DE2602485A1 - Wasserrueckkuehl-vorrichtung - Google Patents

Description

DR.-ING. W. STUHLMANN — D1PL.-ING. R. WILLERT DR.-ING. P. H. OIDTMANN

AKTEN-NR. 429/26120
Ihr Zeichen

-S-

463 BOCHUM, 22.1.1976 XR, Postschließfach 24BO Fernruf 0234/14O 61 Bergstraß· 169 Telegr.: Stuhlmannpatent

GEA LuftkühlergeSeilschaft Happel GmbH & Co. KG Königsallee 43-47, 4630 Bochum

Wasserrückkühlvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Wasserrückkühlvorrichtung, die einen mit Rippenrohren ausgerüsteten, innenseitig mit dem zu kühlenden V/asser und außenseitig durch Kühlluft beaufschlagten Trockenkühlteil sowie einen aus derselben Wasser-Zuführung gespeisten, insbesondere unterhalb des Trockenkühlteils angeordneten Naßkühlteil aufweist, in welchem die Kühlluft an dem aus einer Verteileranlage in ein Sammelbecken herabrieselnden Kühlwasser in direktem Kontakt vorbeiströmt, wobei in die gemeinsame V/asser-Rückführung zur Wärmequelle eine Umwälzpumpe eingegliedert ist.

Vorrichtungen dieser Gattung werden beispielsweise zur Rückkühlung des beim Kühlen von Turbinenkondensatoren aufgewärmten VJassers verwendet. Die Kombination eines Trockenkühlteils mit einem Naßkühlteil reduziert die Intensität der sich insbesondere in der kälteren Jahreszeit oberhalb von Naßkühlteilen verstärkt ausbildenden Sehwadenfahnen. Durch entsprechende Aufteilung der Wärmelast auf den Naß- und den Trockenr kühlteil soll erreicht werden, daß bei der Mischung der beiden Warmluftströme ein Luftzustand erreicht wird, welcher eine Zumischung von Umgebungsluft in beliebiger Menge ohne Nebelbildung gestattet.

Bei einer Bauart der eingangs vorausgesetzten Gattung ist der Trockenkühlteil in Form von zu Wärmeaustauscherelementen

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zusammengefaßten Rippenrohren oberhalb eines schacht- bzw. turmartig gestalteten Haßkühlteils angeordnet. Beide Kühlteile werden aus in wesentlichen horizontaler Richtung parallel mit Kühlluft beaufschlagt. Dabei wird die den IJaßkühlteil im Gegenstromprinzip durchströmende Kühlluft mit Feuchtigkeit angereichert. Oberhalb des Naßkühlteils gelangt die derart feuchtigkeitsangereicherte Kühlluft in den Einflußbereich der durch den Trockenkühlteil geströmten, nunmehr aufgewärmten trockenen Kühlluft und mischt sich mit dieser, so daß am oberen Schachtbzw. Turmende eine Abluft mit geringerer Luftfeuchtigkeit als bei reiner Naßkühlung nach oben in die Atmosphäre austritt.

Was die wasserseitige Schaltung der beiden Kühlteile anbelangt, so wird die gesamte Menge des in den Turbinenkondensatoren aufgewärmten Kühlwassers zunächst durch den Trockenkühlteil hindurchgeführt und dann der Verteileranlage des Naßkühlteils zugeleitet. Von hier aus rieselt das vorgekühlte Kühlwasser über Rieseleinbauten in das im unteren Bereich des Naßkühlteils vorgesehene Sammelbecken hinab und wird von dort mittels einer Umwälzpumpe über die Wasser-Rückführung wieder der Wärmequelle, d.h. den Turbinenkondensatoren, zugeleitet.

Obwohl sich diese wasserseitige Serienschaltung im Prinzip bewährt hat, stößt sie jedoch dort unwiderruflich an eine Grenze, wo es mit vertretbarem Aufwand, insbesondere hinsichtlich der Fertigungskosten, nicht mehr möglich ist, noch die gesamte Kühlwassermenge durch den Trockenkühlteil zu schicken. Um hierfür einen ausreichenden Durchflußquerschnitt sicherzustellen, müßten unverhältnismäßig viele Rippenrohre vorgesehen werden. Die Herstellung dieser Rippenrohre, ihr Einbau und ihr Anschluß an die Wasser-Zuführung bzw. an den strömungstechnisch folgenden Naßkühlteil sind dann derart aufwendig, daß die Vorteile wieder zunichte wären, die erst durch die Kombination eines Trocken-Kühlteils mit einem Naßkühlteii erreichbar sind.

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Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine Wasserrückkühlvorrichtung der eingangs vorausgesetzten Gattung zu schaffen, die es unter Ausnutzung des an sich bewährten Prinzips der Kombination eines Naßkühlteils mit einem Trockenkühlteil ermöglicht, auch größere, im Bereich einer z.B. durch einen Turbinenkondensator oder durch mehrere Turbinenkondensatoren gebildeten Wärmequelle aufgewärmte Kühlwassermenge unter wirtschaftlich vertretbarem Aufwand auf eine den angestrebten Effekt gewährleistende Temperatur zurückführen zu können.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch

gelöst, daß der Trockenkühlteil und der Naßkühlteil in Parallelschaltung mit der Wasser-Zuführung verbunden und von vorzugsweise parallelen Luftströmen beaufschlagt sind.

Mit dem erfindungsgemäßen Vorschlag ist nunmehr der Vorteil verbunden, daß selbst bei großen zu kühlenden Wassermengen, wie beispielsweise 100.000 m /h und mehr, das Prinzip der kombinierten Rückkühlung und die damit verbundenen Vorteile voll genutzt werden können. Der im Vergleich zum Naßkühlteil von der Fertigung her wesentlich kostenaufwendigere Trockenkühlteil braucht nunmehr lediglich so groß ausgelegt zu werden, daß die in ihm erzeugte trockene Abluft bei Vermischung mit der aus dem Naßkühlteil aufsteigenden feuchtigkeitsangereicherten Abluft ausreicht, die Schwadenbildung oberhalb der Wasserrückkühl-Vorrichtung zu vermeiden. Diese Absicht ist im Normalfall schon dann gewährleistet, wenn von der gesamten erwärmten Kühlwassermenge lediglich 20 bis 40 Prozent durch den Trockenkühlteil hindurchgeleitet werden. Ein weiterer Vorteil, der sich durch die wasserseitige Parallelschaltung des Trocken- und des Naßkühlteils neben der Möglichkeit ergibt, daß eine an sich unbeschränkte Menge an Kühlwasser pro Zeiteinheit nunmehr intensiv rückgekühlt werden kann, ist der, daß der von der Fertigung her gesehen im Vergleich zum Naßkühlteil teurere Trockenkühlteil selbst in der Projektion auf die nur für beschränkte Kühlwasser-

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mengen pro Zelteinheit geeignete wasserseitige Serienschaltung klein und damit der gesamte Fertigungsaufwand relativ gering gehalten werden kann.

In Verbindung mit der parallelen Rückkühlung von erwärmten Kühlwassermengen ist es ferner von Vorteil, daß die beiden Kühlteile auch luftseitig parallel geschaltet sind. Dieses Merkmal trägt ebenfalls mit dazu bei, den Trockenkühlteil relativ klein zu halten und fördert in besonders günstiger Weise die Regelbarkeit der Anlage.

Ein bevorzugtes Merkmal der Erfindung besteht darin, daß der Trockenkühlteil wasserseitig kraftschlüssig mit der Wasser-Rückführung verbunden ist. Der somit gebildete geschlossene Kreislauf vermindert die Pumphöhe für den Trockenkühlteil und führt zu einem wirtschaftlicheren Betrieb der Anlage.

In diesem Zusammenhang kennzeichnet sich eine vorteilhafte Ausfuhrungsform dadurch, daß in die Parallelleitung zwischen der Wasser-Zuführung und dem Trockenkühlteil eine Füllpumpe und ein Absperrorgan in paralleler Zuordnung eingegliedert sind, wobei die Wasser-Ableitung des Trockenkühltexls unterhalb des Wasserspiegels in das Sammelbecken des Naßkühlteils mündet.

Die Füllpumpe dient hierbei lediglich dem Zweck, den Trockenkühlteil beim Anfahren mit Wasser zu befüllen. Sie braucht deshalb keine große Leistung zu bringen. Das parallel benachbarte Absperrorgan sowie ein weiteres Absperrorgan in der Parallelleitung zum Naßkühlteil sind dabei geschlossen. Ist der Trockenkühlteil gefüllt, werden die Absperrorgane geöffnet, so daß nunmehr der selbständige Durchfluß des Kühlwassers im Trockenkühlteil aufgrund der Heberwirkung einsetzt. Hiermit ist der besondere Vorteil verbunden, daß die in die Wasser-Rückführung eingegliederte Umwälzpumpe nur eine solche Leistungsgröße zu

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haben braucht, daß die dem Naßkühlteil zuzuführende Kühlwassermenge auch vollständig in dessen Verteileranlage gelangt. Das heißt, die Umwälzpumpe braucht nur auf die Förderhöhe für den Naßkühlteil ausgelegt zu sein. Der gegenüber dem Naßkühlteil höher angeordnete Trockenkühlteil erfordert demgegenüber keine zusätzliche Pumphöhe. Wesentlich ist hierbei jedoch, daß die Wasser-Ableitung des Trockenkühlteils unterhalb des Wasserspiegels in das Sammelbecken des Naßkühlteils mündet. Der Betrieb des Trockenkühlteils im Kra-ftschluß ist damit gesichert.

Eine andere aber ebenso vorteilhafte Ausfuhrungsform besteht darin, daß in die Parallelleitung zwischen der Wasser-Zuführung und dem Trockenkühlteil eine Druckerhöhungspumpe eingegliedert ist, wobei die Wasser-Ableitung des Trockenkühlteils an den die Umwälzpumpe mit der Wärmequelle verbindenden Abschnitt der Wasser-Rückführung angeschlossen ist.

Durch die Druckerhöhungspumpe, welche z.B. der Füllpumpe gemäß der zuerst beschriebenen Ausführungsform entsprechen kann, wird in dieser speziellen Ausführungsform die den Trockenkühlteil durchströmende Teilmenge des Kühlwassers auf einen so hohen Druck gebracht, daß sich an der höchsten Stelle des Trockenkühlteils ein gegen den herrschenden Atmosphärendruck höherer Druck einstellt. Hierdurch kann das sich aus dem umlaufenden Kühlwasser frei werdende Gas stets in die Atmosphäre abgeblasen werden, ohne daß die sich bildenden Gasblasen den Wasserumlauf zumindest in einem Teil der Rippenrohre unterbrechen und dadurch erhebliche betriebliche Störungen in Form von Minderleistung, Korrosion und Einfriergefahr herbeiführen. Das vom Trockenkühlteil abfließende rückgekühlte Kühlwasser wird im Gegensatz zu der anderen Ausführungsform dann nicht dem Kühlwasser im Sammelbecken des Naßkühlteils beigemischt, sondern auf der Druckseite der Umwälzpumpe, d.h. also an der Stelle des höchsten Druckes im System, dem Kühlwasserkreislauf wieder zu-

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geführt. Durch diese Maßnahmen werden energieverzehrende Drosselverluste praktisch völlig vermieden. Die Füllung und Entlüftung des Trockenkühlteils kann problemlos mittels der Druckerhöhungspumpe und eines an der höchsten Stelle des Trockenkühlteils vorgesehenen Entlüftungsventile bewerkstelligt werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind der Trockenkühlteil und der Naßkühlteil natur- und/oder zwangsbelüftet. Welches dieser Belüftungssysteme für den jeweiligen Einsatzfall zweckmäßiger ist, entscheiden in der Regel die örtlichen Bedingungen und wirtschaftliche Gesichtspunkte.

Die Erfindung sieht ferner vor, daß die erwähnten Ausführungsformen der wasserseitigen Parallelschaltung sowie der kraftschlüssigen Verbindung des Trockenkühlteils mit der Wasser-Rückführung bei Bedarf entsprechend geschaltet werden können. Zu diesem Zweck werden in vorteilhafter Weise Absperrorgane auch in die Leitungen zwischen dem Trockenkühlteil und dem Sammelbecken, dem Trockenkühlteil und der V/asser-Rückführung, dem Naßkühlteil und der Wasser-Zuführung sowie vor und hinter der Füll- bzw. Druckerhöhungspumpe vorgesehen. Durch entsprechendes öffnen und Schließen dieser Absperrorgane ist es möglich, die für den jeweiligen Einsatzfall geeignete Schaltungsart anzuwenden, um dadurch die erfindungsgemäße Vorrichtung an die vorhandenen Gegebenheiten anpassen zu können. Außerdem ist mit dieser Vorrichtung eine geschickte Verlagerung bei der wasserseitigen Beaufschlagung des Trocken- und des Naßkühlteils in Abhängigkeit von den gegebenen Außenluftverhaltnissen erzielbar. Darüber hinaus ist es dank der Erfindung möglich, daß beispielsweise die Füllpumpe durch eine Verbindungsleitung zwischen der Druckleitung hinter der Umwälzpumpe und der zu dem Trockenkühlteil führenden Parallelleitung ersetzt werden kann, wenn die zusätzlichen Druckverluste des Kühlkreises größer werden als die Differenzhöhe zwischen der Verteileranlage des

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Naßkühlteils und der höchsten Stelle des Trockenkühlteils.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird beispielsweise im Rahmen eines schacht- oder turmartigen Bauwerkes eingesetzt. Dabei nimmt der untere Abschnitt dieses im Querschnitt runden oder rechteckigen Bauwerkes den Naßkühlteil einschließlich Verteileranlage, Rieseleinbauten und Sammelbecken auf, während der aus mit Rippenrohren versehenen Wärmeaustauscherelementen bestehende Trockenkühlteil oberhalb des Naßkühlteils am Umfang des Bauwerkes angeordnet ist. Entsprechend ausgelegte Durchtrittsöffnungen in den Wänden des Bauwerkes in Höhe des Trockenkühlteils bzw. unterhalb der Rieseleinbauten des Naßkühlteils ermöglichen den ungehinderten Abfluß bzw. Zufluß der Kühlluft.

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles nachstehend näher erläutert.

Mit 1 ist ein schematisiert gehaltener wassergekühlter Turbinenabdampf-Kondensator bezeichnet. Über die Leitung 2 wird das im Kondensator erwärmte Kühlwasser einem Kühlturm 3 zugeleitet, während das-dort rückgekühlte Wasser über die Leitung 4 dem Kondensator zwecks Kühlung wieder zugeführt wird.

Der Kühlturm 3 weist beispielsweise einen runden Querschnitt auf und ist im Bodenbereich als Sammelbecken 5 für das rückgekühlte Kühlwasser ausgebildet. Oberhalb des Wasserspiegels 6 ist die Kühlturmwandung 7 umfangsseitig durchbrochen, so daß Lufteintrittsöffnungen 8 ausreichenden Querschnittes gebildet sind. Oberhalb der durch die Oberseiten 9 dieser Öffnungen verlaufenden Horizontalebene ist der Naßkühlteil 10 der Vorrichtung angeordnet. Dieser weist Rieseleinbauten 11 auf, welche über den geisamten Turmquerschnitt verteilt vorgesehen sind. Die Einbauten sind auf Stützen 12 gelagert. Die Rieseleinbauten werden von einer Kühlwasser-Verteileranlage 13 aus beschickt, welcher ein Ringkanal l4 zugeordnet ist, der den

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Kühlturm 3 außenseitig umgibt. Das im Kondensator erwärmte Kühlwasser wird von dem Ringkanal aus über Sprühdüsen 15 auf die Rieseleinbauten 11 aufgegeben und fällt von den Rieseleinbauten in das bodenseitige Sammelbecken 5. Die gemäß den Pfeilen A durch die Öffnungen 8 radial in den Turm 3 eintretende Luft fließt im Gegenstrom zu dem herabrieselnden Kühlwasser nach oben durch die Rieseleinbauten und nimmt dabei Feuchtigkeit auf, wodurch das Kühlwasser abgekühlt wird. Danach durchströmt diese feuehtigkeitsangereieherte Luft Tropfenabscheider 16, welche über den Turmquerschnitt angeordnet sind. Das im Sammelbecken 5 anfallende rückgekühlte Wasser wird von hier aus mittels einer Umwälzpumpe 17 über den Wasser-Rückfluß 4 wieder dem Kondensator 1 zugeführt.

Oberhalb des Ringkanals 14 für den Naßkühlteil 10 ist der Trockenkühlteil 18 angeordnet. Der Trockenkühlteil weist vertikal angeordnete Rippenrohre 19 auf, die in zwei hintereinanderliegenden Reihen 19a, 19b angeordnet sind. Die Rippenrohre sind zu Wärmeaustauscherelementen zusammengefaßt, welche den Kühlturm mit Abstand umgeben. Die gemäß den Pfeilen B zwischen den Rippenrohren durchströmende und dort Wärme aufnehmende Kühlluft gelangt durch Lufteintrittsöffnungen 20 in der Kühlturmwandung 7 in das Innere des Kühlturmes und vermischt sich dort mit der nach oben aufsteigenden, mit Feuchtigkeit angereicherten Kühlluft aus dem Naßkühlteil 10. Zur Erhöhung des Luftzuges ist in der konisch nach oben sich erweiternden Abströmöffnung 21 des Kühlturmes ein Ventilator 22 vorgesehen.

Im Bereich des Kühlturmes 3 teilt sich die Wasser-Zuführung 2 in zwei Parallelleitungen 23 und 24, von denen die Parallelleitung 23 zum Trockenkühlteil 18 und die Parallelleitung 24 zum Naßkühlteil 10 führt. In der Parallelleitung 23 sind in paralleler Zuordnung eine Pumpe 25 und ein Absperrorgan 26 vorgesehen. Ferner sind vor und hinter der Pumpe weitere Ab-

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sperrorgane 27 und 28 in die Parallelleitung eingegliedert. Auch in der Parallelleitung 24 zum Haßkühlteil 10 ist ein Ab-sperrorgan 29 vorgesehen. Die Pumpe kann als Füllpumpe und/oder als Druckerhöhungspumpe wirken.

Die Kühlwassermenge j die dem Troekenkühlteil zugeführt wird, gelangt zu den inneren Rippenrohren 19a, steigt in diesen nach oben und fließt durch die äußeren Rippenrohre 19b in die Sammelleitung 30 des Trockenkühlteils. Die hier angeschlossene Wasser-Ableitung 31 führt einmal unter Eingliederung eines Absperrorgans 32 zum Wassersammelbecken 5 und zum anderen unter Eingliederung eines Absperrorgans 33 zu dem Abschnitt der Wasser-Rückführung 4, der zwischen der umwälzpumpe 17 und dem Turbinenabdampf-Kondensator 1 liegt.

Bei Inbetriebnahme der Rückküh!-Vorrichtung werden die Absperrorgane 27 und 28 beiderseits der Pumpe 25 geöffnet und die Absperrorgane 26 in der Parallelleitung 23 sowie 32 und 33 in der Wasser-Ableitung 31 des Trockenkühlteils 18 geschlossen. Nach Inbetriebsetzen der Pumpe 25, die jetzt als Füllpumpe wirkt j wird der Troekenkühlteil gefüllt. Hieran anschließend werden die vor und hinter der Füllpumpe liegenden Absperrorgane 27 und 28 geschlossen und die Absperrorgane 26 und 32 geöffnet. Dadurch entsteht nunmehr innerhalb des Trockenkühlteils ein selbständiger Umlauf der Kühlwassermenge aufgrund der Heberwirkung. Dabei bleibt jedoch das Absperrorgan 33 in der Wasser-Ableitung zwischen dem Troekenkühlteil und der Wasser-Rückführung auf der Druckseite der Umwälzpumpe 17 geschlossen. Der Troekenkühlteil steht damit über das Wassersammelbecken kraftschlüssig mit der Wasser-Rückführung in Verbindung.

Eine andere Betriebsmöglichkeit besteht darin, daß die Pumpe 25 als Druckerhöhungspumpe verwendet wird. In diesem Fall bleiben das der Pumpe parallel zugeordnete Absperrorgan 26 und

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das. in der Wasser-Ab leitung 31 zum Wasser Sammelbecken 5 liegende Absperrorgan 32 geschlossen. Der Kreislauf durch den Trokkenkühlteil erfolgt also über die Druckerhöhungspumpe und dann direkt zur Druckseite der Umwälzpumpe 17. Der Kreislauf im Naiäkühlteil 10 bleibt davon unberührt.

Zwecks Entlüftung des Trockenkühlteils 18 ist an der höchsten Stelle des Kreislaufes ein Entlüftungsventil J>k vorgesehen.

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Claims (5)

1. PATENVANWaLTE

   DR.-ING. W. STUHLMANN - DIPL.-iNG. R. WILLERT DR.-ING. P. H. OIDTMANN

   AKTEN-NR. 429/26120 Ihr Zeichen

   GEA Luftkühlergesellschaft
   Kappe1 GmbH & Co. KG
   Königsallee 43 - 47
   4630 Bochum

   483 BOCHUM, 22.1.1976 ϊ

   Postschließfach 24SO Fernruf Ο234/1 4O 61 Bergstraße 1S9 Telegr.: Stuhlmannpatent

   Patentansprüche:

   yIWasserrückkühlvorrichtung, die einen rait Rippenrohren ausgerüsteten, innenseitig mit dem zu kühlenden V/asser und außenseitig durch Kühlluft beaufschlagten Trockenkühlteil sowie einen aus derselben V/asser-Zuführung gespeisten, insbesondere unterhalb des Trockenkühlteils angeordneten Naßicühlteil aufweist, in welchem die Kühlluft an dem aus einer Verteileranlage in ein Sammelbecken herabrieselnden Kühlwasser in direktem Kontakt vorbeiströmt, wobei in die gemeinsame V/asser-Rückführung zur Wärmequelle eine Umwälzpumpe eingegliedert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Trockenkühlteil (18) und der Naßkühlteil (10) in Parallelschaltung mit der Wasser-Zuführung (2) verbunden und von vorzugsweise parallelen Kühlluftströmen (A, B) beaufschlagt sind.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Trockenkühlteil (18) wasserseitig kraftschlüssig mit der Wasser-Rückführung (4) verbunden ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß in die Paralleleitung (23) zwischen der Wasser-Zuführung (2) und dem Trockenkühlteil (18) eine Püllpuripe (25) und ein Absperrorgan (26) in paralleler Zuordnung eingegliedert sind, wobei die Wasser-Ableitung (31)

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   des Trockenkühlteils (l8) unterhalb des Wasserspiegels (6) in das Sammelbecken (5) des Naßkühlteils (10) mündet.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß in die Parallelleitung (23) zwischen der Wasser-Zuführung (2) und dem Trockenkühlteil (18) eine Druckerhöhungspumpe (25) eingegliedert ist, wobei die Wasser-Ableitung (31) des Trockenkühlteils (18) an den die Umwälzpumpe (17) mit der Wärmequelle (1) verbindenden Abschnitt der Wasser-Rückführung (4) angeschlossen ist.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Trockenkühlteil (l8) und der Naßkühlteil (10) natur- und/oder zwangsbelüftet sind.

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