüfteter Luftschicht weist derart nur sehr geringe wärmedämmende Wirkung auf. Werden wärmedämmende Eigenschaften gewünscht, kommen deshalb wärmedämmende Systeme zum Einsatz, wie z.B. Innendämmsysteme, unter denen, aufgrund ihrer opaken Bauweise, die originale Oberfläche verschwindet, d.h. nicht mehr sichtbar ist.
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Insbesondere bei Schutzverglasungsvorrichtungen, die als transparente Bodenabdeckungen verwendet werden, erfolgt der Einbau häufig wesentlich dichter, d.h. mit nur sehr eingeschränkter Belüftungsmöglichkeit, damit bei einer Begehbarkeit keine Fugen z.B. für herabfallenden Schmutz entstehen. Dadurch entstehen ungünstige hygienische Bedingungen, die zu einer Schimmelbildung an der abgedeckten Oberfläche und damit zu einer Schädigung des baufest an der Gebäudeaußenstruktur vorhandenen zu schützenden Objektes führen kann.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schutzverglasungsvorrichtung und ein Verfahren zu deren Verwendung bereitzustellen, die die Nachteile des Standes der Technik verringert, wobei eine verbesserte, insbesondere energieeffiziente Vermeidung von Schimmelbildung ermöglicht werden soll.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 6 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.
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Eine erfindungsgemäße Schutzverglasungsvorrichtung weist eine transparente Schutzscheibe, z.B. aus Glas und/oder Kunststoff, zur Abdeckung einer innenraumseitigen Oberfläche einer Gebäudeaußenstruktur auf, wobei eine Luftschicht in einem Luftspalt zwischen der Schutzscheibe und der Oberfläche vorhanden ist. Erfindungsgemäß sind eine Messvorrichtung zur Messung von Schimmelbildungsparametern in dem Luftspalt und eine eine Regelung aufweisende Luftkonditionierungsvorrichtung vorhanden. Die Regelung ist eingerichtet, mittels der Luftkonditionierungsvorrichtung eine Konditionierung der Luftschicht durch Regelung der Schimmelbildungsparameter zur Vermeidung von Schimmelbildung auf der Oberfläche vorzunehmen.
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Derart wird eine transparente raumseitige Dämm- und Schutzverglasung mit einer Einrichtung zur Schimmelpilzvermeidung bereitgestellt. Die Schutzscheibe dient als transparente Schutz- und Dämmschicht, hinter der durch die Konditionierung der Luftschicht aus bauphysikalischer Sicht hygienische Verhältnisse herrschen und die Dauerhaftigkeit der abgedeckten Bauteile der Gebäudeaußenstruktur gewährleistet ist. Durch die Regelung der Schimmelbildungsparameter wird die Entstehung günstiger Schimmelwachstumsbedingungen energieeffizient vermieden. Über die Regelung kann die Konditionierung der Luftschicht energetisch optimiert, z.B. durch Beheizung oder Luftfeuchteregelung der Luftschicht erfolgen. Zwischen der innenraumseitigen Oberfläche (originalen Oberfläche) und der durch die Schutzscheibe realisierten transparenten Wärmedämmung werden die Schimmelbildungsparameter zur Vermeidung von Schimmelbildung auf der Oberfläche derart geregelt. Die eingesetzte Energie zur Vermeidung von kritischen Luftzuständen, d.h. für Schimmelbildung günstigen Werten der Schimmelbildungsparameter in dem Luftspalt, durch die Konditionierung der Luftschicht ist dabei kleiner als die eingesparten Transmissionswärmeverluste durch die Schutzscheibe und den Luftspalt, die eine energetische Sanierungsmaßnahme darstellen können.
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In einigen Ausführungsformen der Erfindung ist die Messvorrichtung zur Messung von Temperatur und/oder Luftfeuchtigkeit der Luftschicht und/oder der Oberflächentemperatur der Oberfläche als Schimmelbildungsparameter eingerichtet. Temperatur und/oder Luftfeuchtigkeit der Luftschicht und/oder der Oberflächentemperatur der Oberfläche sind die wesentlichen und leicht zu regelnden relevanten Parameter der Schimmelbildung in dem Luftspalt.
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Die Regelung der Schimmelbildungsparameter kann effizent erfolgen, wenn die Luftkonditionierungsvorrichtung eine Luftheizung zum Beheizen der Luftschicht in dem Luftspalt und/oder eine Trockenlufteinblasvorrichtung zum Reduzieren der Luftfeuchtigkeit der Luftschicht in dem Luftspalt zur Konditionierung der Luftschicht durch Regelung der Schimmelbildungsparameter aufweist.
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Wenn Abschlussmittel zum Vermeiden von konvektiven Luftströmungen in die Luftschicht in dem Luftspalt der Schutzverglasungsvorrichtung vorhanden sind, kann eine gute Wärmedämmwirkung durch die erfindungsgemäße Schutzverglasungsvorrichtung erreicht werden. Für eine maximale Dämmwirkung wird die Luftschicht möglichst dicht eingeschlossen. Ein kompletter konvektionsdichter Abschluss ist bei baustellentypischen Bedingungen, bei üblicher Nutzung und angesetzter Lebensdauer nur schwer erreichbar. Keimfähige Schimmelpilzsporen können deshalb über Undichtigkeiten in den Luftspalt über konvektiven Transport eindringen. Die dadurch mögliche Schimmelpilzbildung in der eingeschlossenen Luftschicht, bzw. an der überdeckten Oberfläche, wird über die Konditionierung der Luftschicht durch Regelung der Schimmelbildungsparameter vermieden.
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Bei einem Gebäude mit einer erfindungsgemäßen Schutzverglasungsvorrichtung bildet die Gebäudeaußenstruktur eine Außenwand aus oder die Gebäudeaußenstruktur bildet einen Boden des Gebäudes aus, wobei die Schutzscheibe den Boden abdeckt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Verwendung einer erfindungsgemäßen Schutzverglasungsvorrichtung weist die folgenden Regelungsverfahrensschritte auf: Bestimmung der Schimmelbildungsparameter mittels der Messvorrichtung, Übernahme eines Schimmelbildungskritizitätswertes aus einem biohygrothermischen Modell für Schimmelbildung in Abhängigkeit von den Schimmelbildungsparametern, und Konditionierung der Luftschicht durch Regelung der Schimmelbildungsparameter mittels der Luftkonditionierungsvorrichtung wenn der Schimmelbildungskritizitätswert ein Kritizitätskriterium verletzt. Wenn das Kritizitätskriterium nicht verletzt wird, also keine kritischen Luftzustände im Luftspalt vorhanden sind, erfolgt keine Konditionierung der Luftschicht. Derart wird eine besonders energieeffiziente Schimmelbildungsvermeidung ermöglicht, da nur dann Energie zur Konditionierung der Luftschicht aufgewendet werden muss, wenn aufgrund der Verletzung des Kritizitätskriteriums mit Schimmelbildung zu rechnen wäre. Die Berechnung der kritischen Luftzustände im Luftspalt wird derart durchgeführt, dass ein energieoptimierter Einsatz der zur Konditionierung erforderlichen elektrischen Energie, z.B. für eine Beheizung, erfolgt. Die derartige energieeffiziente Beheizung erfolgt so nur zu Zeiten von für Schimmelpilzwachstum günstigen Bedingungen.
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Das Isoplethenmodel kann dabei die hygrothermischen Wachstumsvoraussetzungen von Schimmelpilz beschreiben und besteht aus einem von Temperatur und/oder der relativen Feuchte abhängigen Kurvensystem, den sogenannten Isoplethen, die z.B. im Fall der Vorhersage von Sporenkeimung Sporenkeimungszeiten, im Fall der Beschreibung des Myzelwachstums Wachstum pro Zeiteinheit als den Schimmelbildungskritizitätswert definierende Parameter darstellen. Derartige biohygrothermische Modelle sind z.B. aus der
DE 10137889 A1 bekannt. Das biohygrothermische Modell kann als Schimmelbildungskritizitätswert auch z.B. eine maximale relative Luftfeuchtigkeit und/oder eine relative Oberflächenfeuchtigkeit in Abhängigkeit von den Schimmelbildungsparametern angeben, bei denen Schimmelbildung auftritt, weshalb die entsprechenden Werte als Kritizitätskriterium nicht überschritten werden dürfen.
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In einigen Ausführungsformen der Erfindung erfolgt die Konditionierung in einer vorgegebenen Zeitdauer, woraufhin die Konditionierung gestoppt und darauffolgend die Regelungsverfahrensschritte wiederholt werden. Derart wird eine ständige, d.h. in aufeinanderfolgenden Zeitintervallen mit Länge der Zeitdauer wiederkehrende, Überwachung des Kritizitätskriteriums ermöglicht, wobei bei Erreichen, d.h. nicht mehr Verletzen, des Kritizitätskriteriums energiesparend keine Konditionierung mehr vorgenommen wird.
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Um eine stabile Regelung der Schimmelbildungsparameter mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zu gewährleisten, kann nach Erreichen der Einhaltung des Kritizitätskriteriums die Konditionierung der Luftschicht in einer Nachlaufzeit fortgesetzt werden. Durch die zusätzliche Nachlaufzeit wird ein Schwingen, d.h. ein ständiges kurzfristiges Ein- und Ausschalten der Konditionierung der Luftschicht, vermieden.
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In einigen Ausführungsformen der Erfindung erfolgt die Bestimmung der Schimmelbildungsparameter bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durch Bestimmung von Messwerten der Oberflächentemperatur der innenraumseitigen Oberfläche und der relativen Luftfeuchtigkeit und Lufttemperatur der Luftschicht. Aus den Messwerten kann eine Berechnung einer Oberflächenfeuchte erfolgen, wobei das biohygrothermische Modell eine kritische Oberflächenfeuchte als Schimmelbildungskritizitätswert angibt. Da die Oberflächenfeuchte den wesentlichen Parameter für eine Schimmelbildung an der innenraumseitigen Oberfläche darstellt, wird derartig eine Schimmelbildung auf der Oberfläche am sichersten vermieden.
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In einigen Ausführungsformen der Erfindung wird zur Übernahme des Schimmelbildungskritizitätswertes eine Bestimmung des Wassergehaltes einer Schimmelpilzspore (Modellspore) auf der Oberfläche der Gebäudeaußenstruktur aus dem Durchgang von Wasserdampf als Diffusionsprozess durch eine Sporenwand der Schimmelpilzspore und eine Bestimmung, ob der Wassergehalt der Spore den für die Auskeimung und/oder das Wachstum der Schimmelpilzspore erforderlichen Wassergehalt erreicht oder überschreitet, durchgeführt. Das biohygrothermische Modell beschreibt dabei den Durchgang von Wasserdampf als Diffusionsprozess durch eine Sporenwand der Schimmelpilzspore und ob der Wassergehalt der Spore den für die Auskeimung und/oder das Wachstum der Schimmelpilzspore erforderlichen Wassergehalt erreicht oder überschreitet, wie in der
DE 10137889 A1 beschrieben.
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Dadurch kann exakt die Konditionierung der Luftschicht, z.B. durch Beheizung, auf die Zeiten eines Risikos von mikrobiellem Bewuchs durch Schimmel beschränkt werden. Dazu dient der Regelalgorithmus unter Zugrundelegung eines biohygrothermischen Berechnungsmodells, welches als Computerprogramm implementiert sein kann. Dies erlaubt die Beurteilung des Schimmelpilzrisikos unter den gemessenen realen instationären Verläufen der gemessenen Oberflächentemperatur und der berechneten Oberflächenfeuchte der innenraumseitigen Oberfläche der Gebäudeaußenstruktur.
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Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beruht auf der Berechnung des Feuchtegehaltes einer sich auf der Wandoberfläche befindlichen fiktiven Modellspore als Schimmelbildungskritizitätswert. Ist ein temperatur- und substratabhängiger Grenzwassergehalt als Kritizitätskriterium erreicht, ist nach diesem Modell die Spore ausgekeimt und das Myzelwachstum kann beginnen. Dieser berechnete Keimungsgrad kann für die Regelung der Schimmelbildungsparameter durch Konditionierung der Luftschicht, z.B. eine Beheizungsregelung, genutzt werden, um die Luftschicht in dem Luftspalt exakt, nur zu den wirklich für die Schimmelpilzvermeidung erforderlichen Zeiten zu beheizen bzw. z.B. mit trockener Luft zu konditionieren.
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Besondere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Schutzverglasungsvorrichtung.
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In 1 ist eine erfindungsgemäße Schutzverglasungsvorrichtung 1 mit einer transparenten Schutzscheibe 3 zur Abdeckung einer innenraumseitigen Oberfläche 4 einer Außenwand 5 als Gebäudeaußenstruktur schematisch dargestellt, wobei eine Luftschicht in einem Luftspalt 7 zwischen der Schutzscheibe 3 und der Oberfläche 4 vorhanden ist. An den Rändern der Schutzscheibe 3 sind zwischen der Schutzscheibe 3 und der Außenwand 5 Abschlussmittel 8 zum Vermeiden von konvektiven Luftströmungen aus der Raumluft 9 in einem durch die Außenwand 5 begrenzten Innenraum in die Luftschicht in dem Luftspalt 7 der Schutzverglasungsvorrichtung 1 vorhanden. Die Schutzscheibe 3 stellt eine transparente Innendämmung dar, die einen Wärmeenergiefluss aus dem Innenraum an die Außenluft 10 reduziert.
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Es ist eine Messvorrichtung zur Messung von Schimmelbildungsparametern in dem Luftspalt 7 vorhanden. Die Messvorrichtung ist zur Messung von Temperatur und Luftfeuchtigkeit der Luftschicht und der Oberflächentemperatur der Oberfläche als Schimmelbildungsparameter eingerichtet. Dazu weist die Messvorrichtung Temperatur- und Feuchtesensoren 14 jeweils an der innenraumseitigen Oberfläche 4 der Außenwand 5 und in dem Luftspalt 7 auf. Weiter ist eine eine Regelung 15 aufweisende Luftkonditionierungsvorrichtung 16 vorhanden, die eine Luftheizung 17 zum Beheizen der Luftschicht in dem Luftspalt 7 und eine Trockenlufteinblasvorrichtung 18 zum Reduzieren der Luftfeuchtigkeit der Luftschicht in dem Luftspalt 7 zur Konditionierung der Luftschicht durch Regelung der Schimmelbildungsparameter aufweist. Die Regelung 15 ist eingerichtet, mittels der Luftkonditionierungsvorrichtung eine Konditionierung der Luftschicht durch Regelung der Schimmelbildungsparameter zur Vermeidung von Schimmelbildung auf der Oberfläche vorzunehmen. Dazu ist die Regelung mit den Temperatur- und/oder Feuchtesensoren 14, der Trockenlufteinblasvorrichtung 18 und der Luftheizung 17 zum Datenaustausch und zur Steuerung verbunden. Die relative Luftfeuchte in der Luftschicht kann beheizt und/oder durch Einblasen von trockener Luft geregelt reduziert werden.
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Eine energieeffiziente Beheizung kann z.B. erreicht werden, wenn die Luftheizung 17 elektrische Heizkabel aufweist, an denen Wärmeenergie freigegeben wird. Die Anordnung der Heizkabel erfolgt im Scheibenzwischenraum, d.h. in dem Luftspalt 7. Die Vermeidung von Schimmelpilzwachstum, und damit von Schimmelbildung, kann auch über eine Konditionierung der Luftschicht mit Trockenluft erfolgen, die entsprechend einer Beheizung nur zu den erforderlichen Zeiten, d.h. wenn ein Schimmelbildungskritizitätswert ein Kritizitätskriterium verletzt, mittels der Trockenlufteinblasvorrichtung 18 eingebracht wird. Die wärmedämmende Eigenschaft der bestehenden Außenwand 5 oder einer Bodenanordnung als Gebäudeaußenstruktur sowie die der transparenten Schutz- und Wärmedämmschicht, also der Schutzscheibe 3, ist dabei ein wichtiger Parameter für die Anordnung und Auslegung, z.B. Berechnung, der Heizkabel bzw. Einbringung der Trockenluft.
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Die Verwendung der erfindungsgemäßen Schutzverglasungsvorrichtung 1 erfolgt mittels Durchführung der folgenden Regelungsverfahrensschritte: Bestimmung der Schimmelbildungsparameter mittels der Messvorrichtung, Übernahme eines Schimmelbildungskritizitätswertes aus einem biohygrothermischen Modell für Schimmelbildung in Abhängigkeit von den Schimmelbildungsparametern, und Konditionierung der Luftschicht durch Regelung der Schimmelbildungsparameter mittels der Luftkonditionierungsvorrichtung 16 und deren Regelung 15, wenn der Schimmelbildungskritizitätswert ein Kritizitätskriterium verletzt, wodurch ein kritischer Luftzustand festgestellt wird.
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Zum Feststellen des kritischen Luftzustandes wird also zunächst eine Bestimmung der Schimmelbildungsparameter durch Messung des Luftzustandes, z.B. der Lufttemperatur und Luftfeuchtigkeit und der Oberflächentemperatur an der originalen Oberfläche 4 vorgenommen. Bei Erreichen des kritischen Luftzustandes wird z.B. das elektrische Heizkabel aktiviert und nach einer vorgegebenen Zeitdauer automatisch abgeschaltet. Die Feststellung, ob ein kritischer Luftzustand erreicht ist, erfolgt anhand eines biohygrothermischen Modells für Schimmelpilzwachstum, aus dem der Schimmelbildungskritizitätswert zum Abgleich mit dem Kritizitätskriterium übernommen wird. Dieser Vorgang wird so lange wiederholt bis der gewünschte Luftzustand erreicht wird. Der gleiche Vorgang findet bei der Anwendung von getrockneter Luft statt.
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Zur sicheren Vermeidung von Schimmelpilzwachstum bei gleichzeitig möglichst minimalem Energieeinsatz für die elektrische Beheizung der Luftschicht hinter der transparenten Dämmung 3 können verschiedene Regelungsstrategien eingesetzt werden. Bei der Konditionierung mit trockener Luft gilt entsprechendes. Bei einer besonders einfachen Regelung wird anhand der mittels eines an der Oberfläche 4 angeordneten Temperatursensors 14 gemessenen Oberflächentemperatur der innenraumseitigen Oberfläche 4 unter Verwendung der messtechnisch mittels des in dem Luftspalt 7 angeordneten Temperatur und Feuchtesensoren 14 ermittelten relativen Luftfeuchte und - temperatur im Luftspalt 7 die Oberflächenfeuchte der innenraumseitigen Oberfläche 4 durch, z.B. die Regelung 15, rechnerisch ermittelt. Aus dem biohygrothermische Modell wird dann ein Schimmelbildungskritizitätswert ermittelt, der z.B. als eine kritische Oberflächenfeuchte von 80% angegeben sein kann, was ein temperaturunabhängiges Kriterium darstellt. Als Kritizitätskriterium kann dabei gelten: Ein kritischer Luftzustand ist erreicht, wenn die rechnerisch ermittelte Oberflächenfeuchte größer als der Schimmelbildungskritizitätswert ist, d.h. wenn z.B. der rechnerisch ermittelte Wert der Oberflächenfeuchte 80% relative Feuchte erreicht, wobei ein Sicherheitspuffer eingerechnet werden kann, d.h. z.B. eine relative Feuchte von 75% erreicht werden muss. Dann wird z.B. die elektrische Beheizung eingeschaltet. Diese Beheizung erfolgt z.B. so lange bis die Oberflächenfeuchte unterhalb von z.B. 75% relative Feuchte liegt plus einer Nachlaufzeit, um ein Schwingen, d.h. ein ständiges kurzfristiges Ein- und Ausschalten der Konditionierung, zu vermeiden.
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Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Ansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Ansprüche und die vorstehende Beschreibung „erste“ und „zweite“ Ausführungsformen definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Ausführungsformen, ohne eine Rangfolge festzulegen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10137889 A1 [0014, 0018]
