DE3207337A1

DE3207337A1 - Vorrichtung zur solaren beheizung

Info

Publication number: DE3207337A1
Application number: DE19823207337
Authority: DE
Inventors: Antoine Dolembreux Barbason; Jean-Pierre La Hulpe Barbason; Christian Brevers; André Frassem-Bonnert Vigneron
Original assignee: BARBASON JEAN PIERRE
Current assignee: BARBASON JEAN PIERRE
Priority date: 1981-03-10
Filing date: 1982-03-02
Publication date: 1982-09-23
Also published as: FR2501760B3; LU83983A1; FR2501760A1

Description

PATENTANWÄLTE. _: ;

GEORG HANSMANN - DIERK HANSMANN

(t 1077) -

JESSENSTRASSE 4 · 2000 HAMBURG 50 ■ TELEFON (0 40) 38 24 57

- 5 ■- '

P.4283

Anmelder: Antoine Barbason, Dolembreux

Christian Brevers, Frässem-Bonnert Andre Vigneron, Frassem-Bonnert Jean-Pierre Barbason, La Hulpe

Vorrichtlang zur solaren Beheizung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur solaren Beheizung eines Bauwerks, insbesondere Wohnhauses oder einer Gruppe von Wohnhäusern, derart daß die zum Heizen benötigte Wärmemenge bei annehmbarem Wärmekomfort so klein wie möglich gehalten ist.

Man hat sich schon bemüht, den für die Heizung vorgesehenen Energiebedarf zu verringern, indem man vor allem die Wärmeisolation eines Hauses verbesserte, indem man zum Beispiel eine Schicht aus einem Isoliermaterial, wie Glaswolle, in den Mauern und außerdem noch Doppel-Verglasungen vorsah. Man hat auch schon vorgeschlagen, durch Solarkollektoren gewonnene Sonnenwärme zur Deckung eines Teils der benötigten Heizungswärme heranzuziehen. Jedoch sind die praktischen

VEREINS- UND WESTBANK AQ 11/14230 (BLZ 200 30000) · DEUTSCHE BANK AQ 65 06 224 (BLZ 200 700 00) P08TSCHECK: HAMBURG 176 65-20B (BLZ 200100 20)

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Ergebnisse dieser Bemühtingen bis jetzt sehr enttäuschend gewesen, denn es genügt nicht, eine Wohnung bloß gut zu isolieren, um den Wärmebedarf merklich zu reduzieren. So ist man einerseits gezwungen· eine sehr bedeutende Anzahl von Kollektoren vorzusehen, die eine oft die Möglichkeiten übersteigende Anbringungsfläche erfordern, und andererseits muß man noch Mittel zur Deckung des Wärmespitzenbedarfs heranziehen, deren Umfang bedeutend bleibt und mit denen man in einem Land der gemäßigten Zone noch mindestens 30 % der für die Heizung normalerweise erforderlichen Wärmemenge decken muß.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die die erwähnten Nachteile nicht mehr aufweist, mit der man eine günstigere Wärmebilanz erhält und bei der nichtsdestoweniger der Platzbedarf und die Anzahl der Kollektoren in Grenzen bleiben.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung, die gekennzeichnet ist durch eine Kombination von Bauwerksteilen, die erstens als eine als passiv bezeichnete Grundgesamtheit von im zu beheizenden Raum ausgerichtet verteilten Oberflächen von vollkommen wärmeisolierten Wänden, Fußböden, Zwischenboden, Bedachungen und Verglasungen und teilisolierten Eingangstüren sowie wärmewirksamen Massen der Wände, Böden und Decken, zweitens eine als aktiv bezeichnete, ergänzende Gesamtheit aus im wesentlichen einer Batterie von luftdurchströmten Solarkollektoren sowie einen vertikal und vorzugsweise zentral im Bauwerk angeordneten Wärmespeicher des Rollkiesel enthaltenden Kiesbett-Typs und als Zubehör Sonnenstrahlen auffangende Anpflanzungen, Wärmeleitungselemente und Sonnenstrahlungsreflektoren, drittens eine Anordnung zur Deckung des Wärmespitzenbedarfs, vorzugsweise eine

elektrisch betriebene schaltungsgeregelte Strömungsheizung, und viertens Mittel zur Regelung der Verteilung der benötigten Wärme umfassen, mit Bauwerksteilen, die in außerhalb des Wohnbereichs angeordneten, architektonisch günstig beeinflußbaren Elementen verkörpert sind, welche an die vorgenannten Bauwerksteile angrenzen und aus den nicht beheizten Bereichen, wie einer Garage, einem Eingangsbereich, einem windabweisenden Schrägdach sowie in der Nähe errichteten, niedrigen Mauern und Anpflanzungen bestehen, durch die ein Windschutz und ein günstigeres Kleinklima ausgebildet wird.

Mit Hilfe einer erfindungsgemäßen Vorrichtung erreicht man, daß sich die Bewohner eines Bauwerks schon bei + 17,5°C wohlfühlen anstatt erst bei einer Raumtemperatur von + 21°C, wie sie üblicherweise bei bekannten Bauwerken vorgesehen ist.

Zum besseren Verständnis wird die Erfindung hiernach unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, die zeigen:

Fig. 1 einen Grundriß eines Bauwerks mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Südfassade eines Bauwerks mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, '

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines '

Schnittes entlang der Linie A-A der Fig. 1,

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines vertikalen Teilschnittes eines erfindungsgemäßen Aufbaues des Fundamentes und der Grundmauern,

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Fig. 5 eine schematische Darstellung eines vertikalen Teilschnittes eines erfindungsgemäßen Bedachungsteiles,

Fig. 6 ein Schaltschema einer erfindungsgemäßen Wärmeverteilungs-Regelung.

In Fig. 1 ist der Grundriß eines Wohnhauses dargestellt, wobei ein Wohnzimmer 1, ein Eßzimmer 2 und eine Küche 3, d.h. die dem täglichen Leben dienenden Räume zur Südseite des Hauses hin gelegen sind, während eine Eingangshalle 4, Waschräume 5, eine Waschküche 6 und eine Garage 7 nach Norden gelegen sind und einen Wärmepuffer bilden.

Auf der Südseite (S) des Bauwerkes, siehe dazu Fig. 2, findet man auch den größten Teil von doppelverglasten Fenstern 8 und Türen 9; auf der Südseite befindet sich weiter eine diese Seite ganz einnehmende, mit einem reflektierenden Boden versehene Terasse 10, die seitlich, d.h. nach Westen und Osten durch weißgestrichene, reflektierende Mauern 11,12 abgeschlossen wird.

Auf der Nordseite (N) sieht man nur eine Eingangstür 13» der ein Windfang 14 vorgelagert ist und die Garage 7, die außerhalb des eigentlichen Wohnteils gelegen einen Wärmepuffer und Windabweiser bildet sowie MMuerchen 15, die einen kleinen, gegebenenfalls teilweise begrünten Eingangshof 16 umschließen, der auch eine Laube 17 mit einem zum Eintritt teilweise verschiebbaren Winddach 18 (Fig. 3) bilden kann. .

In Fig. 3 sieht man, daß die Garage 7 von einem Dachboden 19 überlagert ist, dessen Dach 20 in der Verlängerung in die nach Norden gelegene Dachschräge 21 des eigentlichen Wohnteils übergeht, so daß für die von Norden kommende Winde eine Abweisung nach oben ent-

steht (siehe Pfeil 21a). In den Fig. 1 und 3 ist weiter die Anordnung und Form eines Wärmespeichers 22, im Zentrum und sich durch die ganze Höhe des Wohnteils erstreckend, dargestellt.

Die Fundamente, die unterhalb einer Bodenlinie (1) (Fig. 3 und 4) sich erstreckende Teile der Außenwände der vier Seiten 23,24,25,26 (Fig.1) des eigent-, liehen Wohnteils, bestehen aus zwei durch eine Isolierschicht 29 getrennten Mauern 27 und 28, wobei die Isolierschicht 29, z.B. Zellularglas, widerstandsfähig gegen Feuchtigkeit ist und Ihre Isolierfähigkeit auch in Berührung mit der Bodenfeuchte behält. Diese Isolierschicht 29 ist so angeordnet, daß sie ohne Unterbrechung in eine Isolierschicht 30 zwischen den Mauern 27 und 28 übergeht, um die Bildung einer Wärmebrücke in der Höhe der Bodenplatte 33 unter dem Erdgeschoß gänzlich zu vermeiden. Die Isolierschicht 29 reicht vorzugsweise 1 bis 1,20 m unterhalb des Niveaus des äußeren Erdbodens 31 hinab.

Der Boden des Erdgeschosses (Fig. 4) ist von oben nach unten wie folgt ausgebildet: eine Fliesenlage 32 mit ungefähr 6 cm Beton-Bettung 32a, die 10 cm dicke Betonplatte 33 und eine Schicht 34 aus gestampftem Sand von ungefähr 1,10 bis 1,30 m Höhe. Die Außenwände (Fig. 4) sind von innen nach außen wie folgt ausgebildet: die Mauer 27 aus Schwerbeton-Vollblock von ungefähr 14 cm Dicke, die Glaswoll-Isolierschicht 30 von ungefähr 15 cm Dicke, deren Anbringung vor der Errichtung der äußeren Mauer 28 die Nachprüfung ihrer richtigen Anordnung erlaubt, und dieser Mauer 28 aus isolierendem Zellbeton-Vollblock von ungefähr 17,5 cm Dicke. Für die Bedachung (Fig. 5) wird eine Betonplatte 35 vorgesehen, die mit einer Isolierschicht 36 von ungefähr 26 cm Dicke überlagert ist, wobei darauf

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zu achten ist, daß die Schicht 36 vollständig an die Isolierschicht 30 der Außenwände anschließt. Das Gebälk 37 des Daches beschränkt sich auf ein Minimum; für die Abdeckung empfiehlt sich ein schwarzer Asbest-Zement (nicht dargestellt); hierbei bildet ein oberhalb der Isolierschicht 36 auf der das Stockwerk abdeckenden Platte 35 angeordneter Bodenraum 38 einen Wärmepuffer.

Die Sonnenwände 39 (Fig. 3) bestehen aus Schwerbeton-Vollblock-Mauern von ungefähr 14 cm Stärke. Die auf dem Erdgeschoß und dem Stockwerk liegenden Platten bestehen aus armiertem Schwerbeton von ungefähr 20 cm Dicke, um die wärmespeichernde Wirkung der Betonmasse zu vergrößern, so daß die Oberflächen eine Temperatur nahe der Raumtemperatur annehmen. Man erreicht damit, daß sich die Bewohner schon bei + 17,5° C wohlfühlen anstatt bei den bisher üblichen +21⁰C Raumtemperatur.

Durch dichte und hohe Anpflanzungen, besonders an der Seite des Einfalls kalter Winde und an der Westseite, vermeidet man die durch Wind bedingtea Wärmeverluste.Wind abfangende Mauern verbessern noch den Schutz besonders an der Eingangs-Seite. Im Gegensatz dazu wird an der Südseite eine in hellem Ton gehaltene Terrasse errichtet, um durch Reflexion den Sonneneinfall auf die verglasten, strahlungsaufnehmenden Flächen zu verbessern.

Für die Wärmeaufnahme und -speicherung werden Maß- . nahmen getroffen, um als aktiv bezeichnete Elemente zu schaffen: zunächst die Batterie von Solarkollektoren 40. Dieses sind luftgefüllte Elemente mit einer durchsichtigen Außenschicht 41 aus einem Kunststoff von hohem Sonnenstrahlen-Durchlaßvermögen und

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einem Absorber 42 aus Metall mit einem erhöhten Wärmeabsorptionsvermögen, z.B. dendritischem Kupfer, Die lichtdurchlässige Außenschicht 41 ist von dem Absorber 42 durch eine ruhende Luftschicht von 4 bis 5 cm getrennt. Hinter dem Absorber 42 sind Kanäle für den Durchgang von Luft angeordnet, die die Wärme aus dem Absorber aufnehmen und ins Innere des Wohnteils oder in den Speicher 22 befördern soll. Die Absorber 42 sind durch eine Isolierschicht 43 gegen Wärmeverlust isoliert.

Der Wärmespeicher 22 ist mit gerollten Flußkieseln 44 aufgefüllt. Er umfaßt eine untere (45) und eine obere (46) Füllmenge. Seine Isolierschicht 47 hat unten und auf den Seiten eine Dicke von ungefähr 15 cm; obenauf befindet sich eine Isolierschicht aus demselben Material aber von einer Dicke von ungefähr 30 cm. Er hat die Form eines hochgestellten, rechteckigen Parallelepipeds. Dieser Wärmespeicher 22 befindet sich derart im SchwereZentrum des Hauses, daß seine Wärmeverluste vollkommen in den Wohnteil des Hauses übergehen.

Damit die Wärmeverteilung gut funktioniert, ist eine Regelungseinrichtung vorgesehen, deren Schaltschema in Fig. 6 dargestellt ist. Hier ist die Kollektoren-Batterie mit 40 bezeichnet, der Wärmespeicher mit 22, eine elektrische Strömungsheizung für den Spitzenbedarf mit 48, ein erster zwischen Kollektoren und Wärmespeicher befindlicher Regler mit .49; er regelt den Luftumlauf von dem unteren Teil des Wärmespeichers 22 durch eine Leitung 50 zur Kollektorbatterie 40, durch diese hindurch zu einem ersten Filter 51, durch einen ersten Ventilator 52 und einer Leitung 53 schließlich wieder zu dem Wärmespeicher 22 (oder direkt in den Wohnteil). Der Ventilator 52 und ein zu ihm gehörendes, motorisch betätigbares Klappventil 54 werden·von dem

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Regler 49 nach den Angaben zweier Temperaturfühler gesteuert, deren erster (55) in der Kollektorbatterie 40 und deren zweiter (56) in dem Wärmespeicher 22 angebracht sind.

Ein zweiter Regler 57, der von den Angaben abhängt, die ihm von zwei weiteren Temperaturfühlern, von denen der eine (58) am unteren Eingang und der andere (59) am oberen Ausgang des WärmeSpeichers 22 angebracht sind sowie von einem durch ein Rechteck 61 dargestellten Wohnteil-Umgebung beeinflußbaren Thermostaten 60 zugeleitet werden, steuert den Umlauf der Luft, die durch eine Leitung 62 vom Wohnteil 61 zum Wärmespeicher 22 und durch diesen und nach Durchgang durch einen Filter 63 zu einem Ventilator 64 und durch eine Leitung

65 aufs neue in den Wohnteil 61 geleitet wird. Der Ventilator 64 und sein motorisch betätigbares Klappventil

66 werden von dem Regler 57 gesteuert, der außerdem mit Hilfe eines Verzögerungsrelais 67 die elektrische Zusatzheizung 48 steuert, die nur dann eingeschaltet wird, wenn nicht genügend Wärme zur Heizung des Wohnteils entweder direkt von der Kollektorbatterie und/oder, wenn es an Besonnung fehlt, indirekt von der im Wärmespeicher 22 gespeicherten Wärme herangebracht werden kann.

Die für die Verteilung der erwärmten Luft dienenden, im Vorstehenden erwähnten Einrichtungen, d.h. die Ventilatoren 52 und 64, der Ausgang der durch Ziffer 65 (Fig. 6) bezeichneten Leitung in den Wohnteil, der Eingang für die von der Kollektorbatterie 40 durch die Leitung 53 (Fig. 6) kommende Warmluft, die Schalttafeln oder Gestelle für die Regler 49 und 57 können derart auf dem Wärmespeicher 22 untergebracht werden, daß die Leitungen für die Zuführung von Warmluft zum Wohnteil möglichst kurz sind.

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An der Südseite des Bauwerks (siehe Fig. 2 und 3) sieht man eine verglaste Fläche vor, die größer ist, als sie für eine bloße Beleuchtung der Zimmer nötig wäre, und dies insbesondere zwischen den von den Teilen der Kollektorbatterie 40 in Anspruch genommenen Flächen in der Höhe des ersten Stockwerks (Fig. 3) wodurch über dem Eßzimmer 2 ein als Gewächsraum 68 ausbildbares, inneres Volumen bestimmt wird, d.h. eine Art Wärmefalle, von der die angrenzenden Räumlichkeiten wärmemäßig profitieren können, in dem z.B. auch Blumenkästen 69 angebracht sind, wodurch man das Wärmespeicherungsvolumen noch vergrößern kann.

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Leerseite

Claims

GEORG HANSMANN ■ DlERK HANSMANN

(t1077) j -

JESSENSTRASSE 4 · 2000 HAMBURG 50 · TELEFON (0 40) 38 24 57

P,4283

Anmelder: Antoine Barbason, Dolembreux

Christian Brevers, Prassern-Bonnert Andre Vigneron, Frassem-Bonnert Jean-Pierre Barbason, La Hulpe

Patentansprüche

(1.] Vorrichtung zur solaren Beheizung eines Bauwerks, ^ insbesondere Wohnhauses oder einer Gruppe von Wohnhäusern, derart daß die zum Heizen benötigte Wärmemenge bei annehmbarem Wärmekomfort so klein wie möglich gehalten ist, gekennzeichnet durch eine Kombination von Bauwerksteilen, die erstens als passiv bezeichnete Grundgesamtheit von im zu beheizenden Raum (1,2,3) ausgerichtet verteilten Oberflächen von vollkommen wärmeisolierten Wänden (23,24,25), Fußböden (32), Zwischenboden, Bedachungen (20) und Verglasungen (8,9) und teilisolierten Eingangstüren (13) sowie wärmewirksamen Massen der Wände (27,28,39), Böder. (32) und Decken (35), zweitens eine als aktiv bezeichnete, ergänzende Gesamtheit aus im wesentlichen einer Batterie von luftdurchströmten Solarkollektoren (40) sowie einen vertikal und vorzugsweise zentral im Bauwerk ange- _t ordnetem Wärmespeicher (22) des Rollkiesel (44)

VEREINS- UND WESTBANK AQ 11/14230 (BLZ 200300 00) · DEUTSCHE BANK AQ 65 00 224 (BLZ 200 700 00)

POSTSCHECK: HAMBURQ 170 06-205 (BLZ 200100 20)

enthaltenden Kiesbett-Typs und als Zubehör Sonnenstrahlen auffangende Anpflanzungen (69), Wärmeleitungselemente (53,65) und Sonnenstrahlungsreflektoren (10,11,12), drittens eine Anordnung zur Deckung des Wärmespitzenbedarfs, vorzugsweise eine elektrisch betriebene schaltungsgeregelte Strömungsheizung (48), und viertens Mittel (49,57) zur Regelung der Verteilung der benötigten Wärme umfassen, mit Bauwerksteilen, die in außerhalb des Wohnbereichs angeordneten, architektonisch günstig beeinflußbaren Elemental verkörpert sind, welche an die vorgenannten Bauwerksteile angrenzen und aus den nicht beheizten Bereichen, wie einer Garage (7), einem Eingangsbereich (13,14), einem windabweisenden Schrägdach (21) sowie in der Nähe errichteten, niedrigen Mauern (15) und Anpflanzungen (17) bestehen, durch die ein Windschutz und ein günstigeres Kleinklima ausgebildet wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wohnräume (1,2,3) des Bauwerkes an die Südseite angrenzend ausgerichtet und um den Wärmespeicher (22) herum angeordnet sind, während die Nebenräume, wie die Garage (7) und ein sie gegebenenfalls überlagernder Bodenraum (19) nach Norden oder Westen ausgerichtet sind, wobei die Garage und der Bodenraum als Windabschirmung und der größte Teil der verglasten Oberfläche (8,9,40) an der Südseite zum Auffangen der Sonnenstrahlung vorgesehen sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauwerks-Mauern (27,28) doppelt und derart nacheinander errichtbar sind, daß während ihrer Errichtung eine Isolierschicht (29,30) zwischen ihnen angebracht werden kann.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mauern (28,39) die Fußböden (33) und Deckenplatten (35) derart in der Dicke statisch überdimensioniert sind, daß ihre Masse auch wärmewirksam ausnutzbar ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die luftdurchströmten Solarkollektoren (40) an der Südseite vertikal angebracht sind, wobei man für ihreAnbringung derart nur eine Teilfläche der zur Verfügung stehenden benötigt, daß Platz für zusätzliche Strahlungsfänger an der besonnten Fläche durch Doppelverglasung (8,. 9) und eine dunkelgraue Schieferabdeckung (20) gebildet wird, hinter denen in kalten, aber sonnigen Tagen eine erwärmte Luftschicht erzeugt wird, derart daß der Wärmestrom aus dem Bauwerk heraus verkleinert oder sogar umgekehrt wird.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmespeicher (22) die Form eines rechtwinkligen, sich vertikal erstreckenden Parallelepipeds aufweist, das unten, oben und auf den Seiten vollkommen mit einer Isolierschicht (47) versehen und derart im Schwerezentrum des Hauses angebracht ist, daß die Verlustwärme gänzlich in den Wohnbereich (1,2,3) übergeht.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationsschichten (29,30,36) der Außenmauern (27,28), des Fundamentes und der Bedachung kontinuierlich aneinander anschließen und die Fensterrahmen (8) in der Ebene der Isolierung angebracht sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeverteilung-Regelungs-Einrichtung

zwischen der Kollektor-Batterie (40) und dem Wärmespeicher (22) wenigstens einen Regler (49) umfaßt, der den Luftumlauf von dem unteren Teil (45) des Wärmespeichers und der Kollektorbatterie und den nachfolgenden Durchtritt der Luft durch diese regelt, worauf die Luft nach Passieren eines Filters (51) von neuem in den Wärmespeicher eintritt, wobei ein den Luftumlauf bewirkender erster Ventilator (52) mit einem ersten motorisch bewegbaren Klappenventil (54) versehen ist, das in Abhängigkeit von den durch zwei Temperaturfilter (55,56). gegebenen Werten bewegbar ist, deren einer in der Kollektorbatterie und deren anderer in dem Wärmespeicher angebracht sind, und daß ein zweiter Regler (57) vorgesehen ist, der von drei weiteren Temperaturfiltern (58,59,60) beaufschlagbar ist, von denen der erste am Eingang und der zweite am Ausgang des WärmeSpeichers sowie der dritte im Wohnbereich (61) angebracht sind, und welcher zweite Regler den Luftumlauf vom Wohnbereich zum Wärmespeicher und von diesem durch ein zweites Filter (6j5) zu einem zweiten Ventilator (64) und von neuem durch den Wohnbereich steuert, wobei der zweite Ventilator mit einem motorisch bewegbaren zweiten Klappventil (66) versehen ist, das von dem zweiten Regler gesteuert wird, der außerdem noch einen oder mehrere elektrische Strömungsheizkörper (48) beaufschlagt.

Vorrichtung nach Anspruch 8 , dadurch gekennzeichnet, daß die Eingänge und/oder Ausgänge der vom oder zum Wohnbereich (61) oder von oder zu der Kollektorbatterie (40) führenden Luftleitwege (62, 65) und die Reglerstelle (49,57) oberhalb des Wärmespeichers (22) angebracht sind.