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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Heizen/Kühlen von
Gebäuden
derart wie im Oberbegriff von Anspruch 1 definiert.
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Beschreibung
des technischen Gebiets
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In
der AT-B-358773 ist eine Heizwand gezeigt umfassend eine Mehrzahl
von ersten Reihen eines ersten Bausteins mit vertikalen Löchern. Die
Löcher
sind ausgerichtet um vertikale Kanäle in der Wand zu bilden. Eine
untere Reihe von Bausteinen eines zweiten Typs speisen Eingangsluft
in das untere Ende einer ersten Gruppe von Kanälen und empfangen getrennt
Ausgangsluft von den unteren Enden einer zweiten Gruppe von Kanälen. An
dem oberen Ende der Wand ist ein Mittel vorgesehen um die ersten
und zweiten Gruppen von Kanälen
zu verbinden. Heizmittel können
vorgesehen sein um die Eingangsluft aufzuwärmen.
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Die
AT-B-333468 zeigt eine aus Bausteinen gebildete Wand, die vertikale
Löcher
aufweisen, welche vertikale Luftkanäle in der Wand bilden. Die
Kanäle
enthalten ein poröses
Material. Horizontale Verzweigungskanäle verbinden die oberen bzw.
unteren Enden der vertikalen Kanäle,
sodass die vertikalen Kanäle
der Wand parallel verbunden sind.
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Die
CH-A5-677022 zeigt eine Heizwand umfassend eine Mehrzahl von ersten
Reihen von Gebäudebausteinen
mit vertikalen Durchflussräumen, die
vertikal ausgerichtet sind um vertikale Luftkanäle zu bilden, mit einer zweiten
unteren Reihe, und einer dritten oberen Reihe von Bausteinen, welche
horizontale Ver zweigungskanäle
bilden, die mit den unteren Enden bzw. oberen Enden der vertikalen
Kanäle verbunden
sind, welche dadurch parallel verbunden sind. Heiz-/Kühlmittel
sind bereitgestellt um die Eingangsluft zu heizen oder zu kühlen.
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Auf
dem Gebiet des Gebäudebaus
sind eine Anzahl von Heizsystemen verfügbar, welche auf der Verwendung
von warmer Luft basieren. Diese Warmluftsysteme werden verwendet
um Luft zu heizen, die dann zu Räumen
in dem Gebäude
befördert
wird. Es wurde jedoch herausgefunden, dass diese Systeme ernste
technische Probleme aufweisen. Beispielsweise können sich unter unglücklichen
Umständen Mikroorganismen
in den Systemkanälen
ausbilden und dadurch Probleme im Bezug auf die Luftqualität erzeugen.
Der grundlegende Fehler bei solchen Systemen besteht darin, dass
ein Heizsystem mit einem Ventilationssystem verbunden ist.
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Abgassysteme,
beispielsweise der klassische Kachelofen und seine Nachfolger, wie
sogenannte verkapselte Feuerstellen basieren darauf, dass heißer Rauch
aus einem Feuer ausströmt
und durch Kanäle
verläuft,
wodurch Hitze in die umgebenden Räume bereitgestellt wird. Diese
Systeme weisen eine Heizquelle auf, welche eine offene Feuerstelle
umfasst und die sehr hohe Abgastemperaturen erzeugt. Obwohl solche
Systeme sehr gut funktionieren, erfordern sie die Bereitstellung
eines teuren technischen Systems und Einrichtungen, und können zu
Problemen führen.
Darüber
hinaus haben Umweltgedanken zu einem größeren Verständnis der Probleme geführt, die
durch brennendes Holz in einem exzessiv großen Umfang erzeugt werden.
Abgassysteme, die als Hauptmittel für das Gebäudeheizen verwendet werden,
sind heute nicht anzutreffen. Verkapselte Feuerstellen und ähnliche
sind hauptsächlich
dazu gedacht, eine behagliche Atmosphäre zu erzeugen.
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In
der Praxis ist bekannt, Bodenstrukturen aus Beton zu verwenden,
welche hindurch verlaufende Pfade umfassen, in die temperierte Luft
eingeführt wird
und die dann weiter in benachbarte Räume geführt wird. Diese Lösung wird
hauptsächlich
in Büroge bäuden verwendet
und stellt Heizeinrichtungen für Böden und
Decken bereit.
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Es
ist in der Praxis auch bekannt, eine Bodenstruktur zu verwenden,
welche eine Funktion aufweist, die ähnlich der oben erwähnten Bodenstruktur aus
Beton ist, die jedoch anstatt der Durchgangspfade benachbart zu
der oberen und unteren Kante der Bodenstruktur einen offenen Einbauraum
besitzt, in welchen warme Luft eingeführt wird.
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Die
Nachteile der gerade erwähnten
Systemen können
wie folgt zusammengefasst werden:
- – Vermischung
mit der Ventilationsluft;
- – starkes
Erfordernis für
Wartung und Aufsicht;
- – Umweltnachteile
in dicht gebauten Gebieten;
- – hohe
Lufttemperaturen mit der Folge von hohen Energieverlusten;
- – hohe
Lufttemperaturen, welche die Raumluft austrocknen, was zu einer
unangenehmen Trockenheit führt,
und
- – dass
die Systeme nicht einfach zu steuern sind.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde die erwähnten Nachteile soweit wie
möglich
zu vermeiden. Die Erfindung ist in Anspruch 1 definiert.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Kurze Beschreibun
der Zeichnungen
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1 veranschaulicht
ein erfindungsgemäßes Heiz/Kühlsystem,
das einen durchgängigen Heiz-/Kühlpfad einschließt umfassend
eine Mehrzahl von in Reihe verbundenen Subpfaden in einer Wandstruktur;
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2 veranschaulicht
ein erfindungsgemäßes Heiz/Kühlsystem,
welches einen kontinuierlichen Heiz/Kühlpfad aufweist umfassend eine
Mehrzahl von parallel verbundenen Subpfaden in einer Wandstruktur;
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3 veranschaulicht
einen Baustein mit hindurch verlaufenden Löchern, der in der in 1 gezeigten
Wandstruktur enthalten ist;
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4 veranschaulicht
einen Baustein mit hindurch verlaufenden Löchern, der in der in 2 gezeigten
Wandstruktur enthalten ist;
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5 veranschaulicht
einen U-förmigen Baustein,
der in der in den 1 und 2 gezeigten
Wandstruktur enthalten ist;
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6 veranschaulicht
einen in dem System gemäß 1 enthaltenen
Schieber;
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7 veranschaulicht
allgemein eine Reihen-Fluss-Darstellung
bezogen auf das System gemäß 1;
und
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8 veranschaulicht
allgemein ein Parallel-Fluss-Diagramm
bezogen auf das System gemäß 2.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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1 zeigt
schematisch teilweise eine Wand, welche in Heiz/Kühlsystem
eines Gebäudes eingeschlossen
ist. Der gezeigte Teil der Wand umfasst acht Reihen von Bausteinen 10–17,
nämlich eine
untere Reihe 10, in welcher zwei Bausteine 101, 102 gezeigt
sind, eine erste Reihe 11 mit zwei Bausteinen 111, 112, eine
zweite Reihe 12 mit zwei Bausteinen 121, 122,
eine dritte Reihe 13 mit drei Bausteinen 131, 132, 133,
eine vierte Reihe 14 mit zwei Bausteinen 141, 142,
eine fünfte
Reihe 15 mit drei Bausteinen 151, 152, 153,
eine sechste Reihe 16 mit drei Bausteinen 161, 162, 163,
und eine obere siebte Reihe 17, in welcher zwei Bausteine 171, 172 gezeigt sind.
Die Bausteine 101, 102 weisen eine sich längs erstreckende
durchgehende Oberfläche 1011 bzw. 1021 auf,
und die Bausteine 171, 172 weisen eine sich längs erstreckende
durchgehende Oberfläche 1711 bzw. 1721 auf.
Es versteht sich von selbst, dass die Wand in der Realität eine große Anzahl
von dicht benachbarten Gebäudebausteinen
aufweist, die auf herkömmliche
Weise miteinander verbunden sind um eine glatte „Ziegelstein" Oberfläche zu bilden.
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Genauer
umfasst die Wand eine untere Reihe 10, welche Gebäudebausteine 101, 102 einschließt, denen
hindurch verlaufende Luftdurchgangslöcher fehlen, die jedoch die
sich längs
erstreckenden durchgehenden Oberflächen 1011–1021 besitzen
zum Verbinden von Löchern
in der nächsten darüber liegenden
Reihe 11, welche Gebäudebausteine 111, 112 beinhaltet,
und die obere Reihe 17 umfassenden Gebäudebausteine 171, 172,
denen auch die hindurch verlaufenden Löcher fehlen, die jedoch die
sich längs
erstreckenden kontinuierlichen Oberflächen 1711–1721 aufweisen
zum Verbinden von Löchern
in der nächstgelegenen,
darunter liegenden Reihe 16, welche die Gebäudebausteine 161, 162, 163 einschließt.
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Bausteine,
welche hindurch verlaufende Löcher
aufweisen und Bausteine, denen derartige Löcher fehlen, jedoch eine kontinuierliche,
zusammenhängende
Oberfläche
aufweisen, werden gewählt und
zueinander positioniert, sodass ein zusammenhängender Heiz/Kühlpfad durch
eine Mehrzahl von verbundenen Bausteinen gebildet wird, welche hindurch
verlaufende Löcher
aufweisen. Im Falle der in 1 gezeigten
Ausführungsform,
sind die kontinuierlichen Oberflächen 1011–1021 in
den Bausteinen 101, 102 der unteren Reihe 10 nach
oben gedreht und die kontinuierlichen Oberflächen 1711–1721 in den
Bausteinen 171, 172 der siebten Reihe 17 sind nach
unten gedreht, womit der zusammenhängende Heiz-/Kühlpfad eine
Mehrzahl von in Reihe verbundenen Subpfaden aufweist, siehe die
Reihen der Pfeile 1312, 1321, 1322, 1331, 1332,
wo beispielsweise der sich nach oben erstreckende Subpfad die Gebäudebausteine 111, 122, 132, 142, 152, 162 durchläuft. 7 veranschaulicht
allgemein eine Reihen-Flussdarstellung der Systeme gemäß 1.
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Eine
Heiz-/Kühlquelle 180 wird
mit dem Anfang des Heiz/Kühlpfades über eine
Steuereinrichtung 181 und eine Kopplungseinrichtung 182 verbunden.
Das Ende des Heiz-/Kühlpfades
wird mittels der Bausteine 102, 101 und einer
Kopplungseinrichtung 183 mit der Heiz-/Kühlquelle 180 zurück verbunden.
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Die
Steuereinrichtung 181 umfasst eine elektronische Einheit,
die gestaltet ist um den Fluss des Heiz-/Kühlmediums (Luft) zu steuern
im Bezug auf Zeit, Temperatur und eine Software, die individuell
für jedes
spezielle Objekt vorerzeugt wurde, in welchem das System umfasst
ist.
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Die
Software ist ein Produkt, das von einem speziell entwickelten Simulationsprogramm
erzeugt wird. Wenn entschieden wurde, dass das erfindungsgemäße Heiz-/Kühlsystem
beim Bau eines neuen Gebäudes
benutzt werden soll, wird der Hersteller des Heiz/Kühlsystems
mit Daten beliefert betreffend das geplante Gebäude wie sein geografischer
Ort, seine Gestaltung und seine Verwendung, etc. Diese Daten werden
in das entwickelte Simulationsprogramm eingegeben, das eine erschöpfende Berechnung
des Energiebedarfs, der Spezifikation der geeigneten Gebäudebausteine
etc. im Bezug auf das spezielle Gebäudeobjekt liefert. Gute ökonomische und
technische Bedingungen/Erfordernisse in Bezug auf das geplante Gebäude werden
auch bereitgestellt.
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Wenn
dies vervollständigt
ist, wird die Software (der Code) geliefert, wobei die Software
auf vorherige Simulationsstudien basiert und an das Heiz-/Kühlsystem
energieeffizient und in einer an das in Frage stehende Gebäude angepassten
Weise steuert.
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Aufgrund
des großen
Bereichs der wärme-emittierenden
Ziegelsteinoberflächen
kann die Temperatur der Oberflächen
gering und unbedeutend über
Raumtemperatur gehalten werden, was mit den heutigen Heizsystemen
zu vergleichen ist, welche die wärmeemittierenden
Oberflächen
auf einer hohen Temperatur halten. Ein Heizkörper hält beispielsweise eine Oberflächentemperatur
von etwa 60 – 80°C, was zu
einer erhöhten
Staubbildung, etc. führt.
Die große
Wärmespeicherkapazität der Ziegelsteine
bedeutet auch, dass die Temperatur gleichförmig ist, auch wenn die Wärmezufuhr
variiert.
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2 zeigt
ein Heizsystem ähnlich
zu dem in 1 gezeigten, obwohl es leicht,
beispielsweise durch eine unterschiedliche Wahl von Bausteinen modifiziert
ist.
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In
einer ersten unteren Reihe 21 umfassend zwei Bausteine 211, 212 und
einer fünften
oberen Reihe 25 umfassend zwei Bausteine 251, 252 sind die
Gebäudebausteine
U-förmig
und weisen eine sich längs
erstreckende kontinuierliche Oberfläche auf, die in der unteren
Reihe 21 (die Oberfläche 2111–2121)
nach unten gerichtet ist und in der oberen Reihe 25 (die
Oberfläche 2511-2521) nach
oben gerichtet ist. Der kontinuierliche Heiz/Kühlpfad umfasst somit eine Mehrzahl
von parallel gekoppelten, vertikalen Subpfaden, welche alle in eine
und die gleiche Richtung verlaufen (nach oben). 8 zeigt allgemein
eine Parallel-Flussdarstellung für
Systeme, die gemäß 2 aufgebaut
sind.
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Ein
oder mehrere Schieber, welche Verschlüsse aufweisen, die in einer
Rahmenstruktur hinein- oder herausbewegt werden können und
mit hindurch verlaufenden Löchern
für das
Heiz-/Kühlmedium
versehen sind, ist bzw. sind quer zu dem Heiz-/Kühlpfad angeordnet (eingemauert),
womit der Pfad in getrennte Heiz /Kühlzonen aufgeteilt ist. Die 2 und 6 zeigen
einen solchen Schieber 27 mit einem Rahmen 271 und
einem Verschluss 272.
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3 zeigt
einen Gebäudebaustein
derart wie er in Systemen gemäß 1 verwendet
wird und 4 zeigt einen Baustein derart
wie er in Systemen gemäß 2 verwendet
wird.
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Die
vorstehend beschriebenen Heizsysteme und mögliche Modifikationen bieten
einen oder mehrere der folgenden Vorteile abhängig von äußeren Umständen und praktischen Bedingungen
in speziellen Fällen:
- – Ein
Bereich mit einer großen
wärme-emittierenden
Oberfläche,
die es ermöglicht,
niedrige Lufttemperaturen in dem System beizubehalten;
- – ein
geschlossenes Luftheizsystem, bei welchem Raumluft nicht in Kontakt
mit Warmluft (erhitzter Luft) kommt, Wärme wird mittels des Wandmaterials,
z.B. Ziegelsteinen geliefert, Wärme
wird gespeichert und dann später
in benachbarte Räume geführt;
- – vereinfachte
Lösungen
um Probleme in Verbindung mit Luftheizsystemen im Vergleich mit
der Situation bei Abgassystemen zu steuern;
- – ein
großer
Bereich von wärme-emittierender Oberfläche, der
es ermöglicht
die Lufttemperatur des Raums zu erniedrigen und dadurch mehr von dessen
Feuchtigkeit zu halten, was zu einem besseren Raumklima führt;
- – verbesserte
Betriebszuverlässigkeit
(keine Gefahr eines Wasserlecks);
- – niedrigere
Isolationskosten (keine Heizkörper) und
erhöhter
freier Bodenbereich.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung, beispielsweise in der Ausführungsform nach 1,
weisen die Bausteine 101, 102 in Reihe 10 eine
nach oben gerichtete, horizontale Wandoberfläche auf, welche die Kanäle abschirmt,
die sich vertikal durch die Bausteine 111, 112 der
Reihe 11 erstrecken. Die Kanäle der Bausteine 111, 112 erstrecken
sich längs in
der Längsrichtung
der Reihe um die zwei getrennten vertikalen Kanäle in der Längsrichtung der Reihe zu brücken, wobei
die Kanäle
benachbart zu der Längsrichtung
der Reihe 12 liegen. Die Bausteine in den Reihen 12 – 15 sind
jeweils die gleichen. Die Bausteine in Reihen 12 – 15 sind
jeweils die gleichen und vertikal benachbarte Reihen sind angeordnet
um sicherzustellen, dass Bausteinverbindungen in einer Reihe in
Bezug auf die Verbindungen in einer benachbarten Reihe versetzt
sind. Darüber
hinaus sind die Bausteine in den Reihen 12 – 15 so
geformt, dass horizontal benachbarte Kanäle in den Bausteinen gegenseitig
die gleichen Abstände
entlang der Reihe besitzen unabhängig
davon, ob die Kanäle
in einem Baustein oder in zwei benachbarten, verbundenen Bausteinen
in einer Reihe angeordnet sind. Die Bausteine in Reihe 16 entsprechen
den Bausteinen in Reihe 11 und die Bausteine in Reihe 17 weisen
eine nach unten gerichtete horizontale Wandoberfläche auf,
die nach oben die Kanäle
in den Bausteinen 161 – 163 der
Reihe 16 abschirmt, sodass ein nach oben gerichteter Fluss
durch eine Reihe von gegenseitig gegenüberliegenden Kanälen abgelenkt
wird um einen nach unten gerichteten Fluss durch eine Reihe von
gegenseitig gegenüberliegenden
Kanälen
in einen vertikalen benachbarten Baustein zu erhalten.
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Die
Bausteine 101, 102; 171, 172 in
den Reihen 10 bzw. 17 können ein U-förmiges Querschnittsprofil
(siehe 5) aufweisen und sie können zueinander ähnlich sein.
Die Bausteine können
parallele Seitenwände
besitzen, welche die Seiten der Ziegelsteinwand bilden, wobei eine
der verbleibenden Seiten der Bausteine eine Aussparung entlang ihrer
Länge aufweist
und wobei die andere der verbleibenden Bausteinseiten gebildet ist
um wie oben stehend beschrieben, den Fluss abzulenken.
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Die 3 und 4 zeigen
Beispiele von Bausteinen, die in den Reihen 12 – 15 zwischen
den Reihen 11, 16 in 1 verwendet
werden können, und
in den Reihen zwischen den Bausteinen 211, 212 und 251, 252 in 2.
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3 zeigt
einen Baustein, der zwei parallele hindurch verlaufende Kanäle aufweist,
welche mit einem kreisförmigen
Querschnitt dargestellt sind.
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4 veranschaulicht
Bausteine mit einem einzelnen vertikal hindurch verlaufenden Kanal,
welcher mit einem kreisförmigen
Querschnitt dargestellt ist.
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Die
beispielsweise in den 3 und 4 gezeigten
schlitzähnlichen
Aussparungen sind normalerweise nicht durchgehend, jedoch normalerweise
umfasst um das Gewicht der Bausteine zu reduzieren, insbesondere
wenn der Baustein ein Beton-Baustein ist.
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Wie
anhand der 2 und 4 zu sehen, ist
der Kanal in dem Baustein in der Längsrichtung des Bausteines
im wesentlichen zentriert in einem Längsabschnitt des Bausteines
und umfasst eine ganze Anzahl von solchen Längsabschnitten (vorzugsweise
zwei), sodass es möglich
ist, die Wand mit einem relativen Längsversatz zwischen Bausteinen in
benachbarten Reihen aufzubauen.
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Ein
horizontaler Fluss durch die Bausteine der Reihe 10 kann
nach oben geführt
werden über die
fluss-ablenkenden Bausteine 182, 183, welche einen
kreuzenden horizontal und vertikal hindurch verlaufenden Flusskanal
aufweisen, wobei die Kanäle
sich in der Erstreckungsebene der Wand ausbreiten. Jeder dieser
Verteilungsbausteine kann eine Länge
aufweisen, die der halben Länge
der Bausteine in den Reihen 13 – 15 entspricht, sodass
die Kanäle
der miteinander verbundenen Bausteine 182 – 183 zu
den Kanälen
in den Bausteinen in den Reihen 13 – 15 gerichtet sind
(1).