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Die
Erfindung betrifft eine Anordnung zur Versorgung von Räumen eines
Gebäudes
mit temperierter Luft über
eine Einzelraumregelung auch ohne Veränderung des Luftvolumenstromes,
die Zuluft von einer Wärmerückgewinnungsanlage
erhält
und einen Wärmetauscher
zur Nachheizung verwendet.
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In
der Vergangenheit wurden Heizung, Be-/Entlüftung und Klimatisierung von
Räumen
in Gebäuden
als autarke Systeme ausgeführt.
Zu diesen Einzelsystemen sind eine Vielzahl von Lösungen bekannt.
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Die
inzwischen sehr verbreiteten und nach Inkrafttreten der EnEV gesetzlich
geforderten Niedrigenergiehäuser
und noch mehr die an praktischer Bedeutung gewinnenden Passivhäuser erfordern komplexe
Lösungen,
um mit sehr wenig Energie ein angenehmes Raumklima bei erforderlichem
Luftwechsel zu schaffen. Der notwendige kontinuierliche Luftwechsel
kann bei geforderter luftdichter Bauausführung der Gebäudehülle nur
mit einer kontrollierten Be- und Entlüftungsanlage realisiert werden.
Zweckmäßigerweise
stellt diese die Energie zur Deckung des Lüftungswärmebedarfes des Gebäudes zur
Verfügung.
Sind bei moderner Bauweise die Transmissionswärmeverluste entsprechend gering,
wird auch die dafür
erforderliche Energie über
das Lüftungssystem
eingebracht, so dass ein separates, aktives Heizungssystem entfallen
kann.
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Be-
und Entlüftungsanlagen
mit Wärmerückgewinnung
(WRG) und einfachem Nachheizregister sind von verschiedenen Herstellern
bekannt. Die Wärmerückgewinnung
erfolgt über
ein zentrales Zu- und ein ebenfalls zentrales Abluftsystem. Die
zentrale Nachheizung wird meist über
einen Zentralregler vorgenommen. Das gesamte Haus stellt somit eine thermische
Zone dar. Eine Regelung verschiedener Temperaturzonen und erst recht
eine Einzelraumregelung ist dabei nicht möglich.
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Von
mehreren Herstellern werden Be- und Entlüftungsanlagen mit Wärmerückgewinnung
und integrierter Luft-/Luft-Wärmepumpe
angeboten. Die Funktion dieser Anlagen ist größtenteils dreistufig:
- – Erwärmung der
Zuluft durch WRG über
einen Wärmetauscher
- – Zentrale
Erwärmung
durch eine Luft-/Luft-Wärmepumpe
- – Nachheizung über ein
zentrales oder mehrere Einzelheizregister
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Im
Außentemperatur-Übergangsbereich
und bei von der Planung abweichender Nutzung treten ähnliche
Probleme auf wie bei der vorherigen Lösung. Wird eine Einzelraum-Nachheizung
realisiert, treten hohe Kosten und/oder ein großer Aufwand auf.
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In
der Broschüre „Gestaltungsgrundlagen Passivhäuser” vom Verlag „Das Beispiel
GmbH” ist auf
Seite 46 eine Prinzipskizze eines Wärmepumpen-Kompaktgerätes als
besonders elegante Möglichkeit
für die
Wärme-
und Warmwasserbereitstellung dargestellt und kurz beschrieben. Als
Wärmequelle
für die
Wärmepumpe
wird die Fortluft nach dem Luft-Luft-Wärmeübertrager genutzt. Ein kleiner Kompakt-Kompressor
aus dem Kühlgerätebereich entzieht
der Fortluft Wärme,
die der Zuluft zugeführt wird.
Die Wärmepumpe
wird in das Lüftungsgerät eingebaut.
Ihr Verdampfer liegt im Fortluftstrang und ihr Verflüssiger im
Zuluftstrang strömungsseitig
hinter dem Plattenwärmeübertrager.
Als Option kann zusätzlich
eine Wärmebereitstellung
für das
Wärmepumpen-Kompaktgerät mit einem
Warmwasserspeicher durch eine Solaranlage erfolgen. Diese Lösung erfordert
an jeder Schnittstelle mit einem Luftstrom einen Wärmetauscher,
da die Wärmepumpe
nur mit flüssigen
Medien arbeitet. Eine Kühlung
in den Sommermonaten ist mit solchen Anlagen optional möglich, verursachen
aber einen hohen Energieauffwand. Die vorgestellte Lösung verwendet
wieder eine zentrale Nachheizung, wodurch eine individuelle Temperierung
der einzelnen Räume
nicht möglich
ist.
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Auch
in der Druckschrift
CH
693 114 A5 ist eine Wärmepumpen-Kompaktvorrichtung
mit integrierter Primärenergie-Wärmequelle
zur kontrollierten Lüftung
und Wärmeenergieversorgung
von Niedrig-Energie-Gebäuden
oder Passivhäusern
bekannt. Das Wärmepumpen-Kompaktgerät besteht
aus mindestens einem Wärmetauscher,
der der Gebäudeabluft
Wärmeenergie
entzieht und an die Gebäudezuluft
abgibt und mindestens einer dem Wärmetauscher nachgeschalteten
Wärmepumpe,
die durch weiteren Wärmeentzug
der den Wärmetauscher durchströmenden Gebäudeabluft
eine zusätzliche Erwärmung der
Gebäudezuluft
bewirkt oder der Brauchwassererwärmung
oder beidem dient.
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Aus
der Druckschrift
DE
198 19 639 C2 ist ein Verfahren zur Beheizung und/oder
Warmwasserversorgung von Passiv- oder Niedrigenergiehäusern bekannt.
Die Frischluft wird in einem Erdwärmetauscher und in einem von
Fortluft durchströmten
Wärmetauscher
vorgewärmt.
Der Fortluft wird weitere Wärme
in einem Verdampfer einer Wärmepumpe entzogen.
Nach dem Verdampfer wird die Fortluft in einem zweiten Erdwärmetauscher
wieder erwärmt. Anschließend wird
ihr in einem zweiten Verdampfer Wärme entzogen, die zur Erwärmung der
Frischluft und/oder des Brauchwassers dient. Diese Anordnung ist
technisch aufwendig und bringt ähnliche
Probleme wie die vorangegangenen.
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In
der Druckschrift
FR
2 089 767 A5 ist eine Vorrichtung zur Mehrbereichs-Luft-Klimatisierung
beschrieben, die ein geschlossenes Gehäuse mit einem Anschluss für den gesamten
temperierten Luftstrom enthält.
Das Gehäuse
weist in Längsrichtung eine
Trennwand auf, wodurch eine Zuluftverteilerkammer für Heizbetrieb
und eine Zuluftverteilerkammer für
Temperierung/Kühlung
gebildet werden. In der Zuluftverteilerkammer für Heizbetrieb ist ein Wärmetauscher
zur Nachheizung angeordnet. Durch mehrere steuerbare Umschalteinrichtungen
zur Umschaltung/Mischung der Luftströme der Zuluftverteilerkammern
erfolgt eine Verteilung auf die Anschlüsse mehrerer Zonen. Für den Heizbetrieb
ist ein Wärmetauscher
zur Nachheizung vorgesehen, der gasbeheizt ist. Es ist keine thermische
Regelung der Umluft und keine Wärmerückgewinnung
vorhanden.
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Angeboten
werden auch Be- und Entlüftungsanlagen
mit Wärmerückgewinnung
und einfachem Nachheizregister mit Einbindung von Solar-Luft-Systemen.
Durch die Einbindung des Solar-Luft-Systems wird gegenüber den
vorgenannten Lösungen
eine zusätzliche
Zulufterwärmung
möglich.
Das Solar-Luft-System stellt wieder eine zentrale Nachheizung dar,
wodurch eine individuelle Temperierung der einzelnen Räume nicht
möglich
ist und sich die thermische Disharmonie des Gebäudes noch verstärkt. Gerade
bei sonnigem Wetter, wenn die Anlage eine hohe Leistung erbringt,
heizt sich das Gebäude
im südlichen
Bereich ohnehin schon durch passive Solarenergienutzung (Südfenster)
auf, während
andere Zonen im Haus noch eine Nachheizung erfordern.
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Für Be- und
Entlüftungsanlagen
mit Wärmerückgewinnung
und einfachem Nachheizregister, die eine Einzelraumregelung aufweisen
sollen, werden ebenfalls eine zentrale Wärmerückgewinnung und ein zentrales
Nachheizregister verwendet. Durch die Anlage wird der Luftvolumenstrom
nach individuell geschalteter Stufe und je nach Heizanforderung
in den einzelnen Räumen
als Regelung verändert.
Dabei stellen einzelne Drosselklappen die Zuluftzufuhr in den Räumen. Trotz
in ständiger
Dynamik arbeitender Anlage bleibt, sowie ein Raum Heizanforderung meldet,
der Nachteil zentraler Erwärmung
der Zuluft erhalten. Die „Regelung” erfolgt
auf der Basis einer Veränderung
des Luftvolumenstromes. Dies führt
zu Disharmonie beim Verhältnis
Heizen/Lüften.
Bei Nutzung von Räumen
mit wechselnder Personenzahl oder mit Erzeugung anderer Fremdwärme, z.
B. durch Elektrogeräte,
drosselt die Anlage die Raumheizung und damit die Luftzufuhr. Somit
besteht die Gefahr einer nicht ausreichenden Belüftung.
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Aus
der Druckschrift
DE
28 43 813 A1 ist eine Lüftungs-
und Klimatisierungsanlage zur temperierten Belüftung von Wohn- und Geschäftsräumen mit
wahlweise vorbestimmten Lufteinblastemperaturen bekannt. Zum gegenseitigen
Wärmeaustausch der
Abluft und der Zuluft ist ein Wärmeaustauscher und
ein zweiter Wärmeaustauscher
eines Kühlkreislaufes
mit einem Wärmeträger und
einem im Erdreich verlegten Rohrregister im Zuluftkanal angeordnet. Dem
Kühlkreislauf
ist eine Sonnenkollektoranlage mit einem Wärmeträgerkreislauf zugeordnet. Der Wärmeträgerkreislauf
der Solaranlage ist über
eine Beimischstrecke mit Mischventil an den Kühlkreislauf des Wärmetauschers
direkt angeschlossen, wobei für
beide Kreislaufsysteme das gleiche Medium vorgesehen ist. Durch
die notwendige Wärmeübertragung
der Solarenergie über
den Umweg einer Solarflüssigkeit
auf die temperierte Raumluft tritt ein Wirkungsgradverlust der Solaranlage
auf.
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Aufgabe
der Erfindung ist eine Anordnung zur Versorgung von Räumen eines
Gebäudes
mit temperierter Luft, die eine Einzelraumregelung für ein angenehmes
Raumklima auch ohne Veränderung des
Luftvolumenstromes ermöglicht,
die Zuluft von einer Wärmerückgewinnung
erhält
und einen Wärmetauscher
zur Nachheizung verwendet, so auszuführen, dass diese mit geringem
Aufwand die Realisierung unterschiedlicher Projekte für Heizung, Warmwasserbereitung
und Kühlung
ermöglicht
und die Montage auf der Baustelle wesentlich vereinfacht werden
kann.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß werden
in einem geschlossenen Gehäuse
mit einem Anschluss für
den gesamten temperierten Zuluftstrom in Strömungsrichtung durch eine Trennwand
eine Zuluftverteilerkammer Heizbetrieb und eine Zuluftverteilerkammer für Temperierung/Kühlung gebildet.
In der Zuluftverteilerkammer für
Heizbetrieb ist ein Wärmetauscher zur
Nachheizung angeordnet. Mehrere, kontinuierlich steuerbare Umschalteinrichtungen
sind zur Umschaltung/Mischung der Luftströme der Zuluftverteilerkammern
auf die Anschlüsse
zur Verteilung auf die einzelnen Räume vorhanden.
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Die
Umschalteinrichtungen sind erfindungsgemäß motorisch betriebene Umschaltventile,
die je Anschluss zu den zu versorgenden Räumen aus einem in einem Außenrohr
mit Öffnungen
geführten
Innenrohr mit Öffnungen
bestehen.
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In
Ausgestaltung werden die oberen Öffnungen
im Bereich der Zuluftverteiler für
Heizbetrieb und die unteren Öffnungen
im Bereich der Zuluftverteiler für
Temperierung/Kühlung
wirksam.
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Die Öffnungen
des Außenrohres
liegen in Längsrichtung
in einer Flucht und die Öffnungen
des Innenrohres sind in Längsrichtung
versetzt angeordnet, vorzugsweise um 90°.
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Erfindungsgemäß ist auf
eine Außenwand
im Bereich der Zuluftverteilerkammer des Grundgehäuses vor
dem Wärmetauscher
eine über
eine steuerbare Umschalteinrichtung mit seinem Innenraum verbundenes
Gehäuse
einer Anschlusseinheit für
Luftkollektoren angeordnet.
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Die
Umschalteinrichtung ist vorzugsweise eine motorisch betriebene Umschaltklappe.
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In
weiterer Ausgestaltung weist das Gehäuse einen Wärmetauscher zur Übergabe
von Solarwärme,
ein Luft-Überströmventil
und Anschlüsse
für den
Luft-Kollektorein- und
-austritt einer Solaranlage auf.
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Nach
einer weiteren Ausführung
können
die Umschaltventile zur Umschaltung/Mischung der Luftströme in einem
separaten Rohr-/Kanalsystem für Heizbetrieb
und für
Temperierung/Kühlung
auf die Anschlüsse
zur Verteilung auf die einzelnen Räume angeordnet sein.
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In
der Zuluftverteilerkammer Temperierung/Kühlung oder außerhalb
des Grundgehäuses
ist eine Mischventil-/Pumpengruppe installiert.
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Erfindungsgemäß ist diese
Grundausführung
in ihrem Gesamtkonzept ein Thermo-Air-Splitting-Compaktgerät (TASC).
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In
Ausgestaltung der Erfindung ist an die Anschlüsse des Gehäuses der Anschlusseinheit ein
Solar-Luft-Kollektor (19) angeschlossen.
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Es
ist zweckmäßig, dass
der Luft-/Wasser-Wärmetauscher
zur Übergabe
von Solarwärme mit
einem Solar-Pufferspeicher verbunden ist.
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Der
Anschluss am Grundgehäuse
für den gesamten
Zuluftstrom ist an eine Wärmerückgewinnungsanlage
mit Wärmetauscher
verbunden.
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Nach
der Erfindung weist die Wärmerückgewinnungsanlage
für die
Kühlfunktion
einen Bypass zum Umfahren des Wärmetauschers
für die
Außenluft
auf.
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Es
ist vorteilhaft, dass zwischen dem Thermo-Air-Splitting-Compaktgerät und der
Wärmerückgewinnungsanlage
eine Schallentkopplung geschaltet ist.
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Erfindungsgemäß kann an
den Eingang der Wärmerückgewinnungsanlage
ein Erdwärmetauscher
mit Ansaugfilter zur Vorwärmung/Kühlung der Außenluft
angeschlossen sein.
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In
Ausgestaltung der Erfindung wird die Umschaltklappe durch eine Differenztemperaturregelung
aus den Temperaturen des temperierten Zuluftstromes und des Solar-Luftkollektors gesteuert.
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Zur
Steuerung einer Solarkreis-Umwälzpumpe
für den
Solar-Heizungs-/Warm-Wasserspeicher wird eine Differenztemperaturregelung
aus den Temperaturen des Speichers und des Wärmetauschers im Luftstrom zum
Solarkollektor eingesetzt.
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Die
Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die
zugehörigen Zeichnungen
zeigen in schematischer Darstellung:
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1:
Aufbau des erfindungsgemäßen Kompaktgerätes
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2:
Aufbau der Gesamtanordnung
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3:
Kühlung/Temperierbetrieb
ohne Solarenergienutzung
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4:
Temperier- und Heizbetrieb ohne Solarenergienutzung
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5:
Heizbetrieb ohne Solarenergienutzung
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6:
Heizbetrieb- mit Solarenergienutzung
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7:
Temperier- und Heizbetrieb mit Speicherung der solaren Überschüsse
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8:
Kühlung/Temperierbetrieb
mit Speicherung der gesamten Solarenergie
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9:
Aufbau der Umschalt-/Mischventile des Kompaktgerätes
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10:
Funktion der Umschalt-/Mischventile des Kompaktgerätes
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Die
erfindungsgemäße Anordnung
zur Versorgung von Räumen
eines Gebäudes
mit temperierter Luft ist nach 1 als Kompaktgerät ausgeführt. In
einem geschlossenen Gehäuse 31 mit
einem Anschluss 35 für
den gesamten temperierten Zuluftstrom 1 werden in Strömungsrichtung
durch eine Trennwand 32 eine Zuluftverteilerkammer 2 Heizbetrieb
und eine Zuluftverteilerkammer 3 für Temperierung/Kühlung gebildet.
In der Zuluftverteilerkammer 2 für Heizbetrieb ist ein Wärmetauscher 6 zur
Nachheizung im Heizbetrieb angeordnet. Zur Umschaltung/Mischung
der Luftströme
der Zuluftverteilerkammern 2; 3 auf die Anschlüsse 10a–10n zur
Verteilung auf die einzelnen Räume
sind mehrere, kontinuierlich steuerbare Umschaltventile 4a–4n vorhanden,
die später
näher beschrieben
werden. Das Grundgehäuse 31 kann
verschieden ausgeführt
und sollte strömungstechnisch
optimiert sein. Es ist zweckmäßig, dass
es länger
als hoch, d. h. langgestreckt ist. Der Querschnitt kann rechteckig,
quadratisch, mehreckig oder kreisförmig sein. Nach 1 weist
das Grundgehäuse 31 zum
Anschluss 35 für
den gesamten temperierten Luftstrom 1 eine Verjüngung 34 auf,
die aus strömungstechnischen
Gründen
anders aussehen kann. Für
den größten Teil
der Anwendungen der Erfindung ist auf eine Außenwand im Bereich der Zuluftverteilerkammer 2 des
Grundgehäuses 31 vor dem
Wärmetauscher 6 eine über eine
steuerbare Umschaltklappe 7 mit seinem Innenraum verbundenes
Gehäuse 33 einer
Anschlusseinheit für
Luftkollektoren angeordnet. Das Gehäuse 33 weist einen Wärmetauscher 8 zur Übergabe
von Solarwärme,
ein Luft-Überströmventil 9 und
Anschlüsse
für den Luft-Kollektorein-
und -austritt 11; 12 einer Solaranlage auf.
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Die
von einer Wärmerückgewinnungsanlage (WRG)
temperierte Zuluft 1 wird in zwei Luftströme aufgeteilt,
also gesplittet und in zwei Zuluftverteilern 2; 3 zur
Verfügung
gestellt. Während
ein Verteiler 3 die temperierte/gekühlte Zuluft bereitstellt, wird
die Zuluft des anderen Verteilers 2 im Wärmetauscher 6 nachgeheizt.
Raumtemperaturregler steuern dabei die Motoren der Umschaltventile 4a–4n an,
so dass je nach Bedarf temperierte oder erwärmte Zuluft in den entsprechenden
Raum geleitet wird. In der Zuluftverteilerkammer 3 oder
außerhalb
des Gehäuses 31 ist
eine Mischventil-/Pumpengruppe 5 installiert.
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In 2 ist
die erfindungsgemäße Anordnung
in ihrem Gesamtkonzept mit dem Thermo-Air-Splitting-Compaktgerät (TASC) 30 ausgeführt. Es
ist nur der Grundaufbau dargestellt. Die konkrete Wirkungsweise
wird später
an hand weiterer Figuren mit den einzelnen Betriebsarten erläutert.
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Eine
an sich bekannte Wärmerückgewinnungsanlage
(WRG) 13 mittels Wärmetauscher
Abluft/Außenluft
ist über
eine Schallentkopplung 15 zwischen WRG-Ventilatoren und
TASC geschaltet. Wenn ein Betrieb mit Kühlung erforderlich ist, wird
ein Beipass 14 zum Umfahren des Wärmetauschers in der WRG 13 für die Außenluft 18 angeordnet.
Die Abluft 16 des Gebäudes
wird durch den Wärmetauscher in
der WRG 13 geführt
und verlässt
als abgekühlte Fortluft 17 das
Gebäude.
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Bei
einem sehr großen
Anteil der Anwendungen der Erfindung wird eine Solar-Luftkollektor-Anlage 19 eingesetzt
werden, in deren Zuleitung ein Ventilator 19a angeordnet
ist. Es ist zweckmäßig, die
Solar-Luftkollektor-Anlage 19 mit einem Solar-Heizungs-/Warmwasserspeicher 20 zu
betreiben, der eine Solarkreis-Umwälzpumpe 20a im Flüssigkeits-Kreislauf
aufweist und mit dem Wärmetauscher 8 direkt
und über
die Mischventil-/Pumpengruppe 5 mit dem Wärmetauscher 6 verbunden
ist. Optional ist es möglich,
einen Erdwärmetauscher 21 mit
Ansaugfilter zur Vorwärmung/Kühlung der
Außenluft 18 einzusetzen.
Dies bringt wesentliche Vorteile, insbesondere bei erforderlicher
Kühlung.
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Um
eine konstante Be- und Entlüftung
zu gewährleisten,
muss der vorgegebene Luftvolumenstrom gleichbleibend sein. Veränderungen
sollten lediglich durch Handumstellungen bei Mehrbedarf an Lüftung auftreten,
nicht aber durch die automatische Regelung der Temperatur. Bleibt
allerdings der Volumenstrom konstant, so kann nach dem kalorischen Gesetz
die Wärmemenge
nur durch die Temperatur der Zuluft geregelt werden. Deshalb wird
bei der vorliegenden Erfindung die Zuluft für die verschiedenen Betriebszustände in drei
entsprechenden Temperaturbereichen zur Verfügung gestellt:
- 1. Kühlung
- 2. Einfache Be- und Entlüftung
- 3. Heizen
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Für den Betriebszustand „Kühlung” nach 3 gilt:
Wärmegewinne > Wärmeverluste des Gebäudes
Außentemperatur > Raumsolltemperatur
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Dieser
Betriebszustand wird sich vornehmlich im Sommerhalbjahr einstellen.
Die Zuluft übernimmt
die Kühlfunktion, überschüssige Wärme wird mit
der Abluft 16 des Gebäudes
fortgeleitet.
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Technisch
wird dies durch den Erdwärmetauscher 21 mit
Kühlung
durch die Außenluft
realisiert. Um die Wärme
abzuleiten ohne dabei die gekühlte Zuluft
wieder aufzuheizen, muss die WRG 13 mit einem Bypass 14 zum
Umfahren des Wärmetauschers ausgestattet
sein. Dieser sollte aus Komfortgründen automatisch arbeiten,
d. h. in der Kühlfunktion
geöffnet
sein. Übersteigt
die Ablufttemperatur 16 die Raumsolltemperatur, ist von
Energiegewinnen im Gebäude
auszugehen. Damit wäre
die Anforderung der Kühlung
gegeben. Dieser Zustand bezieht sich i. d. R. auf das gesamte Gebäude. Bei
der Auswahl des Wärmerückgewinnungsgerätes 13 ist
dies zu beachten. Wie aus 3 zu ersehen
ist, gelangt der gesamte Zuluftstrom 1 direkt über die
Zuluftver teilerkammer 3 und die Umschaltventile 4a–4n als
gekühlte
Luft in die zu versorgenden Räume.
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Wegen
der Vermeidung von Elektrosmog und zusätzlicher Installation von FI-Schaltern
arbeiten die Raumthermostate im Niederspannungsbereich. Da in keinem
Raum eine Wärmeanforderung besteht,
bedingt die Schaltung bei Solarbetrieb auch ein Sperren der Umwälzpumpe 20a sowie
der Solar-Umschaltklappe 7 in den Heizbetrieb. Hat ein Raumthermostat
eine Wärmeanforderung
gestellt, wird die Sperre der Pumpe aufgehoben.
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Für die einfache
Be- und Entlüftung
gilt, dass die Wärmegewinne
etwa den Wärmeverlusten
des Gebäudes
entsprechen. Dieser Betriebszustand stellt sich in der Übergangszeit
oder bei entsprechendem Einfluss von Fremdwärme ein. Die Zuluft für das Gebäude wird
durch die Wärme
der Abluft 16 über den
Wärmetauscher
der Wärmerückgewinnungsanlage 13 ohne Überbrückung durch
den Bypass 14 temperiert. Der gesamte Luftvolumenstrom 1 wird nicht
gesplittet, sondern nach 3 voll in die untere Zuluftverteilerkammer 3 geleitet,
da die Umschaltventile 4a–4n wie in der Betriebsart „Kühlen” den oberen
Weg nicht freigeben.
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Ist
die Wärme
der Abluft 16 für
eine Temperierung nicht ausreichend, muss nachgeheizt werden. Dazu
teilt sich der gesamte temperierte Zuluftstrom 1 nach 4 in
die Teilströme 2a; 3a auf,
wobei der Zuluft-Teilstrom 2a im Wärmetauscher 6 in der
Zuluftverteilerkammer 2 nachgeheizt werden kann. Der Zuluft-Teilstrom 3a gelangt
von der WRG 13 temperiert in die Zuluft-Verteilerkammer 3 für Temperierung/Kühlung. Über die
motorisch betriebenen Umschaltventile 4a–4n werden
die Zuluft-Teilströme 2a; 3a umgeschaltet/gemischt
und bedarfsgerecht auf die Räume
verteilt.
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Dazu
ein kurzes Beispiel. Ein Thermostat hat Wärmeanforderung gestellt. Über die
Außentemperatur-Regelung
wird ein Sollwert für
die Zulufttemperatur 2a im oberen Verteiler 2 vorgegeben.
Diese wird über
das Mischventil 5 geregelt. Der Vorteil besteht darin,
dass ein genau dosiertes Nachheizen der, auch durch das Solar-Luftsystem
evtl. vorgewärmten Zuluft
erfolgt und somit aus dem Speicher 20 nicht mehr als notwendig
Energie gezapft und eine Schichtung nicht zerstört wird.
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Das
Installieren der Mischventil-/Pumpengruppe 5 im unteren
Verteiler 3 nutzt den Platz aus, wärmt die temperierte Zuluft
nach und verhindert Energieverluste.
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Für die Betriebsart „Heizen” gilt,
dass die Wärmegewinne
kleiner als die Wärmeverluste
des Gebäudes
sind. Dieser Betriebszustand stellt sich im Winterhalbjahr ein.
Der gesamte von der WRG 13 temperierte Zuluftstrom 1 wird
nach 5 über
einen Wärmetauscher 6 als
Zuluftteilstrom 2a nachgeheizt. Die Verteilung erfolgt
je nachdem welche Thermostate in welchen Räumen Wärmeanforderung zeigen. Die
Umschalt-Ventile 4a–4n bringen
sich entsprechend in Stellung und versorgen die Räume mit
der erforderlichen Temperatur.
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Hier
zeigt sich die Dynamik des Systems, bei konstantem Luftvolumenstrom
der Be- und Entlüftung die
jeweils gewünschte
Temperatur zu realisieren.
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Winter-
bzw. Aufheizbetrieb: Alle Umschaltklappen sind auf „Heizen” gestellt.
Der Luftvolumenstrom wird gänzlich über den
Wärmetauscher
geleitet und nachgeheizt. Während
der Betriebszustand der Kühlung
im Sommer das gesamte Gebäude
betrifft, wird je nach Einfluss von Fremdwärme und Nutzung der Betriebszustand
zwischen Temperieren und Heizen wechseln. Gerade auch die ermöglichte
Einzelraumregelung lässt
es zu, dass einzelne Räume
mit unterschiedlicher Raumtemperatur versehen werden können. Somit
ist beim Wechsel der Betriebszustände eine Dynamik des Systems
erforderlich, die sich nicht nur zentral auf das gesamte Gebäude, sondern auf
jeden einzeln zu regelnden Raum bzw. festgelegte Temperaturzone
be zieht.
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Nach 6 ist
für den
Heizbetrieb die besonders vorteilhafte Solarenergienutzung eingebunden.
Die Umschaltklappe 7 ist auf Solarbetrieb geschaltet, d.
h. geöffnet.
Der gesamte temperierte Zuluftstrom 1 fließt als Zuluftstrom 2b im
Gehäuse 33 der
Anschlusseinheit über
den Anschluss 11 zur Solar-Luftkollektor-Anlage 19 und
fließt
erwärmt über den
Anschluss 12 zurück
in die Luftverteilerkammer 2 für Heizen. Der Zuluftstrom 2a gelangt über die
geöffneten
Umschaltventile 4a–4n als
Warmluft in die angeschlossenen Räume.
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Im
Winter- bzw. Aufheizbetrieb bringt das Solar-Luftsystem einen Energiegewinn,
der das Heizen unterstützt,
größtenteils
reicht er für
die Beheizung des Gebäudes
aus. Das Schalten eines Raumthermostaten bewirkt die Freigabe der
Solar-Umschaltklappe 7. Durch die Solarregelung wird sie
dann geschaltet und gibt den Weg für die Zuluft 2b über die Kollektoren 19 frei.
So wird sie durch Solarenergie erwärmt und anschließend durch
den Wärmetauscher 6,
gut dosiert vom gemischten Heizkreis auf Solltemperatur gebracht.
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Bei
der Beschreibung der 7 wird mit auf die 2 zurückgegriffen,
da solare Überschüsse im Solar-Heizungs-/Warmwasserspeicher 20 gespeichert
werden können.
Der gesamte temperierte Zuluftstrom 1 teilt sich in die
Teilströme 2c und 3 auf. Der
Teil-Zuluftstrom 2c wird durch Umschalten der Solar-Luft-Klappe 7 wie
nach 6 zum Solarkollektor 19 geleitet. Es
wird nicht die gesamte Solarenergie zum Beheizen der Räume benötigt. Ein
Luftstrom 2d wird zum Solarkollektor 19 geleitet,
der aus dem temperierten Zuluft-Teilstrom 2c und dem Teilstrom 2d des
Umluft-Kreises der Luftkollektor-Anlage 19 über das
Luft-Überströmventil 9 besteht.
Dem Teilstrom 2d entspricht der Umluft-Anteil des von der
Solar-Luftkollektor-Anlage erwärmten
Luftstromes 2e. Der in der Solar-Luftkollektor-Anlage erwärmte Luftstrom 2e/2d gibt über den
Wärmetauscher 8 Solarwärme an den
Solar-Heizungs-/Warmwasserspeicher 20 ab. Der Zuluft-Teilstrom 2f entspricht
dem in der Solar-Luftkollektor-Anlage erwärmten Zuluft-Teilstrom 2c und
wird zur Beheizung der Wärme
anfordernden Räume
genutzt. Die Zuluft-Teilströme 2a und 3a werden
entsprechend den Anforderungen der einzelnen Räume in den Umschalt-Ventilen 4a–4n gemischt
und verteilt.
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Im
Sommerbetrieb besteht keine Wärmeanforderung.
Die Thermostate haben somit wieder die Heizkreispumpe 20a und
die Solar-Umschaltklappe 7 verriegelt. In das Gebäude wird
ausschließlich
temperierte Zuluft 1 geleitet. Das Solar-Luftsystem ist
auf Umluft geschaltet und sämtliche
Solargewinne werden in den Solarspeicher 20 eingebracht.
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Die
Zuluftsolltemperatur wird erreicht. Eine Nachheizung ist nicht erforderlich.
Das Mischventil 5 hat den Heizkreis geschlossen.
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Der
Energiegewinn des Solar-Luftsystems ist größer als der Energiebedarf zur
Beheizung des Gebäudes.
Zum Teil gehen die Umschaltventile 4a–4n in den Temperier-Betrieb.
Der vom Solarventilator 19a erzeugte Druck wird über das
Lüftungssystem
nicht mehr abgebaut. Das Überströmventil 9 öffnet und
lenkt die Warmluft 2e in den Umluftbetrieb des Solarsystems
unter Beimischung von Zuluft 2c. Heizt sich dadurch der
Solarwärmetauscher 8 auf eine
Temperatur auf, die über
der des Solarspeichers 20 liegt, geht die Solarpumpe 20a in
Betrieb und trägt die überschüssigen solaren
Gewinne in den Speicher 20 ein. Diese Energie wird dann
wiederum nach Abschalten der Solaranlage am Abend für die Beheizung
oder zur Warmwasserbe reitung genutzt.
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Nach
der in 8 gezeigten Betriebsart liegt keine Heizanforderung
vor. Die motorisch betriebene Umschaltklappe 7 ist geschlossen.
Der gesamte temperierte Luftstrom 1 gelangt über den
Zuluftverteiler 3 und die Umschalt-Ventile 4a–4n zur
Temperierung/Kühlung
in die entsprechenden Räume.
Die gesamte Solarenergie wird im Wärmetauscher 8 aus dem
Gesamt-Luftstrom 12a im Umluftbetrieb der Solar-Luftkollektor-Anlage 19 entnommen
und kann dem Solar-Heizungs-/Warmwasserspeicher zugeführt werden.
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Sommerbetrieb,
es besteht keine Wärmeanforderung.
Die Thermostate haben somit wieder die Heizkreispumpe und die Solar-Umschaltklappe
verriegelt. In das Gebäude
wird ausschließlich
temperierte Zuluft geleitet. Das Solar-Luftsystem ist auf Umluft
geschaltet und sämtliche
Solargewinne werden in den Solarspeicher eingebracht.
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Die
motorisch betriebenen Umschaltventile 4a–4n bestehen
im Wesentlichen aus zwei konzentrisch ineinander geführten Rohren 22; 23.
Der Außendurchmesser
des Innenrohres 23 entspricht dem Innendurchmesser des
Außenrohres 22.
Lediglich etwas Spiel ermöglicht
die Bewegung untereinander, muss aber durch eine Beschichtung des
Innenrohres 23 abgedichtet sein.
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Nach 9 weist
jeweils das Außenrohr 22 Öffnungen 24a; 25a und
das Innenrohr 23 Öffnungen 24b; 25b auf.
Das Außenrohr 22 wirkt
als Ventilsitz, ist oben geschlossen und unten als Anschluss 10 geöffnet. Das
Innenrohr 23 wirkt als Ventilküken, weist oben eine Achse
zur Aufnahme des Motors auf und ist unten geöffnet. Mit einem Motor versehen,
ist es um 90° drehbar.
Die Öffnungen 24a; 24b werden
im Bereich der Zuluftverteiler 2 für Heizbetrieb und die Öffnungen 25a; 25b im
Bereich der Zuluftverteiler 3 für Temperierung/Kühlung wirksam.
Die Öffnungen 24a; 25a des
Außenrohres 22 liegen
zweckmäßig in Längsrichtung
in einer Flucht. Es ist vorteilhaft, dass die Öffnungen 24b; 25b des
Innenrohres 23 in Längrichtung
um 90° versetzt
angeordnet sind.
-
Die 10 dient
der Erläuterung
der Funktion der Umschalt-/Mischventile 4a–4n.
Durch die zwei auf axialer Linie um 90° versetzten Öffnungen, die in Größe und Höhenanordnung
denen des Außenrohres 22 entsprechen,
wird somit bei einer 90°-Drehung ein Umschalten
des Einzelzuluftauslasses auf den jeweils anderen Verteiler realisiert.
-
Dargestellt
ist ein Umschalt-Ventil 4a–4n aus den beiden
ineinander geschobenen, gegeneinander verschiebbaren Rohren 22; 23 in
den Stellungen:
- • 24a/24b – offen, 25a/25b – geschlossen
- • beide
halb geöffnet
- • 24a/24b – geschlossen, 25a/25b – offen.
-
Das
Außenrohr 22 ist
fest im Grundkörper des
TASC 30 installiert. Auf axial gleicher Linie befindet
sich in jedem der beiden Zuluft-Verteiler 2; 3 eine Öffnung.
Zum Luftauslass hin ist das Rohr offen. Um die Kompaktheit des Gerätes zu erweitern
bietet sich am Auslass die Installation einer Drosselklappe oder eines
Volumenstrombegrenzers an.
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Nach
der Erfindung können
die Umschaltventile 4a–4n zur
Umschaltung/Mischung der Luftströme
auch in einem separaten Rohr-/Kanalsystem je für Heizbetrieb und für Temperierung/Kühlung auf Anschlüsse zur
Verteilung auf die einzelnen Räume ein gesetzt
werden.
-
Zur
Realisierung der erfindungsgemäßen Anordnung
können
handelsübliche
Regelungen verwendet werden. Benötigt
werden die Reglerfunktionen Außentemperatur- und Differenztemperaturregelung.
-
Die
Außentemperatur-Regelung
erfasst die Außentemperatur,
die Temperatur der Zuluft im Heiz-Verteiler und steuert nach eingegebenen
Zeiten, Betriebsarten und der Heizkurve die Heizkreispumpe sowie
das Mischventil an.
-
Die
beiden Differenztemperaturschaltungen werden für Solarregelungen benötigt. Die
erste Solarregelung vergleicht die Temperaturen der temperierten
Zuluft und des Luftkollektors. Ist die Soll-Differenz erreicht,
wird der LK-Ventilator und die Solar-Umschaltklappe angesteuert.
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Die
zweite Solarregelung vergleicht die Temperaturen des Solarspeichers
und des Wärmetauschers
im Solar-Umluftkanal. Ist die Soll-Differenz erreicht, wird die
Solarpumpe in Betrieb gesetzt.
-
Diese
Reglerbausteine sind i. d. R. Bestandteil der Komponenten Wärmeerzeuger,
Solar-Luftsystem und Solar-Speichersystem.
-
Die
erfindungsgemäße Anordnung
bietet eine Reihe von Vorteilen, die je nach Erfordernis teilweise
oder in ihrer Gesamtheit genutzt werden können. Sie ermöglicht eine
optimale Regelung und Anpassung der haustechnischen Anlage in Bezug
auf Lüftung,
Heizung und Warmwasserbereitung unter allen Nutzungs- und Bedarfsbedingungen.
Das sind im einzelnen:
- • Kontrollierte Be- und Entlüftung mit
Wärmerückgewinnung
(Zu- und Abluft zentral)
- • Übernahme
der Heizfunktion, auch autark
- • Einzelraumregelung,
auch ohne Veränderung des
Luftvolumenstromes
- • Nutzung
von Erdwärme
- • Kühlung im
Sommer
- • Direkte
Einbindung einer Solaranlage, insbesondere mit Luft-Kollektoren
- • Energiemanagement
durch Einbindung eines Pufferspeichers
- • Überschüsse der
Solaranlage zur Nutzung bei der Warmwasserbereitung
- • Einbindung
jedes Wärmeerzeugers
möglich.
-
Die
Anlage selbst kann einfach und robust aufgebaut werden und auf langlebige
Betriebsdauer ausgelegt sein. Durch die Konstruktion als Kompaktgerät kann diese
industriell vorgefertigt und mit geringem Montageaufwand auf der
Baustelle eingebaut werden. Die kompakte Bauweise bietet auch gute Möglichkeiten
der Unterbringung. Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht eine
optimale Ausnutzung regenerativer Energien und erfordert geringe Investitions-
und Betriebskosten.
-
- 1
- gesamter
temperierter Zuluftstrom
- 2
- Zuluftverteilerkammer
(Heizbetrieb)
- 2a
- Zuluft-Teilstrom
im Heizbetrieb-Verteiler
- 2b
- gesamter
Zuluftstrom zum Solarkollektor
- 2c
- Teil-Zuluftstrom
zum Solarkollektor
- 2d
- Luftstrom
zum Solarkollektor
- 2e
- Umluft-Anteil
des von der Solar-Luftkollektor-Anlage erwärmten Luftstromes
- 2f
- Teil-Zuluftstrom
zur Beheizung der Wärme
anfordernden Räume
- 3
- Zuluftverteilerkammer
(Temperierung/Kühlung)
- 3a
- Zuluft-Teilstrom
temperiert von der WRG im temperierten Verteiler
- 4a–4n
- motorisch
betriebene Umschalt-Ventile
- 5
- Mischventil-/Pumpengruppe
- 6
- Wärmetauscher
zur Nachheizung im Heizbetrieb-Zuluft-Verteiler
- 7
- motorisch
betriebene Umschaltklappe zur Umschaltung auf Solarbetrieb
- 8
- Wärmetauscher
zur Übergabe
von Solarwärme
(Luft) an den Solarspeicher
- 9
- Luft-Überströmventil
- 10a–10n
- Anschlüsse zum
Austritt der Zuluft zu den einzelnen zu versorgenden Räumen
- 11
- Anschluß für die Verbindung
mit der Solar-Luftkollektor-Anlage (Kollektor-Eintritt)
- 12
- Anschluß für die Verbindung
mit der Solar-Luftkollektor-Anlage (Kollektor-Austritt)
- 12a
- Gesamt-Luftstrom
im Umluftbetrieb der Solar-Luftkollektor-Anlage (Sommerbetrieb)
- 13
- Wärmerückgewinnungsanlage
mittels Wärmetauscher
(Abluft-Außenluft)
- 14
- Beipass
zum Umfahren des Wärmetauschers
für die
Außenluft
- 15
- Schallentkopplung
zwischen WRG-Ventilatoren und TASC
- 16
- Abluft
des Gebäudes
- 17
- Fortluft
des Gebäudes
- 18
- Außenluft
- 19
- Solar-Luftkollektor-Anlage
- 19a
- Ventilator
der Solar-Luftkollektor-Anlage
- 20
- Solar-Heizungs-/Warmwasserspeicher
- 20a
- Solarkreis-Umwälzpumpe
(Flüssigkeits-Kreislauf)
- 21
- Erdwärmetauscher
mit Ansaugfilter zur Vorwärmung/Kühlung der
Außenluft
- 22
- Außenrohr
(Ventilsitz)
- 23
- Innenrohr
(Ventilküken)
- 24a
- Öffnung des
Ventil-Außenrohrs
in der oberen Verteilerkammer
- 25a
- Öffnung des
Ventil-Außenrohrs
in der unteren Verteilerkammer
- 24b
- Öffnung des
Ventil-Innenrohrs in der oberen Verteilerkammer
- 25b
- Öffnung des
Ventil-Innenrohrs in der unteren Verteilerkammer (um 90° zu 24b versetzt)
- 30
- Thermo-Air-Splitting-Compaktgerät (TASC)
- 31
- Grundgehäuse des
TASC
- 32
- Trennwand
Heizbetrieb/Temperierung
- 33
- Gehäuse der
Anschlusseinheit für
die Luftkollektoren
- 34
- Verjüngung des
Grundgehäuses 31
- 35
- Anschlussdom
für den
gesamten temperierten Zuluftstrom