WO2008058533A2 - Aussenbauwerksteil für die aussenverkleidung von bauwerken und baulichen anlagen - Google Patents

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Horst Stopp
Peter Strangfeld
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    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/0266—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with separate evaporating and condensing chambers connected by at least one conduit; Loop-type heat pipes; with multiple or common evaporating or condensing chambers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24V—COLLECTION, PRODUCTION OR USE OF HEAT NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F24V50/00—Use of heat from natural sources, e.g. from the sea
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B35/00—Vessels or similar floating structures specially adapted for specific purposes and not otherwise provided for
    • B63B35/44—Floating buildings, stores, drilling platforms, or workshops, e.g. carrying water-oil separating devices
    • B63B2035/4426—Stationary floating buildings for human use, e.g. floating dwellings or floating restaurants
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A30/00—Adapting or protecting infrastructure or their operation

Definitions

  • the invention relates to an exterior part according to the preamble of the main claim and is particularly suitable to reduce the energy consumption for the heating and cooling of buildings that are built on or over waters or in the vicinity.
  • the DE 8008436 U1 wants to offer a variety of vacationers a domicile on the water.
  • a disadvantage of such buildings and structures is that they are more exposed to environmental influences than those that are protected in a settlement by trees shrubbery and surrounding buildings.
  • icy winds can sweep the houses and take away the heat. Due to the reflection of the direct and diffuse radiation at the water surface, on the other hand, the increased irradiation causes much greater heating of the building. Compared to a similar built on the mainland house thus increases the cost of both cooling and for the heating of such buildings.
  • DE 8032900 U1 proposes, by means of a heat pipe, in which ammonia or a safety refrigerant is evaporated in the groundwater or a body of water, to absorb the heat present there and have it taken up by a heat pump arranged in the building to be heated.
  • a direct use of the brought up from the ground heat is usually not possible because temperatures that are above the desired room temperature, only at greater depths, so can be achieved with a higher drilling costs.
  • the heat transfer medium is to be transported partially and by convention between the heat source and the heat sink in a circulation pipe system, wherein the pressure differences of the lower-lying heat source and the heat sink arranged above also the energy transitions occurring during the evaporation and condensation can be used.
  • this problem can not be circumvented if it can not resort to heat sources having a sufficiently high temperature level.
  • the document suggests the use of hot springs.
  • the object of the invention is to propose an exterior structural part for structures erected on or over waters, with which the energy consumption for the cooling and heating of such buildings can be reduced.
  • a heat transfer element in the form of tubes or plates is arranged on its surface facing the outside of the building or structure.
  • These heat transfer elements are to be formed according to the invention either through the upper end of heat pipes or connected to the upper ends of the heat pipes. Furthermore, it will suggest to arrange the second end of the heat pipe or the heat pipes in the water body located under the structure.
  • the heat transfer element can in this case directly form the surface of the outer structure part or be arranged between an inner structure and the outer surface of the outer structure part.
  • a further improvement can be achieved according to the invention, although the outer surface of the outer structure part is designed as an insulating element.
  • the evaporator surface of the heat pipe in the water body and the condensation surface is arranged in or on the outer part of the building, is at cold outside temperatures conduct heat from the body of water to the surface of the building so that it does not cool below freezing.
  • the problem of transporting the liquid within the heat pipe can be solved by capillaries or capillary active substances, through which the condensate is transported from the condensation surface to the evaporator surface.
  • the outer surface of the external structure part can also be formed by heat-conducting plates, which are connected to the one or the ends of the heat pipe.
  • the invention assumes that the temperature in a body of water, such as a lake or river, fluctuates much less than the temperature Temperature of the overlying airspace. With the help of on the surface of the building or just below it
  • Heat transfer elements should be achieved that the outer skin of the building of the water temperature of the underlying body of water is adjusted. Since, as is known, the temperature at the bottom of lakes is generally not lower than 4 ° C., the outer skin of the building hardly reaches the freezing point in this way. The heat transfer falls so much lower due to a lower temperature gradient, as if the surface temperature of the building with the air temperature could drop to -25 0 C, for example. Thus, a significant saving in heating costs can be achieved in the cold seasons.
  • Fig. 1 is a built on a pontoon 1 house in which the left wall is formed by an inventive outer building part 3.
  • the outer wall facing the weather side is formed from an outer building part 3 according to the invention. This consists of a building 5 and a previously ventilated ventilated facade panel. 6
  • a plate-shaped heat transfer element 41 which is thermally conductively connected to the upper ends of a heat pipe 4.
  • the lower end of the heat pipe 4 forms the lower heat transfer element 42 and reaches 2 m deep in the water body located under the building.
  • a pump 7 is connected via a pipe 8, through which the condensate is transported from the condensation surface to the evaporator surface when the building wall is to be cooled by the upper heat transfer element 41.
  • the lower heat transfer element 42 acts as the evaporator surface of the heat pipe and the upper heat transfer element 41 as a condensation surface.
  • the resulting in the heat transfer element 42 steam rises due to the convection effect up and the resulting condensate runs by gravity back into the evaporator.
  • the heat from the body of water is directed to the surface of the building so that it does not cool below freezing.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Außenbauwerksteil gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches und ist insbesondere geeignet, den Energieverbrauch für die Heizung und Kühlung von Gebäuden, die auf oder über Gewässern oder in deren Nähe errichtet sind, zu verringern. Die Aufgabe der Erfindung, ein Außenbauwerksteil für Bauwerke, die an oder über Gewässern errichtet werden vorzuschlagen, mit dem der Energieverbrauch für die Kühlung und Beheizung von solchen Gebäuden verringert werden kann, wird gelöst, in dem die Außenhaut eines Gebäudes teilweise oder vollständig aus Außenbauwerksteilen, die sowohl als Außenwand oder Decke als auch als Dachplatte eingesetzt werden können, an dessen der Außenseite des Gebäudes oder Bauwerkes zugewandten Oberfläche ein Wärmeübertragungselement in Form von Röhren oder Platten angeordnet. Diese Wärmeübertragungselemente sind mit den oberen Enden der Wärmerohren verbunden sein. Das zweite Ende des Wärmerohres oder der Wärmerohre in dem unter dem Bauwerk befindlichen Wasserkörper anzuordnen.

Description

Außenbauwerksteil für die Außenverkleidung von Bauwerken und baulichen Anlagen
Die Erfindung betrifft ein Außenbauwerksteil gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches und ist insbesondere geeignet, den Energieverbrauch für die Heizung und Kühlung von Gebäuden, die auf oder über Gewässern oder in deren Nähe errichtet sind, zu verringern.
Bauwerke werden aus verschiedensten Gründen auf oder über der Oberfläche von Gewässern errichtet.
Sei es, wie in der DE 202004008518 111 oder der DE 202006005595 U1 beschrieben, um die Freizeit in Wassernähe oder auf dem Wasser verbringen zu können oder um auf der Wasseroberfläche die Umweltenergie besonders effektiv nutzen zu können, wie es die DE 202004004912 U1 beschreibt.
Die DE 8008436 U1 will einer Vielzahl von Urlaubern ein Domizil auf dem Wasser bieten.
Auch der Mangel an Bauland in der Nähe von großen an Meer oder Seen gelegenen Städten kann hierfür ein Grund sein.
Nachteilig bei solchen Gebäuden und Bauwerken ist es, dass diese stärker den Umwelteinflüssen ausgesetzt sind, als solche, die in einer Siedlung durch Bäume Strauchwerk und umliegende Verbauung geschützt sind. Auf einem See oder dem Meer können bei kaltem Wetter eisige Winde die Häuser umstreichen und diesen Wärme entziehen. Durch die Reflexion der direkten und diffusen Strahlung an der Wasseroberfläche wird andererseits durch die erhöhte Einstrahlung eine wesentlich stärkere Erwärmung des Gebäudes bewirkt. Gegenüber einem gleichartigen auf dem Festland errichteten Haus erhöht sich also der Aufwand sowohl für Kühlung als auch für die Heizung derartiger Gebäude.
Zwar besteht auf dem Gewässer in der Regel, wie beispielsweise in der DE 8032916 U1 beschrieben, die Möglichkeit, zum Heizen Umweltenergie mit Hilfe von Wärmepumpen aus dem Gewässer zu gewinnen, aber auch für deren Betrieb wird weitere Energie benötigt, die als Elektroenergie oder Brennstoff vom Land aus zugeführt werden muss.
Um den Energieaufwand für die Zufuhr von Wärme beispielsweise aus dem Untergrund oder aus Gewässern zu minimieren, wurden bereits Lösungen mit sogenannten Wärmerohren vorgeschlagen. Hierbei wird durch Phasenumwandlung am wärmeren Ende ein energiehaltiges Gas oder Dampf erzeugt, das dann durch das Rohr strömt und am anderen Ende durch eine Rückumwandlung die Energie wieder abgibt.
So schlägt beispielsweise DE 8032900 U1 vor, mit Hilfe eines Wärmerohres, in dem Ammoniak oder ein Sicherheitskältemittel im Grundwasser oder einem Gewässer verdampft wird, die dort vorhandene Wärme aufzunehmen und von einer im zu beheizenden Gebäude angeordneten Wärmepumpe aufnehmen zu lassen. Eine direkte Benutzung der aus dem Boden heraufgeführten Wärme ist in der Regel nicht möglich, da Temperaturen, die über der gewünschten Raumtemperatur liegen, erst in größeren Tiefen, also mit einem höheren Bohraufwand zu erreichen sind.
Das gleiche Problem trifft auch für die Lösung zu, die in der DD 160199 A beschrieben ist. Hier soll der an Stelle der Phasenumwandlung flüssig/gasförmig die Bindungsenergie bei der Bildung von Metallhydrid zur Wärmespeicherung genutzt werden.
Auch bei dem in der DE10234568A1 beschriebenen Verfahren zur konvektiven Energiegewinnung und den hierzu angegebenen Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens soll in einem Kreislauf-Rohrsystem das Wärmeträgermedium teilweise und durch Konvention zwischen der Wärmequelle und der Wärmesenke transportiert werden, wobei durch die Druckunterschiede der tiefer gelegenen Wärmequelle und der darüber angeordneten Wärmesenke auch die bei der Verdampfung und Kondensation auftretenden Energieübergänge genutzt werden. Jedoch auch hiermit kann dieses Problem nicht umgangen werden, wenn nicht auf Wärmequellen zurückgegriffen werden kann, die ein ausreichend großes Temperaturniveau aufweisen. Die Schrift schlägt hierzu die Nutzung heißer Quellen vor. Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Außenbauwerksteil für Bauwerke, die an oder über Gewässern errichtet werden, vorzuschlagen, mit dem der Energieverbrauch für die Kühlung und Beheizung von solchen Gebäuden verringert werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst, in dem die Außenhaut eines Gebäudes teilweise oder vollständig aus Außenbauwerksteilen gemäß den Merkmalen des Hauptanspruches errichtet wird. Dadurch wird durch die Anpassung der Außentemperatur des Außenbauwerksteiles an die Temperatur des Wasserkörpers ohne Einsatz zusätzlicher Hilfsenergie der Temperaturgradient über den Querschnitt des Außenbauwerksteiles verringert.
In den Unteransprüchen werden weitere Merkmale beschrieben, die es gestatten, die Wirkungsweise derartiger Außenbauwerksteile zu verbessern oder gestalterische Variationen erlauben.
Grundsätzlich wird bei einem erfindungsgemäßen mehrschichtigen Bauelement, das sowohl als Außenwand oder Decke als auch als Dachplatte eingesetzt werden kann, an dessen der Außenseite des Gebäudes oder Bauwerkes zugewandten Oberfläche ein Wärmeübertragungselement in Form von Röhren oder Platten angeordnet. Diese Wärmeübertragungselemente sollen entsprechend der Erfindung entweder durch das obere Ende von Wärmerohren gebildet werden oder mit den oberen Enden der Wärmerohren verbunden sein. Des Weiteren wird vorschlagen, das zweite Ende des Wärmerohres oder der Wärmerohre in dem unter dem Bauwerk befindlichen Wasserkörper anzuordnen.
Das Wärmeübertragungselement kann hierbei direkt die Oberfläche des Außenbauwerksteiles bilden oder zwischen einem inneren Baukörper und der äußeren Oberfläche des Außenbauwerksteiles angeordnet werden.
Eine weitere Verbesserung lässt sich gemäß der Erfindung erreichen, wenn auch die äußere Oberfläche des Außenbauwerksteiles als isolierendes Element gestaltet ist.
Wenn die Verdampferfläche des Wärmerohres im Wasserkörper und die Kondensationsfläche im oder am Außenbauwerksteil angeordnet ist, wird bei kalten Außentemperaturen Wärme aus dem Wasserkörper auf die Oberfläche des Gebäudes geleitet, sodass diese nicht unter den Gefrierpunkt abkühlt.
Wenn andersherum die Kondensationsfläche des Wärmerohres im Wasserkörper und die Verdampferfläche im Außenbauwerksteil angeordnet sind, müssen Vorrichtungen vorhanden sein, mit deren Hilfe das Kondensat von der Kondensationsfläche zur Verdampferfläche transportiert wird. In diesem Falle kann verhindert werden, dass sich die Oberfläche des Gebäudes durch Sonneneinstrahlung so stark erhitzt, dass eine Klimatisierung der im Gebäude befindlichen Räume notwendig wird.
Bei relativ kurzen Wärmeohren kann das Problem des Transportes der Flüssigkeit innerhalb des Wärmerohres durch Kapillaren oder kappillaraktive Stoffe gelöst werden, durch die das Kondensat von der Kondensationsfläche zur Verdampferfläche transportiert wird.
Da in den Wärmeohren infolge des Wärmetransportes durch Nutzung der Phasenumwandlungsenergie relativ wenig Flüssigkeit bewegt werden muss, kann es auch sehr sinnvoll sein, wenn am oder im Wärmerohr eine Pumpe und Rohrleitungen so angeordnet sind, dass durch diese das Kondensat von der Kondensationsfläche zur Verdampferfläche transportiert wird.
Indem diese Pumpe nur dann eingeschaltet wird, wenn die Temperatur des Wasserkörpers geringer ist, als die Temperatur der Oberfläche des Außenbauwerksteiles, wird es möglich, die Wärmeübertragungselemente sowohl zur Kühlung als auch zur Wärmestabilisierung zu verwenden.
Für die Realisierung der Erfindung kann die äußere Oberfläche des Außenbauwerksteiles auch durch wärmeleitende Platten gebildet werden, die mit dem oder den Enden des Wärmerohres verbunden sind.
Effektiver wird die Wirkung der Anordnung jedoch, wenn das Ende des Wärmerohres zwischen einer äußeren Verkleidungsschicht und dem Baukörper angeordnet ist.
Die Erfindung geht davon aus, dass die Temperatur in einem Wasserkörper, wie beispielsweise einem See oder Fluss wesentlich geringer schwankt, als die Temperatur des darüber liegenden Luftraums. Mit Hilfe der auf der Oberfläche des Gebäudes oder dicht darunter angeordneten
Wärmeübertragungselementen soll erreicht werden, dass die Außenhaut des Gebäudes der Wassertemperatur des darunter liegenden Wasserkörpers angepasst wird. Da bekanntermaßen die Temperatur am Grund von Seen in der Regel nicht unter 4 0C sinkt, erreicht die Außenhaut des Gebäudes auf diese Art und Weise kaum den Gefrierpunkt. Der Wärmedurchgang fällt also auf Grund eines geringeren Temperaturgradienten wesentlich geringer aus, als wenn die Oberflächentemperatur des Gebäudes mit der Lufttemperatur bis auf beispielsweise -25 0C absinken könnte. Damit ist in den kalten Jahreszeiten eine deutliche Heizkosteneinsparung zu erzielen.
Auch bei hochsommerlichen Temperaturen, bei denen durch starke Sonneneinstrahlung eine partielle Aufheizung der der Sonneneinstrahlung ausgesetzten Wände auftritt, kann dadurch, dass die Außenwandtemperatur an die Temperatur tieferer Gewässerschichten angeglichen wird, der Aufwand für eine Kühlung der Räume wesentlich gesenkt werden.
Die Anwendung erfindungsgemäßer Außenbauwerksteile ist selbstverständlich nicht nur auf die Umhüllung von Häusern beschränkt. Es ist ebenso denkbar, dass hiermit bei entsprechender Dimensionierung Versorgungs- und Entsorgungsleitungen vor Frost oder Überhitzung geschützt werden können.
Ausführungsbeispiel
Im Folgenden soll die Erfindung an Hand der Zeichnung Figur 1 in Form eines Ausführungsbeispiels erläutert werden. Dabei zeigt
Fig. 1 ein auf einem Ponton 1 errichtetes Haus, bei dem die linke Wand durch ein erfindungsgemäßes Außenbauwerksteil 3 gebildet wird.
Zur Verdeutlichung sind die Außenbauwerksteile nicht maßstäblich dargestellt.
Bei einem auf einem Ponton 1 errichteten Haus 2 ist die der Wetterseite zugewandte Außenwand aus einem erfindungsgemäßen Außenbauwerksteil 3 gebildet. Dieses besteht aus einem Baukörper 5 und einer davor abgehängten hinterlüfteten Fassadenplatte 6.
Zwischen dem Baukörper 5 und der Fassadenplatte 6 ist ein plattenförmiges Wärmeübertragungselement 41 , der mit den oberen Enden eines Wärmerohres 4 wärmeleitend verbunden ist.
Das untere Ende des Wärmerohres 4 bildet das untere Wärmeübertragungselement 42 und reicht 2 m tief in den unter dem Bauwerk befindlichen Wasserkörper.
Am tiefsten Punkt des Wärmerohres 4 ist über eine Rohrleitung 8 eine Pumpe 7 angeschlossen, durch die das Kondensat von der Kondensationsfläche zur Verdampferfläche transportiert wird, wenn durch das obere Wärmeübertragungselement 41 die Gebäudewand gekühlt werden soll.
Bei Außentemperaturen unterhalb der Wassertemperatur wirkt das untere Wärmeübertragungselement 42 als Verdampferfläche des Wärmerohres und das obere Wärmeübertragungselement 41 als Kondensationsfläche. Dabei steigt der im Wärmeübertragungselement 42 entstehende Dampf auf Grund der Konvektionswirkung nach oben und das entstehende Kondensat läuft durch die Schwerkraft wieder in den Verdampfer zurück. Somit wird die Wärme aus dem Wasserkörper auf die Oberfläche des Gebäudes geleitet, sodass diese nicht unter den Gefrierpunkt abkühlt.
Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen
Ponton 1
Haus 2
Außenbauwerksteil 3
Wärmerohr 4 oberes Wärmeübertragungselement 41 untere Wärmeübertragungselement 42 Baukörper 5
Fassadenplatte 6
Pumpe 7
Rohrleitungen 8

Claims

Patentansprüche
1 . Außenbauwerksteil in Form von Wand- Decken- oder Dachplatten für die Außenverkleidung von Bauwerken und baulichen Anlagen, die an oder über Gewässern errichtet werden, insbesondere Häusern, die auf schwimmenden Unterlagen wie beispielsweise auf in Flüssen oder Seen verankerten Pontons (1 ) erbaut sind oder über Gewässern auf Pfählen befestigten Bauten, dadurch gekennzeichnet, dass an dessen der Außenseite des Gebäudes oder Bauwerkes (2) zugewandten Oberfläche oder zwischen einem inneren Baukörper (5) und der äußeren Oberfläche (6) des Außenbauwerksteils (3) obere Wärmeübertragungselemente (41 ) in Form von Röhren oder Platten angeordnet sind, die Bestandteil von Wärmerohren (4) sind oder mit Wärmerohren (4) verbunden sind, dass das zweite, untere Ende des Wärmerohres (4) oder der Wärmerohre (4) als unteres Wärmeübertragungselement (42) in dem unter dem Bauwerk befindlichen Wasserkörper angeordnet ist.
2. Außenbauwerksteil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampferfläche des Wärmerohres im Wasserkörper und die Kondensationsfläche im oder am Außenbauwerksteil angeordnet ist.
3. Außenbauwerksteil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensationsfläche des Wärmerohres im Wasserkörper und die Verdampferfläche im Außenbauwerksteil angeordnet sind, sowie dass Vorrichtungen vorhanden sind, mit deren Hilfe das Kondensat von der Kondensationsfläche zur Verdampferfläche transportiert wird.
4. Außenbauwerksteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Wärmerohres Kapillaren oder kappillaraktive Stoffe angeordnet sind, durch die das Kondensat von der Kondensationsfläche zur Verdampferfläche transportiert wird.
5. Außenbauwerksteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass am oder im Wärmerohr eine Pumpe und Rohrleitungen so angeordnet sind, dass durch diese das Kondensat von der Kondensationsfläche zur Verdampferfläche transportiert wird.
6. Außenbauwerksteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Einrichtungen vorhanden sind, durch die die Pumpe bedarfsgerecht nach vorgebbaren Kriterien gesteuert wird.
7. Außenbauwerksteil nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Oberfläche des Außenbauwerksteiles durch wärmeleitende Platten gebildet wird , mit denen das oder die Enden des Wärmerohres verbunden sind.
8. Außenbauwerksteil nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das obere Ende des Wärmerohres (4) als oberes Wärmeübertragungselement (41 ) zwischen einer äußeren Fassadenplatte (6) und dem Isolierkörper angeordnet ist.
9. Außenbauwerksteil nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass auch die äußere Fassadenplatte (6) des Außenbauwerksteiles als isolierendes Element gestaltet ist.
10. Außenbauwerksteil nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenbauwerksteil Teil einer Verkleidung temperaturempfindlicher Versorgungsleitungen ist.
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