EP2295885A1 - Klimabox mit Wärmetauscher und Klimatisierungsverfahren - Google Patents
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- F24F11/0001—Control or safety arrangements for ventilation
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Definitions
- the present invention relates to a climate box with a heat exchanger for temperature regulation.
- the invention further relates to a method for operating such a climate box.
- Air conditioning boxes with a heat exchanger for temperature control are known from the prior art. Furthermore, prior art temperature control systems are known for various applications. One application for such systems is the air conditioning of individual rooms or of complete buildings. In particular, for the air conditioning of data centers systems for temperature regulation are needed, as by the operation of computer equipment, such as server systems, a significant heat generation occurs. The heat produced by the server equipment must necessarily be dissipated from the space in which the server facilities are located in order not to exceed the maximum allowable operating temperatures for such server equipment, which is reached and exceeded within a short time without dissipating the heat produced by the servers.
- the plant shown there comprises an air conditioner, which comprises a coolant circuit, whereby an indirect cooling by means of the coolant of the building or individual rooms is made possible.
- air conditioner which comprises a coolant circuit
- Such cooling is particularly advantageous in that the permissible range of relative humidity and the desired temperature can be maintained very well.
- the cooling of the system shown is done depending on the outside temperature either as indirect free cooling in winter, as active cooling in summer and as indirect free in combination with active cooling in the transitional period.
- Object of the present invention is therefore to provide a Klimabox with heat exchanger, which causes no higher energy costs even when the heat exchanger is switched off and avoids air-side pressure losses as far as possible. It is a further object of the invention to provide a temperature control system and method for operating a temperature control system.
- a Klimabox for temperature control by at least one air flow is conductive and containing at least one heat exchanger, characterized in that the heat exchanger is movably disposed in the Klimabox and is movable about a pivot point between at least one operating position and a rest position.
- the climate box according to the invention preferably has a heat exchanger which is movable between exactly one operating position and a rest position.
- the operating position is understood to be a position of the climatic box in which the air entering the climate box is passed through the heat exchanger and the heat exchanger is in operation.
- a position of the heat exchanger in the Klimabox understood, in which the heat exchanger is located outside the air flow in the air conditioner and is not in operation.
- the heat exchanger is preferably movable between exactly one operating position and exactly one rest position.
- the heat exchanger In the rest position, the heat exchanger is preferably arranged perpendicular to the bottom of the Klimabox and parallel to the longer side wall of the Klimabox less preferred are rest positions in which the heat exchanger is arranged obliquely in the Klimabox, i. with an angle to the ground that is not rectangular.
- the maximum height of the heat exchanger in the rest position preferably corresponds to the height of the Klimabox. This ensures that a particularly good utilization of the existing surface for the temperature, in particular the cooling is given.
- embodiments are also conceivable in which the heat exchanger has smaller dimensions.
- the heat exchanger is preferably arranged in the Klimabox according to the invention in the operating state along the diagonal of the Klimabox between two opposite corners.
- the heat exchanger is designed, for example, as an evaporator or as a cooler.
- the control and regulation of the Klimabox for example, by appropriate software.
- the climate box according to the invention has the advantage over conventional air conditioning boxes that the air-side pressure losses compared to conventional air conditioning boxes can be reduced.
- the heat exchanger is, when it is not in operation, folded out of the air flow, so that this pressure losses, which otherwise arise by flowing through the switched-off heat exchanger, can be reduced. As a result, the energy costs for operation can be significantly reduced.
- a maintenance of the advantageous small dimensions is possible, since it is not necessary to lead the air with the heat exchanger switched off via a bypass in order to avoid pressure losses.
- the Klimabox can be operated in different operating conditions, for example, at temperatures of the incoming air, also called outside air, which are above a temperature T 1 .
- T 1 temperatures of the incoming air
- T 2 active cooling by means of the heat exchanger could take place in the operating position, while in the region above T 1 and below T 2, only a mixed operation of active and direct cooling could take place, which in turn could reduce energy costs.
- Below T 1 direct free cooling is possible ie the heat exchanger is switched off and in the rest position, so that the energy requirement can be significantly reduced.
- At least one fan device could be provided.
- This fan device could be arranged outside the space to be cooled, for example outdoors to improve the removal of the warm air. Especially at outside temperatures above 17 ° C, such additional removal of heat could be done by the fan device.
- the climate boxes according to the invention are used for example in plants for temperature regulation of data centers or server systems.
- the three different operating states already explained above are run through.
- the entire system is operated in the active cooling mode.
- the heat exchanger is arranged in the operating position, wherein all air flows through the heat exchanger and is cooled there.
- a mixed operation of active cooling and direct cooling ie only a portion of the total air flow is passed through the heat exchanger, another part of the air flow is mixed outside the Klimabox the cooled air stream.
- this airflow must be outside air or circulating air from the entire system.
- the third mode of direct free cooling the system is cooled exclusively with outside air. In this operating state, the heat exchanger is in rest position and the air box can be flowed through unhindered by the air flow.
- the mixing box according to the invention can be used for example as part of an air conditioner or as an air conditioner.
- the Klimabox is used for cooling data centers, servers, computers or server systems as well as server racks. It is also possible to combine the inventive Klimabox with a mixing box, which allows a further optimization of the operating conditions.
- Such a mixing box knows, for example, various flaps, namely an outside air flap, a recirculation flap and a mixed air flap, which allows a targeted mixture of different tempered air streams.
- Such a mixing box is described in the European patent application 09 005 824.9 , which is hereby incorporated by reference. The combination of a Klimabox with this mixing box for a direct free cooling is thus also part of the application.
- FIG. 1a shows an embodiment of the invention Klimabox 1, with a heat exchanger 9 in the operating position.
- the inflowing from the top of the climate box Air in Fig. 1 b is indicated by arrows, is accordingly transported completely through the heat exchanger 9 to the bottom 8 of the Klimabox.
- the heat exchanger 9 is connected at its lower end with a hinge 2, which serves as a fulcrum.
- the pivot point can be arranged in other embodiments, not shown, elsewhere along the heat exchanger.
- the heat exchanger 9 is limited by an upper frame 2, against which it leans. Parallel to the heat exchanger 9 extends a lateral seal 5 which is fixed to the front side wall, not shown.
- an electric box 7 is arranged, which serves for controlling and regulating the Klimabox.
- Fig. 1 c shows the perspective view. It can be seen that the heat exchanger 9 extends over the entire width of the Klimabox and approximately diagonally connects the two opposite corners. In the lower part of the heat exchanger 9 is located on the sealing groove 6.
- Fig. 2a is the Klimabox shown with heat exchanger 9 at rest.
- the heat exchanger 9 is arranged parallel to the side wall 4 and stands on the rail 3, which is located in the bottom of the Klimabox. Accordingly, the air flows as in Fig. 2b from the top of the air box to the bottom 8 of the air box without flowing through the heat exchanger.
- the heat exchanger 9 extends almost from the bottom 8 to the top of the Klimabox. 1
- lateral seal 5 is arranged only on the two short side walls and does not extend over the entire width, as well as the heat exchanger 9.
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Klimabox (1) mit Wärmetauscher (9)zur Temperaturregulierung. Die Klimabox wird besonders in Anlagen zur Kühlung von Rechenzentren oder Servern eingesetzt. Durch die besondere Ausgestaltung des Wärmetauschers lassen Sie die Energiekosten reduzieren, so dass Anlagen die mit der erfindungsgemäßen Klimabox betrieben werden einen geringeren Energieaufwand haben.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Klimabox mit Wärmetauscher zur Temperaturregulierung .Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Klimabox.
- Klimaboxen mit einem Wärmetauscher zur Temperaturregulierung sind aus dem Stand der Technik bekannt. Des Weiteren sind Anlagen zur Temperaturregulierung aus dem Stand der Technik für verschiedene Anwendungen bekannt. Eine Anwendungsmöglichkeit für solche Anlagen ist die Klimatisierung von einzelnen Räumen oder von vollständigen Gebäuden. Insbesondere für die Klimatisierung von Rechenzentren werden Anlagen zur Temperaturregulierung benötigt, da durch den Betrieb von Computeranlagen, beispielsweise Serveranlagen, eine erhebliche Wärmeentwicklung erfolgt. Die durch die Serveranlagen produzierte Wärme muss aus dem Raum, in dem die Serveranlagen stehen, notwendigerweise abführt werden, um die maximal zulässigen Betriebstemperaturen für solche Serveranlagen nicht zu überschreiten , welche ohne Abtransport der von den Servern produzierten Wärme innerhalb kurzer Zeit erreicht und überschritten wird.
- Aus der
DE 199 04 667 ist eine Anlage zur Temperaturregulierung eines Gebäudes bekannt. Die dort gezeigte Anlage umfasst ein Klimagerät, welches einen Kühlmittelkreislauf umfasst, wodurch eine indirekte Kühlung mittels des Kühlmittels des Gebäudes oder einzelner Räume ermöglicht wird. Eine solche Kühlung ist insbesondere dahingehend vorteilhaft, dass der zulässige Bereich der relativen Luftfeuchtigkeit und die gewünschte Temperatur sehr gut eingehalten werden können. Die Kühlung der gezeigten Anlage erfolgt in Abhängigkeit der Außentemperatur entweder als indirekte freie Kühlung im Winter, als aktive Kühlung im Sommer sowie als indirekte freie in Kombination mit einer aktiven Kühlung in der Übergangszeit. - Die bisherigen Anlagen haben den Nachteil, dass auch bei ausgeschaltetem Wärmetauscher der gesamte Luftstrom über den Wärmetauscher geführt werden muss. Dadurch entstehen luftseitige Druckverluste, die eine höhere Leistungsaufnahme der Ventilatoren und damit höhere Energiekosten verursachen. Es sind deshalb Geräte bekannt, bei denen die Luft bei ausgeschaltetem Wärmetauscher über einen Bypass geführt wird, um den Druckverlust zu umgehen, dieses hat jedoch den Nachteil, dass größere Geräteabmessungen notwendig sind, um einen entsprechenden Bypass realisieren zu können. Gerade bei Rechenzentren werden jedoch Geräte bevorzugt, die einen möglichst geringen Platzbedarf haben, um die Fläche so klein wie möglich halten zu können.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher eine Klimabox mit Wärmetauscher bereitzustellen, welche auch bei ausgeschaltem Wärmetauscher keine höheren Energiekosten verursacht und luftseitige Druckverluste weitestgehend vermeidet. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Anlage zur Temperaturregulierung sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Anlage zur Temperaturregulierung bereitzustellen.
- Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Klimabox zur Temperaturregelung durch die mindestens ein Luftstrom leitbar ist und die mindestens einen Wärmetauscher enthält, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher beweglich in der Klimabox angeordnet ist und um einen Drehpunkt zwischen mindestens einer Betriebsposition und einer Ruheposition bewegbar ist. Weitere Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche oder nachfolgend beschrieben.
- Die erfindungsgemäße Klimabox weist bevorzugt einen Wärmetauscher auf, der zwischen genau einer Betriebsposition und einer Ruheposition bewegbar ist. Als Betriebsposition wird dabei im Sinne der Erfindung eine Position der Klimabox verstanden, bei der die in die Klimabox eintretende Luft durch den Wärmetauscher geführt wird und der Wärmetauscher in Betrieb ist. Entsprechend wird unter Ruheposition eine Position des Wärmetauschers in der Klimabox verstanden, bei der der Wärmetauscher außerhalb des Luftstroms im Klimagerät angeordnet ist und nicht in Betrieb ist. Durch die Befestigung des Wärmetauschers an einem Drehpunkt in der Klimabox lässt sich der Wärmetauscher zwischen der Betriebsposition und der Ruheposition umklappen, es liegt somit eine klappbare bzw. drehbare Befestigung des Wärmetauschers in der Klimabox vor. Die Bewegung zwischen den verschiedenen Positionen erfolgt beispielsweise elektrisch oder hydraulisch, wobei auch mechanische Klappmechanismen oder andere Bewegungsmechanismen einsetzbar sind.
- Bei der erfindungsgemäßen Klimabox ist der Wärmetauscher bevorzugt zwischen genau einer Betriebsposition und genau einer Ruheposition bewegbar. In der Ruheposition ist der Wärmetauscher dabei bevorzugt senkrecht zum Boden der Klimabox und parallel zur längeren Seitenwand der Klimabox angeordnet weniger bevorzugt sind Ruhepositionen in denen der Wärmetauscher schräg in der Klimabox angeordnet ist, d.h. mit einem Winkel zum Boden, der nicht rechtwinklig ist. Dabei entspricht die maximale Höhe des Wärmetauschers in der Ruheposition bevorzugt der Höhe der Klimabox. Hierdurch ist gewährleistet, dass eine besonders gute Ausnutzung der vorhandenen Fläche für die Temperierung, insbesondere die Kühlung gegeben ist. Es sind jedoch auch Ausführungsformen denkbar, bei denen der Wärmetauscher geringere Abmessungen aufweist.
- Der Wärmetauscher ist in der erfindungsgemäßen Klimabox im Betriebszustand bevorzugt entlang der Diagonalen der Klimabox zwischen zwei sich gegenüberliegenden Ecken angeordnet.
- Der Wärmetauscher ist beispielsweise als Verdampfer oder als Kühler ausgestaltet. Die Steuerung und Regelung der Klimabox erfolgt beispielsweise durch entsprechende Software.
- Die erfindungsgemäße Klimbox hat gegenüber herkömmlichen Klimaboxen den Vorteil, dass die luftseitigen Druckverluste gegenüber herkömmlichen Klimaboxen reduziert werden können. Der Wärmetauscher ist, wenn er nicht in Betrieb ist, aus dem Luftstrom geklappt, so dass hierdurch Druckverluste, die sonst durch Durchströmen des ausgeschalteten Wärmetauschers entstehen, reduziert werden können. Hierdurch können die Energiekosten für den Betrieb deutlich gesenkt werden. Gleichzeitig ist eine Beibehaltung der vorteilhaften geringen Abmessungen möglich, da es nicht notwendig ist, die Luft bei ausgeschaltetem Wärmetauscher über einen Bypass zu führen, um Druckverluste zu vermeiden.
- Die Klimabox kann in verschiedenen Betriebszuständen betrieben werden, beispielsweise bei Temperaturen der zuströmenden Luft, auch Außenluft genannt, die oberhalb von einer Temperatur T1 liegen. Ab einer höheren Temperatur T2 könnte eine aktive Kühlung mittels des Wärmetauschers in Betriebsposition erfolgen, während es im Bereich oberhalb von T1 und unterhalb von T2 lediglich ein Mischbetrieb aus aktiver und direkter Kühlung erfolgen könnten, wodurch wiederum die Energiekosten gesenkt werden könnten. Unterhalb von T1 ist eine direkte freie Kühlung möglich d.h. der Wärmetauscher ist ausgeschaltet und in Ruheposition befindlich, so dass der Energiebedarf deutlich gesenkt werden kann. Durch die Nutzung der freien Kühlung kann eine hohe Energieeffizienz gewährleistet werden, da keine Energieverluste, beispielsweise durch zusätzliche Wärmetauscher, auftreten.
- In einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung könnte mindestens eine Ventilatoreinrichtung vorgesehen sein. Diese Ventilatoreinrichtung könnte außerhalb des zu kühlenden Raums angeordnet sein, beispielsweise im Freien, um den Abtransport der warmen Luft zu verbessern. Insbesondere bei Außentemperaturen oberhalb von 17°C könnte ein solcher zusätzlicher Abtransport von Wärme durch die Ventilatoreinrichtung erfolgen.
- Die erfindungsgemäßen Klimaboxen werden beispielsweise in Anlagen zur Temperaturregulierung von Rechenzentren bzw. Serveranlagen eingesetzt. Dabei werden die 3 verschiedenen oben bereits erläuterten Betriebszustände durchlaufen. Bei sehr hohen Temperaturen wird die gesamte Anlage in der Betriebsweise aktive Kühlung betrieben. In diesem Fall ist der Wärmetauscher in der Betriebsposition angeordnet, wobei sämtliche Luft durch den Wärmetauscher strömt und dort gekühlt wird. Bei etwas niedrigeren Temperaturen erfolgt ein Mischbetrieb aus aktiver Kühlung und direkter Kühlung, d.h. nur ein Teil des gesamt Luftstromes wird über den Wärmetauscher geführt, ein anderer Teil des Luftstromes wird außerhalb der Klimabox dem gekühlten Luftstrom zugemischt. Bei diesem Luftstrom muss sich beispielsweise um Außenluft handeln oder um Umluft aus der Gesamtanlage. In der dritten Betriebsweise der direkten freien Kühlung wird die Anlage ausschließlich mit Außenluft gekühlt. In diesem Betriebszustand befindet sich der Wärmetauscher in Ruheposition und die Klimabox kann ungehindert vom Luftstrom durchströmt werden.
- Es gibt in diesem Fall also zwei Betriebszustände, bei denen der Wärmetauscher im Betriebszustand durchströmt wird und einen Zustand, in dem der Wärmetauscher aus dem Luftstrom geklappt ist und nicht durchströmt wird. Hierdurch können, wie oben erläutert, die luftseitigen Druckverluste deutlich reduziert werden.
- Die erfindungsgemäße Mischbox lässt sich beispielsweise als Teil eines Klimagerätes oder als Klimagerät verwenden. Die Klimabox wird dabei zur Kühlung von Rechenzentren, Servern, Rechnern oder Serveranlagen sowie Server-Racks verwendet. Es ist auch möglich die erfindungsgemäße Klimabox mit einer Mischbox zu kombinieren, die eine weitere Optimierung der Betriebszustände erlaubt. Eine solche Mischbox weißt beispielsweise verschiedene Klappen, nämlich eine Außenluftklappe, eine Umluftklappe und eine Mischluftklappe auf, die eine gezielte Mischung verschieden temperierter Luftströme erlaubt. Eine solche Mischbox ist beschrieben in der Europäischen Patentanmeldung
, auf die hiermit Bezug genommen wird. Die Kombination einer Klimabox mit dieser Mischbox für eine direkte freie Kühlung ist somit ebenfalls Teil der Anmeldung.09 005 824.9 - Nachstehend wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels beschrieben, das schematisch in der Zeichnung dargestellt ist. Dabei ist:
- Fig. 1a
- eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Klimabox mit Wärmetauscher im Betriebszustand;
- Fig. 1b
- den Luftstrom in der Klimabox aus
Fig. 1a - Fig. 1c
- eine perspektivische Ansicht der Klimabox aus
Fig.1a ; - Fig. 2a
- eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Klimabox mit Wärmetauscher in Ruheposition;
- Fig. 2b
- den Luftstrom in der Klimabox aus
Fig. 2a - Fig. 2c
- eine perspektivische Ansicht der Klimabox aus
Fig. 2a . -
Fig.1a zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Klimabox 1, mit einem Wärmetauscher 9 in Betriebsposition. Die von der Oberseite der Klimabox einströmende Luft, die inFig. 1 b durch Pfeile gekennzeichnet ist, wird entsprechend vollständig durch den Wärmetauscher 9 zum Boden 8 der Klimabox transportiert. Der Wärmetauscher 9 ist an seinem unteren Ende mit einem Gelenk 2 verbunden, das als Drehpunkt dient. Der Drehpunkt kann in anderen nicht gezeigten Ausführungen auch an anderer Stelle entlang des Wärmetauschers angeordnet sein. An seinem oberen Ende ist der Wärmetauscher 9 durch einen oberen Rahmen 2, gegen den er lehnt, begrenzt. Parallel zum Wärmetauscher 9 verläuft eine seitliche Abdichtung 5, die an der nicht dargestellten vorderen Seitenwand befestigt ist. Durch die seitliche Abdichtung 5, den oberen Rahmen 2 und eine Dichtrinne 6 am Boden ist sichergestellt, dass der Luftstrom nicht seitlich oder ober- oder unterhalb am Wärmetauscher vorbeigeführt werden kann. Der Boden 8 ist offen gestaltet, so dass die Luft ungehindert durchströmen kann. Im oberen Bereich der Klimabox 1 ist ein Elektrokasten 7 angeordnet, der zur Steuerung und Regelung der Klimabox dient. -
Fig. 1 c zeigt die perspektivische Ansicht. Dabei ist zu erkennen, dass sich der Wärmetauscher 9 über die gesamte Breite der Klimabox erstreckt und etwa diagonal die zwei sich gegenüberliegenden Ecken miteinander verbindet. Im unteren Bereich liegt der Wärmetauscher 9 an der Dichtrinne 6 an. - In
Fig. 2a ist die Klimabox mit Wärmetauscher 9 im Ruhezustand gezeigt. Der Wärmetauscher 9 ist dabei parallel zur Seitenwand 4 angeordnet und steht auf der Schiene 3, die sich im Boden der Klimabox befindet. Entsprechend strömt die Luft, wie inFig. 2b zu sehen, von der Oberseite der Klimabox zum Boden 8 der Klimabox ohne durch den Wärmetauscher zu strömen. Der Wärmetauscher 9 erstreckt sich dabei fast vom Boden 8 bis zur Oberseite der Klimabox 1. - In
Fig. 2c ist zu erkennen, dass die seitliche Dichtung 5 lediglich an den beiden kurzen Seitenwänden angeordnet ist und sich nicht über die gesamte Breite, sowie der Wärmetauscher 9, erstreckt. -
- 1
- Klimabox
- 2
- oberer Rahmen
- 3
- Schiene
- 4
- Seitenwand
- 5
- seitliche Abdichtung
- 6
- Dichtrinne
- 7
- Elektrokasten
- 8
- Boden
- 9
- Wärmetauscher
- 10
- Drehpunkt
Claims (8)
- Klimabox (1) zur Temperaturregelung durch die mindestens ein Luftstrom leitbar ist und die mindestens einen Wärmetauscher (9) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (9) beweglich in der Klimabox (1) angeordnet ist und um einen Drehpunkt (10) zwischen mindestens einer Betriebsposition und einer Ruheposition bewegbar ist.
- Klimabox (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (9) in der Betriebsposition so in der Klimabox (1) angeordnet ist, dass der gesamte Luftstrom, der durch die Klimabox (1) geleitet wird, durch den Wärmetauscher (9) geleitet wird.
- Klimabox (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (9) in der Ruheposition so in der Klimabox (1) angeordnet ist, dass der Luftstrom vollständig am Wärmetauscher (9) vorbeigeführt wird.
- Klimabox (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (9) in der Ruheposition senkrecht zum Boden (8) und parallel zur Seitenwand (4) der Klimabox (1) angeordnet ist.
- Klimabox nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Höhe des Wärmetauschers (9) der Höhe der Klimabox (1) entspricht.
- Klimabox (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (9) im Betriebszustand entlang einer Diagonalen zwischen zwei sich gegenüberliegenden Ecken der Klimabox (1) angeordnet ist.
- Klimabox (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (9) ein Verdampfer oder Kühler ist.
- Verfahren zum Betrieb einer Anlage zur Temperaturregulierung mit einer Klimabox gemäß einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftstroma. in einem ersten Betriebszustand der aktiven Kühlung durch die Klimabox (1) mit Wärmetauscher (9) in Betriebsposition geführt wird,b. in einem zweiten Betriebszustand des Mischbetrieb der Luftstrom durch die Klimabox (1) mit Wärmetauscher (9) in Betriebsposition geführt wird undc. in einem dritten Betriebszustand der Luftstrom durch die die Klimabox (1) mit Wärmetauscher (9) in Ruheposition geführt wird.
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