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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zum Temperieren von Räumen mit wenigstens einem thermospeicherfähiges Material
aufweisenden Luftkanal, welcher von der zu temperierenden Raumluft
unter Abgabe von Wärmeenergie
an das thermospeicherfähige
Material durchströmt
werden kann. Außerdem
betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Temperieren
von Räumen, bei
dem wenigstens ein thermospeicherfähiges Material aufweisender
Luftkanal von der zu temperierenden Raumluft unter Abgabe von Wärmeenergie
an das thermospeicherfähige
Material durchströmt
wird.
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Vorrichtungen der eingangs genannten
Art sind beispielsweise aus der
DE-U-299 22 798.7 bekannt. Diese Vorrichtungen
besitzen einen Luftkanal, durch welchen eine zu kühlende Raumluft
durch Konvektion oder zwangsgeführt
mittels eines Gebläses an
einem thermospeicherfähigen
Material, insbesondere einem Phasenübergangsmaterial, vorbeigeführt wird,
um die Raumluft unter Abgabe von Wärmeenergie an das thermospeicherfähige Material
abzukühlen.
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Der Einsatz des thermospeicherfähigen Materials
erfordert Regenerierungsphasen, in welchen das Material die aufgenommene
Wärmeenergie
wieder abgeben kann. Um diese Regenerierungsphasen zu beschleunigen,
weist die in der
DE-U-299 22 798.7 beschriebene
Vorrichtung ein aktives Kühlsystem
auf. Konkret ist ein Kühlwasserkreislauf
vorgesehen, durch welchen eine aktive Kühlung des thermospeicherfähigen Materials über einen
Wasserkreislauf erfolgt, der wiederum luftgekühlt ist. Mittels dieses aktiven
Kühlsystems
wird zwar gewährleistet, daß das thermospeicherfähige Material über Nacht vollständig regeneriert
wird, um am nächsten
Tag wieder in effektiver Weise zur Kühlung bereitzustehen. Es wird
jedoch zum Teil als nachteilig angesehen, daß das Kühlsystem mit einem Kühlwasserkreislauf
und einer zusätzlichen
Luftkühlung
aufwendig ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist daher, eine Raumluftkühlvorrichtung
bzw. ein Raumluftkühlverfahren
bereitzustellen, die bzw. das eine effektive Klimatisierung gewährleistet
und außerdem wirtschaftlich
ist.
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Diese Aufgabe ist bei der Vorrichtung
der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Luftkanal
einlaßseitig
mit einem Außenluftzuführkanal
verbunden bzw. verbindbar ist, um zum Abkühlen des thermospeicherfähigen Materials
kühle Außenluft
durch den Luftkanal zu führen, wobei
der Luftkanal in den zu temperierenden Raum mündet oder mit einem Auslaßkanal verbunden
bzw. verbindbar ist, um die erwärmte
Außenluft
wieder zur Raumaußenseite
auszustoßen.
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Des weiteren ist die Aufgabe bei
dem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß zum Abkühlen des
thermospeicherfähigen
Materials kühle
Außenluft
durch den Luftkanal geführt
und aus dem Luftkanal in den zu temperierenden Raum oder wieder
zur Raumaußenseite
ausgestoßen
wird.
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Die Erfindung beruht auf der Überlegung, daß insbesondere
nachts die ohnehin zur Verfügung stehende
kühle Außenluft
unmittelbar zur Regenerierung des thermospeicherfähigen Materials
eingesetzt werden kann.
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Das erfindungsgemäße Kühlsystem ist einfach und preiswert,
da die vorhandene Außenluft
direkt zur Kühlung
benutzt wird und kein gesonderter Wasserkreislauf wie im Stand der
Technik benötigt wird.
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Im Fall von vertikalen Systemen der
erfindungsgemäßen Vorrichtung,
bei denen sich der Außenluftzuführkanal
oberhalb des Auslasses des Luftkanals befindet, kann zur Förderung
von Außen- und/oder
Raumluft durch den Luftkanal die freie Luftkonvektion ausgenutzt
werden. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist
jedoch eine Fördereinrichtung
vorgesehen, um die Raumluft und/oder die Außenluft durch den Luftkanal
zu transportieren, welche beispielsweise als Ventilator oder Gebläse ausgeführt sein
kann. Der Betrieb eines horizontalen Systems einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
kann im Gegensatz zu einem vertikalen System nicht aufgrund freier
Luftkonvektion erfolgen, so daß in
diesem Fall eine Fördereinrichtung
notwendig ist.
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Zweckmäßigerweise ist eine Steuerung
vorgesehen, mittels der die Vorrichtung zwischen einem Raumkühlbetrieb,
in welchem Raumluft durch den Luftkanal geführt wird, um unter Wärmeabgabe
an das thermospeicherfähige
Material die Raumluft zu kühlen,
und einem Systemkühlbetrieb,
in welchem Außenluft
durch den Luftkanal geführt
wird, um das thermospeicherfähige
Material unter Wärmeabgabe an
die Außenluft
zu kühlen,
umgeschaltet werden kann. Dabei ist im Raumkühlbetrieb die Verbindung zu
dem Außenluftzuführkanal
unterbrochen und der Luftkanal einlaßseitig mit dem zu temperierenden Raum
verbunden, während
im Systemkühlbetrieb
die Verbindung zum Raum unterbrochen und der Luftkanal einlaßseitig
mit dem Außenluftzuführkanal
verbunden wird.
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In bevorzugter Weise sind die Wände des Luftkanals
von innen mit thermospeicherfähigem
Material belegt. Dies bewirkt den unmittelbaren Kontakt des thermospeicherfähigen Materials
mit der kühlen Außenluft
bzw. mit der Raumluft, wodurch eine effektive Wärmeübertragung gewährleistet
wird.
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Gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung liegt das thermospeicherfähige Material als latent speicherfähiges Material
bzw. als Phasenübergangsmaterial
vor. Als Phasenübergangsmateiral kommen
beispielsweise ein organisches Salz wie Natriumsulfat oder ein Salzgemisch
in Frage.
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Die Vorrichtung ist bevorzugt modulartig
ausgebildet und im Außenbereich
des zu temperierenden Raums beispielsweise an einer Fassade, Decke, am
Fußboden
oder einer Wand angeordnet.
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Hinsichtlich weiterer vorteilhafter
Ausgestaltungen der Erfindung wird auf die nachfolgende Beschreibung
von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung verwiesen. In der
Zeichnung zeigt:
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1a eine
erste Ausführungsform
einer als Fassadenmodell ausgebildeten Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung in Vorderansicht,
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1b die
Vorrichtung aus 1a im
Querschnitt,
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1c die
Vorrichtung aus 1a im
Längsschnitt,
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2a eine
zweite, als Deckenmodell ausgebildete Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung im Längsschnitt,
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2b die
Vorrichtung aus 2a in
Draufsicht,
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3a eine
dritte, als Fußbodenmodell
ausgebildete Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung im Längsschnitt,
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3b die
Vorrichtung auf 3a im
Querschnitt,
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4a eine
vierte, ebenfalls als Fußbodenmodell
ausgebildete Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung im Längsschnitt
und
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4b die
Vorrichtung aus 4a im
Querschnitt.
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In den 1a bis 1c ist eine erste Ausführungsform
einer Vorrichtung zur Temperierung von Räumen gemäß der vorliegenden Erfindung
dargestellt. Diese Vorrichtung ist modulartig ausgebildet und besitzt
ein Gehäuse 12,
welches an der Außen- bzw.
Fassadenwand 11 eines Raumes 1 angeordnet ist.
Im unteren Bereich des Gehäuses 12 ist
ein innenseitig mit thermospeicherfähigem Material 3 belegter
Luftkanal 2 vorgesehen, der durch eine parallel zur Fassadenwand 11 verlaufende
mittige Trennwand 13 in zwei Teilkanäle 2a, 2b unterteilt
ist, welche an den Stirnseiten des Gehäuses 12 miteinander verbunden
sind. Dabei besitzt der fassadenseitige Teilkanal 2a des
Luftkanals 2 an seiner Oberseite eine Lufteinlaßöffnung 5,
die, wie insbesondere in den 1a und 1c gut erkennbar ist, etwa
im Mittelbereich des Luftkanals 2 positioniert ist. Der
raumseitige Teilkanal 2b besitzt ebenfalls etwa mittig
eine Luftauslaßöffnung 6,
welche unterhalb der Lufteinlaßöffnung 5 vorgesehen
und in der Zeichnung als Ausblasgitter dargestellt ist. Mit Ausnahme
der Lufteinlaßöffnung 5 und
der Luftauslaßöffnung 6 ist
der Luftkanal 2 geschlossen ausgebildet.
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Oberhalb des Luftkanals 2 ist
an der zum Raum weisenden Vorderseite des Gehäuses 12 ein Raumlufteinlaß 4 vorgesehen
und dem Raumlufteinlaß 4 gegenüberliegend,
jedoch mit seitlichem Versatz dazu ist an der Rückseite des Gehäuses 12 eine Außenlufteinlaßöffnung 14 ausgebildet,
welche mit einem zur Gebäudeaußenseite
führenden
Außenluftzuführkanal 9 in
Verbindung steht. In dem Außenluftzuführkanal 9 ist
eine zur Umschalteinrichtung gehörende
Klappe 8 vorgesehen, mit welcher der Außenluftzuführkanal 9 wahlweise
geöffnet
oder geschlossen werden kann.
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Zwischen dem Raumlufteinlaß 4 und
der Außenlufteinlaßöffnung 14 ist
in dem Gehäuse 12 ein Ventilator 7 angeordnet,
durch welchen Raum- oder Außenluft
in das Gehäuse 12 gesaugt
und durch die mittige Luftkanaleinlaßöffnung 5 in den Luftkanal 2 eingeblasen
werden kann, wo sie zunächst
den fassadenseitigen Teilkanal 2a in beiden Richtungen nach
außen
durchströmt,
an den stirnseitigen Enden in den raumseitigen Teilkanal 2b einströmt und von dort
aus zur mittig gelegenen Luftauslaßöffnung 6 zurückströmt.
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Im tagsüber ablaufenden Raumkühlbetrieb schließt die Umschalteinrichtung
den Außenluftzuführkanal 9 durch
die Klappe 8 und öffnet
den Weg für
die warme Raumluft, so daß diese
von dem Ventilator 7 in den Luftkanal 2 geblasen
wird und ihn unter Wärmeabgabe
an das thermospeicherfähige
Material 3 durchströmt,
um in gekühlter
Form wieder durch die Luftauslaßöffnung 6 ausgestoßen zu werden.
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Im nächtlichen Systemkühlbetrieb
unterbricht die Umschalteinrichtung die Zufuhr von Raumluft und öffnet den
Außenluftzuführkanal 9,
d.h. die Klappe 8, so daß anstelle von Raumluft kühle Außenluft
durch den Luftkanal 2 geführt wird, um das thermospeicherfähige Material
unter Wärmeabgabe
an die Außenluft
zu kühlen,
die dann schließlich
durch die Luftauslaßöffnung 6 ausgestoßen wird.
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Der Wechsel zwischen Raum- und Systemkühlbetrieb
gewährleistet
tagsüber
eine effektive Raumkühlung
und nachts eine zuverlässige
Regenerierung des thermospeicherfähigen Materials 3,
wenn die zugeführte
Außenluft
sich hinreichend abgekühlt hat.
Die Tatsache, daß zur
Regenerierung des thermospeicherfähigen Materials 3 ohnehin
bereits vorhandene kühle
Außenluft
eingesetzt wird und kein zusätzliches
Kühlsystem
erforderlich ist, macht die beschriebene Vorrichtung besonders wirtschaftlich. von
Vorteil ist auch, daß sowohl
für den
Raumkühl- als
auch für
den Systemkühlbetrieb
nur ein gemeinsamer Ventilator 7 erforderlich ist.
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Die Wärmespeicherkapazität („Wärmespeicherdichte") kann durch geeignete
Belegung des Luftkanals 2 mit thermospeicherfähigem Material 3 den
jeweiligen Temperierungsanforderungen angepaßt werden. Falls der zu temperierende
Raum 1 vergleichsweise groß ist, ist z.B. eine entsprechend
starke Belegung zu wählen.
Dies gewährleistet,
daß Vorrichtungen
einheitlicher Größe universell
einsetzbar sind.
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Im getrennten Betrieb zur beschriebenen
erfindungsgemäßen Vorrichtung
besteht zusätzlich noch
die Möglichkeit, über einen
Primärluftanschluß 10 den
Raum 1 mit Frischluft einer externen Klimaanlage zu versorgen.
In Raumkühl-/Systemkühlbetriebspausen
kann dafür
der Ventilator 7 eingesetzt werden.
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In den 2a, 2b ist eine zweite Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Temperierung von Räumen
dargestellt. Diese Vorrichtung ist ebenfalls modulartig ausgebildet
und besitzt ein Gehäuse 12,
welches unter einer Rohdecke eines Raumes 1 angebracht
werden kann. Das rechteckige Gehäuse 12 besitzt
an seinem einen, in der Zeichnung rechten stirnseitigen Ende einen
Lufteinlaßbereich
und an seinem gegenüberliegenden,
linken Ende einen Luftauslaßbereich.
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An dem Lufteinlaßbereich weist das Gehäuse 12 untenseitig
einen Raumlufteinlaß 4 und
rückseitig
eine Außenlufteinlaßöffnung 14 mit
einem daran anschließenden
Außenluftzuführkanal 9 auf.
Desweiteren ist in dem einlaßseitigen
Endbereich des Gehäuses 12 ein
Ventilator 7 untergebracht.
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An dem Luftauslaßbereich weist das Gehäuse 12 ebenfalls
einen nach unten gerichtete Luftauslaß 17 auf. Zwischen
den beiden stirnseitigen Endbereichen sind zwei Luftkanäle 2 vorgesehen,
die übereinanderliegend
angeordnet sind und nach Art einer Parallelschaltung vom einlaßseitigen Ende
zum auslaßseitigen
Ende des Gehäuses 12 durchströmt werden
können.
Hierzu weisen die Luftkanäle 2 jeweils an
ihrem zum Einlaßende
weisenden Endbereich Lufteinlaßöffnungen 5,
durch welche Luft vom Ventilator 7 in die Luftkanäle eingeblasen
werden kann, und an ihrem gegenüberliegenden
Endbereich Luftauslaßöffnungen 6 auf.
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Wie insbesondere in 2b gut erkennbar ist, sind die Luftkanäle 2 jeweils
nach Art eines Verbundnetzes aus in Längs- und Querrichtung verlaufenden
Teilkanälen 2a, 2b ausgebildet,
deren Wände mit
einem thermospeicherfähigen
Material 3 belegt sind, so daß in bereits beschriebener
Weise im Raumkühlbetrieb
warme Raumluft, welche die Luftkanäle 2 durchströmt, unter
Abgabe von Wärmeenergie
an das thermospeicherfähige
Material 3 abgekühlt
und in umgekehrter Weise während
des Systemkühlbetriebs
kühle Außenluft,
welche durch den Außenluftzuführkanal 9 angesaugt
und durch den Luftkanal 2 geleitet wird, Wärmeenergie
von dem thermospeicherfähigen
Material 3 aufnehmen kann. Hierbei wird durch den netzartigen
Aufbau der Luftkanäle 2 eine
große
Fläche
für den
Wärmeaustausch zwischen
der Luft und dem thermospeicherfähigen Material 3 und
damit eine gute Leistung gewährleistet.
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In einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung kann diese Vorrichtung anstatt wie gezeigt als Decken-
auch senkrecht als Wandmodell vorgesehen werden, wobei sich dann
der Ventilator 7 oberhalb und der Luftauslaß 17 sich
unterhalb der Luftkanäle 2 befindet.
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In den 3a und 3b ist eine dritte Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Temperierung von Räumen
gemäß der vorliegenden Erfindung
dargestellt, die hier zwischen dem Rohboden 15 des Raums 1 und
einem Zwischenboden 16 im Eckbereich zu einer Außen- bzw.
Fassadenwand 11 angeordnet ist. Die Vorrichtung besitzt
einen sehr ähnlichen
Aufbau wie das in den 2a und 2b dargestellte und zuvor
erläuterte
Deckenmodell, indem der Raumlufteinlaß 4 und die Außenlufteinlaßöffnung 14 sowie
der Ventilator 7 an dem einen und der Luftauslaß 17 an
dem anderen stirnseitigen Ende des Gehäuses 12 vorgesehen
und der Luftkanal 2 dazwischenliegend angeordnet ist, wobei
dem Raumlufteinlaß 4 und
dem Luftauslaß 17 entsprechende Öffnungen
in dem Zwischenboden 16 ausgebildet sind.
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Der Luftkanal 2 wird in ähnlicher
Weise wie bei der Vorrichtung, welche in den 1a bis 1c dargestellt
ist, durch eine horizontale Trennwand 13 in zwei übereinander
liegende Teilkanäle 2a, 2b getrennt,
welche jedoch, wie die 3b gut
erkennen läßt, an ihren
seitlichen Enden miteinander verbunden sind. Dabei weist der unten
liegende Teilkanal 2a in seiner zum Ventilator 7 weisenden
Stirnseite etwa mittig eine Lufteinlaßöffnung 5 auf, und
besitzt der oben liegende Teilkanal 2b am gegenüberliegenden Ende
des Luftkanals 2 eine ebenfalls mittig in der Stirnfläche positionierte
Luftaunlaßöffnung 6.
Mit Ausnahme der Lufteinlaßöffnung 5 und
der Luftauslaßöffnung 6 ist
der Luftkanal 2 geschlossen ausgebildet.
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Bei der Ausführungsform, welche in den 3a und 3b dargestellt ist, ist die Außenlufteinlaßöffnung 14 an
der zur Fassadenwand 11 weisenden Stirnseite des Gehäuses 12 vorgesehen,
so daß Außenluft
durch einen in der Fassadenwand 11 vorgesehenen Außenluftzuführkanal 14,
in welchem eine Klappe 8 einer Umschaltvorrichtung vorgesehen
ist, in das Gehäuse 12 geführt werden
kann.
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Im Betrieb wird mittels des Ventilators 7 Luft durch
die Lufteinlaßöffnung 5 in
den Luftkanal 2 geblasen. Die eingeblasene Luft strömt, wie
in der 3b gut erkennbar
ist, von der mittigen Lufteinlaßöffnung 5 zunächst nach
außen,
umströmt
die Trennwand 13, strömt
anschließend
in dem oberen Teilkanal 2b zur mittigen Luftaunlaßöffnung 6,
von wo aus sie in den auslaßseitigen
Endbereich des Gehäuses 12 und
von dort durch den obenseitigen Luftauslaß 17 in den Raum 1 geführt wird. Über die
Umschalteinrichtung kann dabei zwischen dem Raumkühlbetrieb, in
welchem die Klappe 8 den Außenluftzuführkanal 9 schließt, um zu
kühlende
Raumluft durch den Raumlufteinlaß 4 mittels des Ventilators 7 in
den Luftkanal 2 einzublasen, und dem Systemkühlbetrieb,
in welchem ein Eintreten von Raumluft verhindert und die Klappe 8 geöffnet wird,
so daß zur
Regenerierung des thermospeicherfähigen Materials, mit welchem die
Wände des
Luftkanals 2 belegt sind, kühle Außenluft durch den Außenluftzuführkanal 9 in
den Luftkanal 2 eingeblasen wird, umgeschaltet werden.
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In den 4a und 4b ist schließlich eine Temperierungsvorrichtung
gemäß der vorliegenden Erfindung
dargestellt, die im wesentlichen den gleichen Aufbau besitzt wie
die in den 3a und 3b dargestellte Ausführungsform.
Der einzige Unterschied besteht darin, daß das Gehäuse 12 auslaßseitig
mit dem Luftkanal 2 abschließt und somit die Luft durch
die Luftauslaßöffnung des
Luftkanals 2 in den zwischen dem Rohboden 15 und
dem Zwischenboden 16 gebildeten Raum eingeblasen wird.
Desweiteren ist die Öffnung
in dem Zwischenboden 16, durch welche die aus dem Luftkanal 2 ausströmende Luft
wieder in den Raum 1 gelangen kann, beabstanded von der
Temperierungseinrichtung angeordnet. Hierdurch wird ein größtmöglicher
Abstand zwischen den Stellen, an welchen dem Raum warme Raumluft entnommen
und gekühlte
Luft wieder zugeführt
wird, geschaffen, so daß ein
hoher Wirkungsgrad erzielbar ist.