DE2949570A1 - Bivalente wohnhaus-klimaanlage mit nutzung der erdwaerme ohne waermepumpe - Google Patents

Bivalente wohnhaus-klimaanlage mit nutzung der erdwaerme ohne waermepumpe

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DE2949570A1 DE19792949570 DE2949570A DE2949570A1 DE 2949570 A1 DE2949570 A1 DE 2949570A1 DE 19792949570 DE19792949570 DE 19792949570 DE 2949570 A DE2949570 A DE 2949570A DE 2949570 A1 DE2949570 A1 DE 2949570A1
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Description

Herbert Kaniut . Blatt
Orrerweg 33 ^ Ψ -
5000 KÖLN 71
BIVALENTE WOHNHAUS - KLIMAANLAGE MIT NUTZUNG DER ERDWÄRME OHNE WÄRMEPUMPE
BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft eine Heizungs-und Lüftungsanlage für die Winterzeit, die die Erdwärme ohne Anwendung der kostspieligen Wärmepumpe nutzt, und eine Kühlungs-und Lüftungsanlage für die Sommerzeit-Die Winterzeitfunktion und die Sommerzeitfunktion werden durch die gleiche einfache Anlage bewerkstelligt, die eine mäßige Brtriebs-Stromaufnahme aufweist, die insbesondere auch in kleinen Einheiten gebaut werden kann, wodurch sie z.B. für Einfamilienhäuser geeignet ist, und durch ihre geringe Herstellungs-und Unterhaltungskosten für Jedermann erschwinglich sein dürfte. Auf diese Weise wird die Absicht, Energie im täglichen Leben und mit effektiver Breitenwirkung zu sparen, mit einfachen Mitteln praktikabel gemacht.
Bekannt sind Anlagen zur Nutzung der Erdwärme mit Hilfe von Wärmepumpen, die einerseits zwar die gänzliche Deckung des Wärmebedarfes eines Hauses anstreben, die andererseits aber nicht zu übersehende Nachteile aufweisen, wie einen hohen Anschaffungspreis und erhebliche Unterhaltungskosten, da ein wesentlicher Teil der erzeugten Wärme als elektrische Energie aufgebracht werden muß. Außerdem benötigen diese Anlagen ein großes Haus-Grundstück mit aufwendigen unterirdischen Einrichtungen, was die Hausgesamtkosten in die Höhe treibt, und wodurch diese Anlagen breiten Bevölkerungsschichten nicht zugänglich sein dürften.
Um eine Alternative zu dieser Bauform verfügbar zu machen, hat sich der Erfinder die Aufgabe gestellt, eine einfachere Anlage zur Nutzung der Erdwärme zu schaffen. Diese Anlage arbeitet zwar nicht so intensiv wie die Wärmepumpen-Anlage, sie ist dafür aber viel preisqiinstiqer.
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weil sie auch ohne Wärmepumpe auskommt, und ermüqlicht dadurch eine leichtere Anschaffung und Unterhaltung für viele Bürger. Als weiterer Vorteil kommt hinzu, daß diese Anlage auch noch im Sommer als Kühlungsund Permanentlüftungsanlage genutzt werden kann.
Die Erfindung basiert auf der bekannten physikalischen Tatsache, daß das Erdreich im Winter wärmer, im Sommer dagegen kühler als die oberirdische Luft ist. Das beeinflußt z.B. die Luft-Temperatur von im Erdreich liegenden Hohlräumen, was schon die Höhlenbewohner zu schätzen wußten, und was auch bei Kellerwohnungen von Vorteil ist, die ja bekanntlich im Winter relativ warm, und Im Sommer kühl sind. Dennoch scheint es, daß man bei der billigen Heizenergie diese günstige wärmetechnische Tatsache vergessen hat, da sie im allgemeinen nicht mehr genutzt wird.
So besinnt sich die Erfindung wieder auf den Vorteil eines erdnahen Wohnens ; führt aber neue technische Einrichtungen ein, um diesen Vorteil auch für unsere oberirdischen Wohnungen nutzbar zu machen.
Die erfindungsgemäßen Einrichtungen umfassen eine im Erdreich außerhalb des Hauses verlegte Rohrschlange, die als Erdwärme-Tauscher für die oberirdisch angesaugte Luft dient. Mit ihrer Hilfe wird der winterliche als auch der sommerliche Temperatur-Unterschied zwischen der Luft und dem Erdreich nutzbar gemacht. Die in der Rohrschlange temperierte Luft wird dem Wohnbereich zugeführt, wo sie insbesondere im Winter weniger nachgeheizt zu werden braucht als direkt von außen eingeführte Kaltluft, was Wärmeenergie spart. Gleichzeitig ergibt dieser permanent (oder z.B. auch periodisch) zugeführte Frischluftstrom eine effektive Lüftung des Wohnbereiches, wodurch das Fensteröffnen zu Lüftungszwecken entfällt; und womit auch wieder der Wärmeverlust durch Herausführen der "verbrauchten" aber warmen Luft beim Öffnen der Fenster vermieden wird.
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Im heißen Sommer dient die gleiche einfache Anlacje zur Kühlung der Wohnung, weil in dieser Jahreszeit die oberirdische Luft wärmer als das Erdreich ist, und beim Durchströmen des Erdwärme-Tauschers gekühlt wird. Bei diesem Vorgang wird Kondenswasser ausgeschieden, und die dadurch relativ trockener gewordene Luft In den Wohnbereich geführt. Auch diese Kühlmethode spart Energie, weil die sonst gebräuchlichen elektrisch betriebenen Kühlaggregate mit Wärmepumpen nicht mehr erforderlich sind.
Eine Steigerung der beschriebenen Wirkungsweisen im Winter als auch im Sommer wird erfindungsgemäß dadurch bereitgestellt, daß der Erdwärme-Tauscher mit einer horizontalen Wärme-Isolationsschicht überdeckt wird, die im wesentlichen dicht unter der Erdoberfläche liegt.
Weitere Einrichtungen des Systems sind konventionelle Ventilatoren, die die oberirdische Luft ansaugen und sie durch den Erdwärme-Tauscher und die nachfolgenden Rohrleitungen treiben ; ein durch die übliche Haus-Heizungsanlage (z.B. Wermwasser-Heizungsanlage) gespeister Heizkörper, der im Gehäuse untergebracht ist, durch das die im Erdwärme-Tauscher (im Winter) vorgewärmte Luft zum Zwecke der Nachwärmung durchgeleitet wird; und Rohrleitungen, die zu den einzelnen Zimmern des Wohnbereiches führen.
Es versteht sich von selbst, daß zur optimalen Nutzung der erfindungsgemäßen Anlage die gegenwärtig schon allgemein übliche erhöhte Wärmedämmung der Hauswände nützlich ist.
Die Erfindung wird an Hand eines, in den beiliegenden Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
FIG. 1 zeigt einen senkrechten Schnitt durch das Erdreich, die Hausseitenwand, die Kellerdecke und die Kellerbodenplatte mit dem Aufbau der erfindungsgemäßen bivalenten Klimaanlage, dem Verlauf des Rohrstranges der Anlage und Anordnung der einzelnen Einrichtungen.
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FIG. 2 veranschaulicht den Anwärm-Vorgang der Luft in der bivalenten Klimaanlage nach der Erfindung im Winter.
FIG. 3 veranschaulicht den Abkühlungs-Vorgang der Luft in der Klimaanlage nach der Erfindung Im Sommer.
FIG. 4 zeigt einen senkrechten Schnitt durch das Erdreich außerhalb des Hauses mit den Verlaufen der natürlichen und der durch die horizontale Wärme-1solationsschicht über dem Erdwärme-Tauscher modulierten Temperaturgradienten im Winter und im Sommer.
In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszahlen gleiche Teile. Es bedeuten;
1. Ansaugöffnung mit Gitter;
2. Ventilator, im Gehäuse untergebracht;
3. Erdwärme-Tauscher in Form einer Rohrschlange, die im Erdreich außerhalb des Hauses verlegt ist;
4. Kondenswasser-Abführrohr mit Drosselhahn;
5. Hilfsventilator, im Gehäuse untergebracht. Dieser Ventilator ist bei großen Rohrstrang-Längen zu verwenden;
6. Im Gehäuse untergebrachter Heizkörper, der an die konventionelle Hauswarmwasserheizung angeschlossen ist. Dieser Heizkörper wird im Sommer nicht beheizt;
7. Ausblasdiffusoren der Klimaanlage im Wohnbereich mit Drosselvorrichtungen;
8. Wärme-Isolationsmantel des Klimaanlage-Rohrstranges, der Ventilatoren-Gehäuse und des Heizkörper-Gehäuses im Hause;
9. Erdreich außerhalb des Hauses;
10. Angesaugte Außenluft;
10a. Temperatur der angesaugten Außenluft im Winter; 10b. Temperatur der angesaugten Außenluft im heißen Sommer; 11 - 12 - 13. Weg der Luft im Rohrstrang der Klimaanlage; 14. Austritt der im Winter warmen und im Sommer kühlen Frischluft im Wohnbereich;
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15. Gefälle der einzelnen Rohrabschnitte innerhalb des Erdwärme-Tauschers zur Abführung des Kondenswasser;
16. Zimmertemperatur;
17. Kühleffekt der in den Wohnbereich zugeführten gekühlten Luft Im heißen Sommer;
18. Axiale Drosselverstellung des Ausblasdiffusors mit um 90 umlenkender Endplatte;
19. Schwenkbare Drosselklappen-Verstellung des Ausblasdiffusors;
20. Kellerbodenplatte des Hauses;
21. Kellerseitenwände;
22. Kellerdecke;
23. Hauswand mit Fenster;
24. Wand-Wärmeisolation des Hauses;
25. Konventionelle Heizkörper Im Wohnbereich;
26. Horizontale Wärme-Isolationsschicht über dem Erdwärme-Tauscher 3, die auch aus mehreren Teil-Isolationsschichten bestehen kann;
27. Erdoberfläche;
28. Natürlicher senkrechter Temperaturgradient im oberen Erdreich in der Winterzeit;
29. Modulierter senkrechter Temperaturgradient im oberen Erdreich in der Winterzeit bei Verwendung der horizontalen Wärme-Isolationsschicht 26 über dem Erdwärme-Tauscher 3;
30. Natürlicher senkrechter Temperaturgradient im oberen Erdreich in der Sommerzeit;
31. Modulierter senkrechter Temperaturgradient Im oberen Erdreich in der Sommerzeit bei Verwendung der horizontalen Wärme-Isolationsschicht 26 über dem Erdwärme-Tauscher 3;
32. Temperaturgewinn im Winter bei Verwendung der horizontalen Wärme-Isolationsschicht 26;
33. Temperatursenkung im Sommer bei Verwendung der horizontalen Wärme-Isolationsschicht 26;
tlt. Temperaturanstieg der angesaugten Frischluft im fr.rdwärme-Tauscher 3 im Winter. Dieser Temperaturanstieg entspricht der erzielten Energie-oder Heizkosten-Einsparung;
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/jt_ Reduzierter Temperaturanstieg der um ö t. vorgewärmten Frischluft, der durch den Heizkörper 6 erzeugt wird;
Ut-, Erforderlicher Temperaturanstieg der Luft im Wohnbereich während der Winterzeit, der ohne Verwendung der erfindungsgemäßen Klimaanlage gänzlich durch die konventionellen Heizkörper 25 erzeugt werden muß;
Hierbei 1st: Δ t} +Zh2 = Δ t3 ;
^Jt. Temperaturabfall der angesaugten Frischluft im Erdwärme-Tauscher 3 im heißen Sommer.
Die erfindungsgemäße bivalente Wohnhaus-Klimaanlage saugt die oberirdische Außenluft 10 durch die Ansaugöffnung 1 an. Zur Erzeugung der Strömungsbewegung im ganzen Rohrstrang der Klimaanlage mit Aufrechterhaltung des Ansaug-und Ausblasvorganges dient ein im Gehäuse untergebrachter Ventilator 2, der zwischen der Ansaugöffnung 1 und dem Erdwärme—Tauscher 3 angeordnet ist. Zur Unterstützung der Strömungsbewegung in der Klimaanlage, Insbesondere bei großen Rohrstranglängen, ist ein im Gehäuse untergebrachter Hilfsventilator 5 vorgesehen, der zwischen dem Erdwärme-Tauscher 3 und dem Heizkörper 6 placiert ist. Der zwischen den Ventilatoren liegende Erdwärme-Tauscher 3 ist ein Rohrsystem, das z.B. die Form einer Rohrschlange hat, und das im Erdreich 9 außerhalb des Hauses verlegt ist. Das Rohrsystem besteht aus verzinkten Stahlrohren oder aus anders korrosionsgeschützten oder nicht korrodierenden Metallrohren, oder aus Steinzeugrohren, Kunststoff rohren, Polyesterbetonrohren, oder aus noch anderen geeigneten Rohren.
In der Winterzeit fungiert der Erdwärme-Tauscher 3 als Vorwärm-Stufe für die angesaugte Frischluft. Dabei durchströmt die züfer wärmende Luft den Wärmetauscher von oben nach unten, d.i. wie wärmetechnisch vorteilhaft, von der kühleren zur wärmeren Zone, und nimmt die Erdwärme durch die Wandungen der Rohrschlange direkt auf. Der dazugehörige Temperaturanstieg der Luft ist /it- , und die im Erdwärme-Tauscher gewonnene Wärme entspricht der erzielten Energieoinsparung,
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Die vorgewärmte Frischluft strömt sodann durch die Nachwärm-Stufe, die aus dem im Gehäuse untergebrachten Heizkörper 6 besteht. Beim Durchströmen des Heizkörpers wird die Luft um Δ t„ bis auf Zimmertemperatur 16 bzw. etwas darüber nachgewärmt. Danach wird die warme Frischluft dem Wohnbereich des Hauses zugeführt IA.
In der heißen Sommerzeit dient der gleiche Erdwärme-Tauscher 3 als Kühler für die angesaugte Frischluft. Das ist möglich, weil im Sommer die Relativtemperaturen zwischen Außenluft und Erdreich umgekehrt als im Winter liegen, und trotz unveränderter Durchströmungsrichtung des Wärmetauschers von oben nach unten, die zu kühlende Luft auch jetzt wieder, wie wärmetechnisch vorteilhaft, von der wärmeren zur kühleren Zone strömt. So werden die naturgegebenen Umstände durch die darauf abgestimmte Erfindung mit einfachsten technischen Hilfsmitteln voll genutzt, worin eine wesentliche Attraktion des bereitgestellten Systems liegt.
Eine noch weitergehende Steigerung des Wirkungsgrades des Systems wird durch eine im wesentlichen horizontal liegende Wärme-Isolationsschicht über dem Erdwärme-Tauscher 3 erzielt. Die Wärme-Isolationsschicht moduliert die senkrechten Temperaturgradienten im Erdreich im für die angestrebte Nutzung positiven Sinne, was sich sowohl in der Winterzeit als auch in der Sommerzeit auswirkt FIG. 4. Hierbei wird in der Winterzeit das den Erdwärme-Tauscher umgebende Erdreich durch Unterbindung der Auskühlung nach oben wärmer, und in der Sommerzeit durch Verhinderung der Anwärmung von oben kühler. Beide Wirkungen ergibt die gleiche Wärme-Isolationsschicht, die auch aus mehreren Teil-Isolationsschichten gebildet werden kann, und die z.B. aus geschlossenporigem Kunststoff-Schaum besteht.
Die einzelnen Rohrabschnitte des Erdwärme-Tauschers 3 weisen ein vom oberen Lufteingang zum unteren Luftausgang ständig verlaufendes Gefälle 15 auf, um das bei Kühlung der durchströmenden Luft im Sommer anfallende Kondenswasser aus dem Wärmetauscher abzuführen. Am unteren Luftauspangs-Ende des Erdwärme-Tauschers befindet sich ein Kondenswasser-Abfiilirrohr 4 mit Drosselhahn, das z.B. mit der Abflußkanalisation verbunden ist.
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Die erwärmte bzw. gekühlte Luft wird dem Wohnbereich mit Hilfe eines oder mehrerer Ausblas-Diffusoren 7 zugeführt, die auch in mehreren Wohnräumen münden können. Die Ausblas-Diffusoren haben Drosselvorrichtungen, mit deren Hilfe die Menge der in dte einzelnen Wohnräume ausgeblasenen Luft dosiert oder die Luftzufuhr abgeschaltet wird. Die Drosselvorrichtungen bestehen entweder aus zum Zuführungsrohr axial bewegbaren 18 und die Strömung um 90 umlenkenden Endplatten, oder aus schwenkbaren 19 Drosselklappen.
Alle Abschnitte des Klimaanlage-Rohrstranges innerhalb des Hauses sowie die Gehäuse der Ventilatoren und des Heizkörpers tragen außen einen Wärme-Isolationsmantel 8, damit im Winter keine vorzeitige Abkühlung der Luft, und im heißen Sommer umgekehrt keine vorzeitige Erwärmung der Luft vor Eintritt in den Wohnbereich stattfindet.
Die Menge der durch die Klimaanlage in den Wohnbereich zugeführten Luft soll so bemessen sein, daß sie einen ständigen mäßigen Lüftungsprozess ergibt. Dabei erfolgt die Abführung der "verbrauchten" Luft durch die Poren der Hauswände und durch die undichten Spalte der Fenster und Türen.
Vergleicht man damit eine Ofenheizung mit offener Flamme im Wohnbereich, so saugt die Ofenheizung ständig Luft von außen an, die durch die Poren der Hauswände und durch die Spalte der Fenster und Türen in das Haus gelangt. Diese Luft ist aber kalt, und erzeugt den unangenehmen kalten "Zugvorgang".
- Demgegenüber bewirkt die von der erfindungsgemäßen Klimaanlage angewärmte und in den Wohnbereich zugeführte Luft einen kleinen Überdruck, der die Strömungsrichtung durch die Wandporen und die Spalte der Fenster und Türen umkehrt und nach außen richtet, was den kalten "Zugvorgang" gänzlich beseitigt.
Die Erfindung ist auf das dargestellte Ausführungsbeispiel nicht beschränkt. Der Erfindungsgedanke läßt sich vielmehr mit jeder Anordnung von Erdwärme-Tauschern, Ventilatoren, Heizkörpern und Zuführungsloitungen verwirklichen, die weitere Varianten, Kombinationen und Anwendungen ermöglichen»
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Claims (5)

Herbert Kaniut Blatt Orrerweg 33 PATENTANSPRÜCHE
1. .Bivalente Wohnhaus-Klimaanlage mit Nutzung der Erdwärme, dadurch gekennzeichnet, daß die Erdwärme ohne Verwendung einer Wärmepumpe genutzt wird, daß Luft als Medium zur Übertragung der Erdwärme in den Haus-Wohnbereich dient, und daß die Klimaanlage aus neuartigen und konventionellen Bauteilen kombiniert ist und im wesentlichen eine Einweganlage darstellt, die von außerhalb des Hauses eingesaugte Luft nach einer entsprechenden Aufbereitung dem Haus-Wohnbereich zuführt, wobei die angesaugte Luft (10) zunächst durch einen Erdwärme-Tauscher (3) geleitet wird, der ein Rohrsystem z.B. in Form einer kontinuierlichen Rohrschlange ist, die außerhalb des Hauses im Erdreich (9) verlegt ist und im Winter zur Aufnahme der Erdwärme durch die durchströmende kalte Außenluft (10a) dient, und der Erdwärme-Tauscher als Vorwärmstufe fungierend, die Temperatur der den Erdwärme-Tauscher durchströmenden Luft (um Δ t.) erhöht,
wobei die vorgewärmte Luft sodann durch einen im Gehäuse untergebrachten Heizkörper (6) geleitet wird, der an die konventionelle Haus—Warmwasserheizung angeschlossen ist oder auf andere konventionelle Weise beheizt wird, und der Heizkörper im Winter als Nachwärmstufe fungierend, die Temperatur der den Heizkörper und sein Gehäuse durchströmenden Luft (umZlt-) bis auf Zimmertemperatur (16) bzw. etwas darüber erhöht, wonach die warme Luft dem Wohnbereich (14) zugeführt wird, während in der Sommerzeit die gleiche Anlage zur Kühlung des Haus-Wohnbereiches dient, indem die angesaugte warme Außenluft (10b) in dem jetzt relativ kühleren Erdwärme-Tauscher (3) eine Temperaturabsenkung (um^t.) erfährt, der Heizkörper (6) im Sommer nicht beheizt ist, und die gekühlte Luft dem Wohnbereich (1A) zugeführt wird, wo sie den Kühleffekt (17) ausübt,
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(Fortsetzung Anspruch 1)
wobei zur Ansaugung der Luft, Erzeugung der Luft-Stromungsbewegung in der Klimaanlage und Ausblasung der Luft im Wohnbereich ein im Gehäuse untergebrachter Ventilator (2) dient, der im Rohrstrang der Anlage zwischen der Ansaugöffnunq (1) und dem Erdwärme-Tauscher (3) angeordnet ist, während zur Unterstützung der Luft-Strömungsbewegung in der Klimaanlage, insbesondere bei großen Rohrstrang-Längen, ein im Gehäuse untergebrachter Hilfsventilator (5) dient, der im Rohrstrang der Anlage zwischen dem Erdwärme-Tauscher (3) und dem Heizkörper (6) placiert ist,
und wobei über dem Erdwärme-Tauscher (3) eine im wesentlichen horizontal liegende Wärme-Isolationsschicht (26) angeordnet ist, die auch aus mehreren übereinanderliegenden Teil-Isolationsschichten bestehen kann, und die z.B. aus geschlossenporigem Kunststoff schaum gefertigt ist.
2. Bivalente Wohnhaus-Klimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Rohrabschnitte des Erdwärme-Tauschers (3) ein vom oberen Lufteingang zum unteren Luftausgang des Wärmetauschers ständig verlaufendes Gefälle (15) aufweisen, und daß am unteren Luftausgangsende des Erdwärme-Tauschers ein Kondenswasser-Abführrohr (4) mit Drosselhahn angeordnet ist.
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3. Bivalente Wohnhaus - Klimaanlage nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrsystem des Erdwärme-Tauschers (3) und die anderen Abschnitte des Rohrstranges der Klimaanlage aus verzinkten Stahlrohren, oder aus anders korrosionsgeschützten oder nicht korrodierenden Meta 11 rohren, oder a is Steinzeugrohren, Kunststoff rohren, Polyesterbetonrohren, oder aus anderen geeigneten Rohren bestehen.
4. Bivalente Wohnhaus - Klimaanlage nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zuführung der erwärmten bzw. gekühlten Luft in den Haus-Wohnbereich ein oder mehrere Ausblas-Diffusoren (7) dienen, die auch in mehreren Wohnräumen münden können, wobei die Ausblas-Diffusoren Drossel-Vorrichtungen haben, mit deren Hilfe die Menge der in die einzelnen Wohnräume ausgeblasenen Luft dosiert, oder die Luftzuführung abgeschaltet wird, und wobei die Drosselvorrichtungen aus zum Zuführungsrohr axial bewegbaren (18) und die Strömung um 90 umlenkenden Endplatten, oder aus schwenkbaren (19) Drosselklappen bestehen.
5. Bivalente Wohnhaus - Klimaanlage nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß alle Abschnitte des Klimaanlage-Rohrstranges innerhalb des Hauses sowie die Gehäuse der Ventilatoren und des Heizkörpers einen Wärme-Isolationsmantel (8) tragen.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
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DE19792949570 1979-12-10 1979-12-10 Bivalente wohnhaus-klimaanlage mit nutzung der erdwaerme ohne waermepumpe Withdrawn DE2949570A1 (de)

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