EP1685878A1 - Verfahren zur Brandbekämpfung in Müllsilos - Google Patents

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EP1685878A1
EP1685878A1 EP06000407A EP06000407A EP1685878A1 EP 1685878 A1 EP1685878 A1 EP 1685878A1 EP 06000407 A EP06000407 A EP 06000407A EP 06000407 A EP06000407 A EP 06000407A EP 1685878 A1 EP1685878 A1 EP 1685878A1
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air
headspace
carbon dioxide
burning
fire
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Michael Heisel
Rainer Himmelskötter
Bernhard Menkhoff
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Linde GmbH
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Linde GmbH
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    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62C—FIRE-FIGHTING
    • A62C3/00—Fire prevention, containment or extinguishing specially adapted for particular objects or places
    • A62C3/04—Fire prevention, containment or extinguishing specially adapted for particular objects or places for dust or loosely-baled or loosely-piled materials, e.g. in silos, in chimneys
    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • A62C—FIRE-FIGHTING
    • A62C99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • A62C99/0009—Methods of extinguishing or preventing the spread of fire by cooling down or suffocating the flames
    • A62C99/0018—Methods of extinguishing or preventing the spread of fire by cooling down or suffocating the flames using gases or vapours that do not support combustion, e.g. steam, carbon dioxide
    • A62C99/0027—Carbon dioxide extinguishers

Definitions

  • the invention relates to a method for extinguishing burning material, which are located in a substantially closed space, wherein an inert gas is introduced into the burning material.
  • the spaces between the garbage in the bunker contain air that supplies the necessary oxygen for combustion.
  • the garbage is usually stored or compressed so dense that the air in the interior of the garbage can circulate only very limited.
  • smoldering fire is understood in the context of this application incomplete combustion with insufficient oxygen supply. In a smoldering fire arise in greater quantities of hydrogen and carbon monoxide. Both gases are lighter than air and thus rise in the free headspace above the stored waste, where they can form explosive mixtures with the air collected there.
  • garbage silos or garbage bunkers are also heavy metals, which can act as a catalyst, and promote, for example, the shift reaction of carbon monoxide with water to carbon dioxide and hydrogen and thus lead to increased hydrogen formation in the vicinity of the source of the fire.
  • the source of the fire itself produces hydrogen, carbon monoxide and reduced metals in the sub-stoichiometric combustion of a smoldering fire, which in turn can become catalytically active.
  • Hydrogen as a small and light molecule quickly diffuses through the garbage, accumulates in the headspace of the refuse bunker and can lead to explosive gas reactions with atmospheric oxygen.
  • fires inside Good are preferably quenched with inert gases.
  • Flooding a silo with an inert gas displaces the air from the material into the headspace.
  • the displaced and flowing through the good air can initially even temporarily ignite the fire before it is suffocated by the inert gas. This temporary increased combustion can cause further fires and smoldering fires.
  • supplied inert gas can stir up dust, which drastically increases the risk of dust explosions.
  • Object of the present invention is therefore to show a method for combating fires, which avoids the disadvantages mentioned above.
  • This object is achieved by a method of the type mentioned above, wherein the headspace located above the goods is purged with air.
  • the inventive method is based on two measures:
  • the actual fire, that is, the burning good, is extinguished with an inert gas.
  • the inert gas is introduced into the burning good and the fire so extracted from the necessary for combustion oxygen.
  • the invention is used in particular for extinguishing fires inside the material and for non-near-surface fires.
  • Particularly suitable is the method for controlling smoldering fires, which may occur, for example, in stored garbage.
  • the process of the invention can be used for the removal of good of all kinds, solids, but also mixtures of solid and liquid or pasty portions.
  • Preferred field of application is the control of fires, in particular smoldering fires, in stored garbage or waste.
  • carbon dioxide particularly preferably liquid carbon dioxide
  • Carbon dioxide is introduced into the burning material.
  • Carbon dioxide is heavier than air and therefore accumulates in the lower part of the enclosed space. Gravity counteracts lift caused by convection due to the hot flame. Therefore, the carbon dioxide does not rise upwards, but remains at the source for a long time and suffocates the fire.
  • Carbon dioxide is not completely inert under the conditions of a smoldering fire. Rather, it can decay and decay according to the Boudouard balance Carbon monoxide and carbon are reduced. In the addition of carbon dioxide according to the invention, however, its decomposition remains well below 1% of the carbon dioxide used, so that the physically favorable properties of the carbon dioxide can be used as extinguishing agent without its disadvantages becoming too serious.
  • the carbon dioxide is introduced from above into the burning good. Due to gravity, the carbon dioxide then sinks down and reaches the source of the fire. This is particularly useful when liquid carbon dioxide is supplied.
  • the inert gas preferably carbon dioxide
  • the inert gas is introduced by means of one or more lances into the burning material.
  • the lances can be permanently installed in the enclosed space, with the material to be stored being poured or arranged around the lances, so that the lances are directly surrounded by the material, and in particular the outlet openings of the lances in the interior of the Guts, that is under the Surface, are located. But it is also possible to collect the lances only after the introduction of the Guts in the closed space in the estate or introduce appropriate holes in the estate.
  • a gas outlet is provided in the lower area of the enclosed space.
  • the supplied inert gas displaces the air located in the spaces between the estate and forms an oxygen-poor atmosphere in the area of the fire, causing it to go out.
  • the displaced air is advantageously removed by a lower quarter, preferably lower third, more preferably lower quarter, most preferably in the bottom 10% of the enclosed space. In this way, the air does not flow through the entire stored in the room Good, which could otherwise be fanned new fires.
  • refuse bins have a volume of more than 10,000 m 3 .
  • the invention therefore is particularly suitable for fire fighting in a room with a volume of more than 1500 m 3, particularly for rooms with a volume of more than 5000 m 3, particularly for rooms with a volume of more than 10000 m 3.
  • the headspace is purged with air. It has been found that the headspace should be purged with more than 5 m 3 / h of air per m 3 of head space, preferably with more than 8 m 3 / h of air per m 3 of head space, in order to safely displace hazardous gases and gas mixtures to dilute and so exclude explosions.
  • the temperature of the air used for rinsing should preferably not exceed 40 ° C.
  • the hydrogen and / or carbon monoxide content in the headspace are measured.
  • the extinguishing measures are selected depending on the measured concentrations.
  • An advantage should be the flushing of the headspace with air be carried out until the hydrogen concentration has fallen below 2 vol%.
  • the invention is particularly suitable for extinguishing smoldering fires in garbage stored in garbage bunkers of waste incineration plants.
  • waste incineration in waste incineration plants the waste is burned with large amounts of air, which is supplied via appropriately sized air compressor to the combustion chamber.
  • air compressors otherwise used to supply the waste incineration plant with combustion air can be used in the event of a fire with advantage also for flushing the headspace of the refuse bunker, as they can typically provide over 150,000 m 3 / h air, which can then be passed through the headspace ,
  • the invention has numerous advantages over the previously known extinguishing methods.
  • the combination of inertisation of the direct source of fire and flushing of the headspace with air makes it possible to extinguish smoldering fires and at the same time to dilute dangerous gas mixtures in the headspace so that there is no danger of explosion.
  • Hydrogen and carbon monoxide-containing gases are discharged through the use of large amounts of air from the headspace. Dust explosions are also prevented.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Löschen von brennendem Gut, das sich in einem im Wesentlichen geschlossenen Raum (Bunker oder Silo) befindet. Erfindungsgemäß wird in das brennende Gut mittels einer oder mehrerer Lanzen ein Inertgas (Kohlendioxid) eingebracht und der oberhalb des Gutes befindliche Kopfraum wird mit Luft gespült.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Löschen von brennendem Gut, das sich in einem im Wesentlichen geschlossenen Raum befinden, wobei in das brennende Gut ein Inertgas eingebracht wird.
  • In Müllbunkem von Müllverbrennungsanlagen sind offene Brände und insbesondere Schwelbrände nichts Ungewöhnliches. Müll enthält immer auch leicht brennbare Bestandteile. Zudem entsteht bei der Vergärung organischer Reste im Müll Biogas, welches im Wesentlichen aus Methan, Kohlendioxid und Wasser besteht. Dieses Biogas ist sehr gut brennbar und hat einen hohen Heizwert. Viele Stoffe, insbesondere Kunststoffe, laden sich bei Reibung elektrostatisch auf und können durch elektrische Entladung das Biogas entzünden und den Ausgangspunkt für einen Brand im Müll bilden.
  • Die Zwischenräume zwischen dem im Bunker befindlichen Müll enthalten Luft, die den für eine Verbrennung notwendigen Sauerstoff liefert. Der Müll ist jedoch in der Regel derart dicht gelagert beziehungsweise verdichtet, dass die Luft im Inneren des Mülls nur stark eingeschränkt zirkulieren kann.
  • Bildet sich beispielsweise aufgrund oben genannter Mechanismen ein Brand im Inneren des Mülls, so wird zunächst der in den Zwischenräumen befindliche Luftsauerstoff verbraucht. Durch die schlechte Luftzirkulation innerhalb des Mülls wird jedoch nicht die für ein offenes Feuer notwendige Menge an Sauerstoff nachgeliefert. Folglich geht die Verbrennung in einen Schwelbrand über.
  • Unter dem Begriff "Schwelbrand" wird im Rahmen dieser Anmeldung eine unvollständige Verbrennung bei ungenügender Sauerstoffzufuhr verstanden. Bei einem Schwelbrand entstehen in größerer Menge Wasserstoff und Kohlenmonoxid. Beide Gase sind leichter als Luft und steigen folglich in den freien Kopfraum über dem gelagerten Müll auf, wo sie mit der dort gesammelten Luft explosive Gemische bilden können.
  • Besonders gefährlich sind Brände in Müllsilos oder Müllbunkern, weil Müll eine Mischung aus sehr vielen Materialien darstellt. Darunter befinden sich auch Schwermetalle, die als Katalysator wirken können, und beispielsweise die Shift-Reaktion von Kohlenmonoxid mit Wasser zu Kohlendioxid und Wasserstoff fördem und damit zu vermehrter Wasserstoff-Bildung in der Nähe des Brandherdes führen. Der Brandherd selbst erzeugt bei der bei einem Schwelbrand vorliegenden unterstöchiometrischen Verbrennung Wasserstoff, Kohlenmonoxid und reduzierte Metalle, die wiederum katalytisch wirksam werden können. Wasserstoff als kleines und leichtes Molekül diffundiert schnell durch den Müll hindurch, sammelt sich im Kopfraum des Müllbunkers und kann mit dem Luftsauerstoff zu Knallgasreaktionen führen.
  • Zum Löschen solcher Brände sind verschiedene Maßnahmen bekannt. Bei der Brandbekämpfung mit Wasser wird allerdings die Gefahr von Explosionen im Kopfraum nicht verringert. Außerdem erreicht Wasser häufig den Brandherd nicht, da es von dem Müll aufgenommen wird und nicht weiter fließt. Dadurch kann sich das Gewicht des Mülls soweit erhöhen, dass sogar das Silo oder der Bunker mechanisch zerstört werden. Zudem verbacken viele gelagerte Güter bei Zugabe von Wasser, so dass eine Entleerung des Silos oder Bunkers nach oder während der Brandbekämpfung nicht mehr möglich ist. Wasser wird deshalb nur bei Bränden an oder nahe der Oberfläche des gelagerten Gutes als Löschmittel eingesetzt.
  • Aus diesen Gründen werden Brände im Inneren von Gut vorzugsweise mit Inertgasen gelöscht. Beim Fluten eines Silos mit einem Inertgas wird die Luft aus dem Gut in den Kopfraum verdrängt. Die verdrängte und durch das Gut strömende Luft kann aber den Brand zunächst sogar vorübergehend anfachen, bevor dieser durch das Inertgas erstickt wird. Diese vorübergehende erhöhte Verbrennung kann weitere Brandherde und Schwelbrände herbeiführen.
  • Zudem kann zugeführtes Inertgas Staub aufwirbeln, wodurch die Gefahr von Staubexplosionen drastisch ansteigt.
  • Aufgabe vorliegender Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Bekämpfung von Bränden aufzuzeigen, welches die oben genannten Nachteile vermeidet.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, wobei der oberhalb des Gutes befindliche Kopfraum mit Luft gespült wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf zwei Maßnahmen: Der eigentliche Brandherd, das heißt das brennende Gut, wird mit einem Inertgas gelöscht. Hierzu wird das Inertgas in das brennende Gut eingebracht und dem Brand so der für eine Verbrennung notwendige Sauerstoff entzogen.
  • Als zweite Brandbekämpfungsmaßnahme wird die Entstehung explosionsfähiger Gemische im Kopfraum über dem Gut erfindungsgemäß dadurch verhindert, dass der Kopfraum mit Luft gespült wird. Üblicherweise wird bei der Brandbekämpfung versucht, weitere Luftzufuhr zu unterbinden, um den Brand nicht weiter anzufachen. Überraschenderweise hat sich aber gezeigt, dass bei Bränden von in geschlossenen Räumen gelagertem Gut der Einsatz großer Luftmengen günstig ist. Durch das erfindungsgemäße Spülen des Kopfraumes mit Luft werden brennbare oder explosive Gase im Kopfraum derart verdünnt, dass eine Explosionsgefahr ausgeschlossen werden kann.
  • Die Erfindung wird insbesondere zum Löschen von Bränden im Inneren des Gutes und von nicht oberflächennahen Bränden eingesetzt. Besonders geeignet ist das Verfahren zur Bekämpfung von Schwelbränden, die beispielsweise in gelagertem Müll auftreten können. Das erfindungsgemäße Verfahren kann zum Löschen von Gut aller Art, Feststoffen, aber auch Mischungen aus festen und flüssigen oder pastösen Anteilen herangezogen werden. Bevorzugtes Einsatzgebiet ist die Bekämpfung von Bränden, insbesondere Schwelbränden, in gelagertem Müll oder Abfällen.
  • Bevorzugt wird Kohlendioxid, besonders bevorzugt flüssiges Kohlendioxid, in das brennende Gut eingebracht. Kohlendioxid ist schwerer als Luft und sammelt sich folglich im unteren Teil des abgeschlossenen Raumes. Die Schwerkraft wirkt dem Auftrieb durch die Konvektion aufgrund der heißen Flamme entgegen. Das Kohlendioxid steigt daher nicht nach oben weg, sondern verbleibt lange am Brandherd und erstickt das Feuer.
  • Kohlendioxid ist unter den Bedingungen eines Schwelbrandes nicht völlig inert. Vielmehr kann es entsprechend dem Boudouard-Gleichgewicht zerfallen und zu Kohlenmonoxid und Kohlenstoff reduziert werden. Bei der erfindungsgemäßen Zugabe von Kohlendioxid bleibt dessen Zersetzung jedoch weit unter 1% des eingesetzten Kohlendioxids, so dass die physikalisch günstigen Eigenschaften des Kohlendioxids als Löschmittel genutzt werden können, ohne dass seine Nachteile zu gravierend werden.
  • Von Vorteil wird das Kohlendioxid von oben in das brennende Gut eingebracht. Aufgrund der Schwerkraft sinkt das Kohlendioxid dann nach unten und erreicht den Brandherd. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn flüssiges Kohlendioxid zugeführt wird.
  • Vorzugsweise wird das Inertgas, bevorzugt Kohlendioxid, mittels einer oder mehrerer Lanzen in das brennende Gut eingebracht wird. Die Lanzen können fest in dem abgeschlossenen Raum installiert sein, wobei das zu lagernde Gut um die Lanzen herumgeschüttet oder angeordnet wird, so dass die Lanzen direkt von dem Gut umgeben sind und insbesondere sich die Austrittsöffnungen der Lanzen im Inneren des Guts, das heißt unter der Oberfläche, befinden. Es ist aber auch möglich, die Lanzen erst nach dem Einbringen des Guts in den abgeschlossenen Raum in das Gut einzutreiben oder über entsprechende Bohrlöcher in das Gut einzuführen.
  • Vorzugsweise ist im unteren Bereich des abgeschlossenen Raumes ein Gasauslass vorgesehen. Das zugeführte Inertgas verdrängt die in den Zwischenräumen zwischen dem Gut befindliche Luft und bildet eine sauerstoffarme Atmosphäre im Bereich des Brandes, wodurch dieser erlischt. Die verdrängte Luft wird von Vorteil durch einen im unteren Bereich, vorzugsweise unteren Drittel, besonders bevorzugt unteren Viertel, ganz besonders bevorzugt in den untersten 10% des abgeschlossenen Raumes abgezogen. Auf diese Weise durchströmt die Luft nicht das gesamte in dem Raum gelagerte Gut, wodurch ansonsten neue Brände angefacht werden könnten.
  • Diese Verfahrensweise ist insbesondere dann sinnvoll, wenn flüssiges Kohlendioxid als Löschmittel eingesetzt wird. Bei der Verdampfung von 1 m3 flüssigem Kohlendioxid entstehen im Inneren des brennenden Gutes ca. 700 m3 gasförmiges Kohlendioxid, die sich naturgemäß ausdehnen und eine entsprechende Menge Luft verdrängen. Ohne den vorgeschlagenen Abzug von Gas aus dem unteren Bereich des Raumes besteht die Gefahr, dass das Inertgas, beispielsweise Kohlendioxid, das Aufsteigen von Wasserstoff in den Kopfraum begünstigt, wo dieser zu explosionsfähigen Gemischen führen kann.
  • Bei Bränden und insbesondere bei Schwelbränden kann, wie oben bereits ausgeführt, Wasserstoff entstehen, der als kleines und leichtes Molekül in den Kopfraum aufsteigt und mit der dortigen Luft ein Wasserstoff-Luft-Gemisch bildet. Die Explosionsgrenzen für Wasserstoff-Luft-Gemische sind sehr weit. Zwischen 4,0 vol% Wasserstoff und 75 vol% Wasserstoff in Luft ist bei Umgebungstemperatur und Umgebungsdruck eine Explosionsgefahr gegeben. Eine brennbare Mischung liegt sogar bereits bei einem , Sauerstoffanteil von nur 3,4% vor. Diese Konzentrationsbereiche sollten daher vermieden werden.
  • Bei kleineren Räumen oder kleinen Silos ist es möglich, den Kopfraum,mit einem Inertgas zu spülen. Auf diese Weise werden die gefährlichen Gase aus dem Kopfraum verdrängt und durch ein inertes Gas ersetzt.
  • Diese Verfahrensweise ist bei großen Räumen, insbesondere Bunkern und Müllbunkern, nicht durchführbar. Müllbunker haben beispielsweise ein Volumen von mehr als 10.000 m3. Solch große Räume können mit Inertgasen in der erforderlichen kurzen Zeit nicht mehr geflutet werden. Die Erfindung eignet sich daher insbesondere zur Brandbekämpfung in Räumen mit einem Volumen von mehr als 1500 m3, besonders für Räume mit einem Volumen von mehr als 5000 m3, ganz besonders für Räume mit einem Volumen von mehr als 10000 m3.
  • Das einzige Gas, das in den erforderlichen großen Mengen zur Verfügung steht, ist Luft. Erfindungsgemäß wird daher der Kopfraum mit Luft gespült. Es hat sich gezeigt, dass der Kopfraum mit mehr als 5 m3/h Luft pro m3 Kopfraum, vorzugsweise mit mehr als 8 m3/h Luft pro m3 Kopfraum, gespült werden sollte, um gefährliche Gase und Gasgemische sicher zu verdrängen beziehungsweise zu verdünnen und so Explosionen ausschließen zu können. Die Temperatur der zum Spülen eingesetzten Luft sollte vorzugsweise nicht mehr als 40°C betragen.
  • Vorzugsweise werden der Wasserstoff- und / oder Kohlenmonoxidgehalt im Kopfraum gemessen. Die Löschmaßnahmen werden in Abhängigkeit von den gemessenen Konzentrationen gewählt. Von Vorteil sollte die Spülung des Kopfraumes mit Luft so lange durchgeführt werden, bis die Wasserstoff-Konzentratiori unter 2 vol% gesunken ist.
  • Die Erfindung eignet sich insbesondere zum Löschen von Schwelbränden in Müll, der in Müllbunkern von Müllverbrennungsanlagen gelagert ist. Bei der Müllverbrennung in Müllverbrennungsanlagen wird der Müll mit großen Mengen Luft verbrannt, die über entsprechend dimensionierte Luftverdichter dem Verbrennungsraum zugeführt wird. Im Falle eines Brandes ist zum erfindungsgemäßen Spülen des Kopfraumes mit Luft ebenfalls ein Verdichter notwendig. Die ansonsten zur Versorgung der Müllverbrennungsanlage mit Verbrennungsluft eingesetzten Luftverdichter können im Falle eines Brandes mit Vorteil auch zum Spülen des Kopfraumes des Müllbunkers herangezogen werden, da diese typischerweise über 150.000 m3/h Luft zur Verfügung stellen können, welche dann durch den Kopfraum geleitet werden kann.
  • Die Erfindung hat zahlreiche Vorteile gegenüber den bisher bekannten Löschverfahren. Durch die Kombination von Inertisierung des direkten Brandherdes und Spülung des Kopfraumes mit Luft wird es möglich, Schwelbrände schne.ll zu löschen und gleichzeitig gefährliche Gasgemische im Kopfraum so zu verdünnen, dass keine Explosionsgefahr besteht. Wasserstoff- und Kohlenmonoxid-haltige Gase werden durch den Einsatz großer Luftmengen aus dem Kopfraum ausgetragen. Staubexplosionen werden ebenfalls verhindert.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Löschen von brennendem Gut, das sich in einem im Wesentlichen geschlossenen Raum befindet, wobei in das brennende Gut ein Inertgas eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass der oberhalb des Gutes befindliche Kopfraum mit Luft gespült wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Kohlendioxid, insbesondere flüssiges Kohlendioxid, in das brennende Gut eingebracht wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlendioxid von oben in das brennende Gut eingebracht wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im unteren Bereich des Raumes, bevorzugt im unteren Drittel des Raumes, besonders bevorzugt in den untersten 10% des Raumes, Gas abgezogen wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Inertgas mittels einer oder mehrerer Lanzen in das brennende Gut eingebracht wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schwelbrand gelöscht wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Silo oder Bunker, insbesondere Müllbunker, befindliches Gut gelöscht wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der geschlossene Raum ein Volumen von mehr als 1500 m3, bevorzugt mehr als 5000 m3, besonders bevorzugt mehr als 10000 m3, besitzt.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopfraum mit mehr als 5 m3/h Luft pro m3 Kopfraum, vorzugsweise mit mehr als 8 m3/h Luft pro m3 Kopfraum, gespült wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopfraum mit Luft mit einer Temperatur von weniger als 40°C gespült wird.
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