JPH05302371A - 放熱制御装置 - Google Patents
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Abstract
の広い範囲で放熱性の制御が効率的に行える放熱制御装
置を提供する。 【構成】 高温空間と低温空間の間に配置され、気密空
間12内に、微粉末シリカなどからなり、連続気孔を有
する多孔体20が充填された放熱制御体10と、この放
熱制御体10の気密空間12に気体を供給排出する真空
ポンプ34や吸排気配管30などからなる吸排気手段と
を備えている。
Description
し、詳しくは、建築構造の室内空間と室外空間、各種機
械装置の発熱部と外部空間など、隣接する空間の間で熱
の移動すなわち高温空間から低温空間への放熱が行われ
る場合に、その放熱量を制御するための装置に関するも
のである。
暖房したり冷房したりしている時には、室内の熱エネル
ギーあるいは冷熱エネルギーが、室外に出来るだけ逃げ
ないようにしなければならない。そのため、室内と室外
を仕切る壁や床あるいは天井などの、いわゆる壁体構造
は、出来るだけ断熱性の良好な構造にしておく。すなわ
ち、室内空間と室外空間の間における高温空間から低温
空間への放熱が出来るだけ少ない状態にしておくのであ
る。
わなくても良い状態で、室内空間で加熱調理を行った
り、発熱量の多い機械装置などを作動させている場合な
どは、室内空間に熱がこもらないように、高温の室内空
間から低温の室外空間への放熱を良好にしておく必要が
ある。この場合には、壁体構造として、出来るだけ放熱
性のよい構造が望まれる。また、太陽熱で室内を温めよ
うとする場合には、室外空間から室内空間への熱の供給
が効率的に行われるように、やはり、壁体構造の放熱性
を高めておくのが好ましいことになる。
は、状況によって、高い放熱性が要求されたり、逆に、
低い放熱性が要求されたりする場合がある。そのため、
壁体構造を単純に、断熱性材料あるいは高放熱性材料で
構成していると、前記したように逆の性質が要求される
場合に、十分に対応できないことになる。そこで、同じ
壁体構造で、状況に合わせて、その放熱性を制御できる
ようにしておくことが要求される。
して、例えば、窓に対してカーテンを取り付けておく方
法がある。カーテンを閉めた状態では、カーテンと窓ガ
ラスの間に存在する空気層が良好な断熱材として機能す
るので、断熱性の高いすなわち放熱性の低い壁体構造と
なる。しかし、カーテンを開ければ、窓ガラスのみで室
内空間と室外空間が仕切られるので、放熱性が高くな
る。カーテンと同様の機能を有する構造として、障子や
シャッターなどもある。
は、建築物の壁体構造だけではない。例えば、近年、省
エネあるいは電力の平準化を目的として、各種蓄熱装置
の利用が増加しているが、このような蓄熱装置において
は、熱源から外部空間への放熱量を自由に制御できるよ
うにしておく必要がある。すなわち、熱を蓄える段階で
は、熱源から外部空間への放熱を遮断しておき、蓄えら
れた熱を暖房などに利用する段階では、熱源から外部空
間への放熱性を良好にしておく必要がある。その他、各
種機械装置においても、高温空間と低温空間との間で、
熱の移動すなわち放熱性を、高くしたり低くしたり、自
由に制御することが要求される場合がある。
は、例えば、高温空間と低温空間の間に存在する温度境
界層を気流や水流等で強制的に攪乱することによって伝
熱性すなわち放熱性を高めるとともに、この気流や水流
等の強さを調整することによって放熱性を制御すること
が考えられる。また、金属等の熱伝導率の高い材料を熱
源あるいは冷熱源に接触させ、熱や冷熱を強制的にリー
クさせて放熱性を高めるとともに、この金属等の接触あ
るいは非接触を操作して、放熱性を制御することも考え
られている。これらの方法では、放熱性の制御を、強制
対流と自然対流との状態変更、あるいは、熱リークの有
無などで行っていることになる。
な従来における放熱性の制御方法では、放熱性の制御を
効率的に行うことができないという問題があった。すな
わち、例えば、前記した建築物の窓にカーテンを取り付
けておく方法では、カーテンを開けた状態での放熱性は
良好であるが、カーテンを閉めても、カーテンと窓ガラ
スの間に空気層が存在するだけでは、完全な断熱性は望
めない。
熱材を用いればよいが、断熱材自体の伝熱特性は一定で
あるから、この断熱材の表面で、前記した気流や水流の
供給、熱伝導材料の接触などを行っても、全体の放熱性
を大きく変化させることは不可能である。このように、
従来の方法では、ある程度の放熱性を有する状態で、そ
の放熱性を制御するのは可能であっても、放熱性が極め
て少ない状態すなわちほぼ完全な断熱状態と、放熱性の
良好な状態との間の広い範囲で放熱性を制御することは
不可能であった。
が効率的に行えるとともに、特に、高度の断熱状態から
放熱性の良好な状態までの広い範囲で放熱性の制御が行
える放熱制御装置を提供することにある。
の発明にかかる放熱制御装置は、高温空間と低温空間の
間に配置され、気密空間内に連続気孔を有する多孔体が
充填された放熱制御体と、この放熱制御体の気密空間に
気体を供給排出する吸排気手段とを備えている。
内空間と室外空間、蓄熱装置の熱源と外部空間など、温
度差があって、相互の間で熱の移動すなわち放熱を行わ
せたり、放熱を遮断したりする必要のある空間であれ
ば、任意の構造空間に適用できる。放熱制御体は、上記
のような高温空間と低温空間とを仕切る境界部分に配置
される。放熱制御体は、高温空間と低温空間の仕切りと
して板状あるいは壁状に形成されていてもよいし、放熱
制御体が容器状あるいは箱状をなし、その内側と外側に
高温空間および低温空間がそれぞれ配置されるようにな
っていてもよい。さらに、高温空間と低温空間の境界の
うち、大部分を断熱壁で構成し、一部のみを放熱制御体
で構成しておくこともできる。
の気密空間内に連続気孔を有する多孔体が充填されてい
る。気密空間とは、その中に導入する気体が漏れないよ
うな気密状態を構成できる構造であればよく、気密空間
の外壁は、気密性の金属、合成樹脂その他の材料で、容
器状、箱状あるいは袋状に形成されている。気密空間の
外壁材料としては、隣接する高温空間あるいは低温空間
の温度環境に耐えることが必要であり、温度環境に合わ
せて、適当な材料が選択される。具体的には、剛性材料
としては、アルミニウム、ステンレス鋼、亜鉛メッキ鋼
のように、気密構造が作製し易く、腐食しにくい材料が
好ましい。気密空間の外壁を構成する材料として、袋体
を用いる場合、つぎの材料が好ましい。すなわち、ポリ
エチレン、ポリプロピレン等からなる熱融着性プラスチ
ック層と、ポリエチレンテレフタレート、延伸ポリアミ
ド、延伸ポリプロピレン等の表面保護プラスチック層と
の間に、ポリ塩化ビニリデン、ポリエチレンビニルアル
コール、アルミニウム蒸着ポリエステル、アルミニウム
箔などの気体非透過性(ガスバリヤ性)のプラスチック
層や金属層を介在させたラミネート形態のフィルムまた
はシートが用いられる。
全体に微細な連続気孔が形成されるような構造であれば
よい。具体的には、例えば、微粉末材料を気密空間に充
填しておけばよい。微粉末としては、乾式製法あるいは
湿式製法で製造された微粒子シリカ、コロイダルゾルの
乾燥物、エアロゲル、ポリケイ酸、あるいはこれらの表
面に凝集防止処理を施したもの等が挙げられる。
は処理後の粒径)は、1〜20nmの範囲であることが好
ましい。以下、この1〜20nmの範囲にある微粉末を
「超微粉末A」という。発明者らは、このような超微粉
末Aを用いた多孔体からなる優れた断熱材を、特願昭6
3−12826号として提案している。微粉末に施す凝
集防止処理としては、例えば、粒子表面のシラノール基
のOHに結合して水素結合の生起を妨げるようにするも
の、粒子同士に反発性をもたせて、直接的に粒子の凝集
を防止するもの等が好ましい。具体例としては、有機シ
ラン化合物、例えば、トリメチルメトキシシラン、ジメ
チルエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン等のア
ルコキシシラン化合物、ジメチルクロロシラン、トリメ
チルクロロシラン、トリフェニルクロロシラン等のクロ
ロシラン化合物、ヘキサメチルジシラザン、ジメチルト
リメチルアミン等のシラザン化合物が挙げられるが、こ
れらに限定されるものではない。
のある微粉末(以下、「微粉末B」という)を一緒に用
いてもよい。この微粉末Bは、1次粒子が超微粉末Aの
それと比べて大きく、粒径は20〜10000nmの範囲
がよく、また、熱放射率が大きいもの、特に、波長3μ
m以上の赤外領域での熱放射率が0.8以上のものが好
ましい。
シラスバルーンの微粉砕物、スス、コージェライト、粘
土等の無機層状化合物、ケイソウ土、ケイ酸カルシウ
ム、カーボンブラック、SiC、TiO2 、ZrO、C
rO2 、Fe3 O4 、CuS、CuO、MnO2 、Si
O2 、Al2 O3 、CoO、Li2 O、CaO等の微粉
末が挙げられる。
持する必要がある場合には、気密空間の外壁などを通し
て外部から侵入する微量のガスを吸着するゲッター剤を
混入しておいてもよい。ゲッター剤としては、活性炭、
合成ゼオライト等のシリカアルミナ系吸着剤、粘土層間
架橋体等の高性能吸着剤が挙げられる。多孔体として
は、上記のような微粉末をそのまま気密空間に充填して
おいてもよいが、微粉末をボード状に圧縮成形し、この
ボード状多孔体を用いれば、取り扱い易く、形状維持性
も良好になる。
け、この吸排気口につながる吸排気配管を、真空ポンプ
等の吸排気装置に連結しておく。この吸排気装置の駆動
によって、気密空間に、気体を送り込んで満たしたり、
気密空間から気体を排出して、気密空間を真空状態にす
ることができる。吸排気装置は、気密空間内の圧力を、
100torr以下、好ましくは10torr以下程度の真空状
態に維持できる排気能力を備えたものを用いる。
ば、気密空間内の多孔体を構成する微粉末が、外部に逃
げだすのを阻止できる。通気性フィルタの代わりに、多
孔体すなわち微粉末の全体を、通気性の袋で包んでおい
ても、同様の機能が発揮できる。この通気性袋の材料と
しては、排気時に損傷し難いものが適切であり、例え
ば、ポリエステル不織布、ガラス繊維不織布、セラミッ
ク繊維不織布、および、それらのフェルト状材料などが
挙げられる。多孔体が、全体でひとつの固体物であった
り、ある程度の大きさの塊からなるものであれば、通気
性フィルタを設けなくても、吸排気口から逃げだすこと
はない。
空気のほか、フロンガス、CO2 ガス、アルゴンガス等
が用いられ、高温環境で発火したり爆発する危険性がな
く、漏れた場合にも毒性のないような安全性の高いガス
が好ましい。放熱制御体を、比較的放熱性の低い断熱状
態で使用することが多い場合には、気体として熱伝導率
の低いものを用いるのが好ましい。逆に、気体の熱伝導
率が高ければ、放熱性が非常に高い状態にも設定するこ
とが可能になる。
配管を大気中に開放しておき、吸排気装置で、気密空間
に大気を取り込んだり、気密空間の空気を大気に放出し
たりしてもよい。気体として空気以外のガスを用いる場
合は、気密空間に気体を導入しない状態で、気体を保存
しておける気体貯蔵容器を備えておくのが好ましい。気
体貯蔵容器は、通常の気体保存用ボンベやタンク、袋な
どの容器と同様の構造でよい。
るには、圧力センサや温度センサ、あるいは、吸排気装
置の自動制御装置を組み込むことが有効である。この発
明の放熱制御装置は、前記した建築物の室内外を仕切る
壁体構造や、熱源を備えた機械装置の、熱源と外部空間
とを仕切る壁構造、蓄熱装置の外壁構造など、放熱性の
高い状態と低い状態の両方の状態を、必要に応じて切り
換え調整することが必要とされる各種用途に利用でき
る。
しておくと、両空間の間における伝熱性あるいは放熱性
は、放熱制御体の放熱性によって決まる。放熱制御体の
気密空間に、連続気孔を有する多孔体を充填した状態
で、気密空間の気体を排出してしまうと、多孔体の連続
気孔が真空状態になる。真空部分では伝熱は全く行われ
ず、多孔体自体の伝熱性も低いので、放熱制御体の放熱
性は極めて低い状態になる。言い換えると、高度な断熱
性を示すことになる。
と、気密空間の真空度が低下する。真空度がわずかでも
変化すると、熱の伝導性はきわめて敏感に変化するの
で、放熱制御体の伝熱性も大きく変化する。すなわち、
気密空間の真空度の調整すなわち気密空間に送り込む気
体の量を調整することによって、同じ放熱制御体を、極
めて放熱性の低い状態から、より放熱性の良好な状態ま
で、放熱性を自由に制御できることになる。気体の吸排
気は、真空ポンプ等で迅速かつ精密に制御できるので、
放熱制御体の放熱性を、必要に応じて迅速かつ正確に制
御することが可能である。このようにして気密空間の真
空度を制御すれば、放熱性の低い状態と放熱性の高い状
態で、放熱制御体の熱伝導率を例えば4〜5倍も広い幅
で変化させることが可能になる。
部分がないので、放熱制御体を、建築物の壁体構造や機
械装置の内部に埋め込んでおいたり、一体化させておい
たりすることができ、建築物や機械装置などの任意の構
造部分に放熱制御体を組み込んで、その部分の放熱性を
制御することができる。連続気孔を有する多孔体が、微
粉末シリカを圧縮成形してなる多孔体であれば、多孔体
の空隙率が非常に高く、前記した真空状態における断熱
性を非常に高くできるとともに、多孔体が剛性あるいは
機械的強度を備えることになるので、使用中に気密空間
内の空隙率に部分的な偏りが生じることがなく、また、
気密空間の外壁材料の強度がそれほど要求されないの
で、構造の簡略化を図ることができる。
がら以下に説明する。図1は、放熱制御装置の全体構造
を表している。放熱制御体10は、概略板状をなしてい
る。放熱制御体10は、外壁がステンレス鋼などで構成
され、その内部は気密空間12となっている。気密空間
12には、微粉末シリカを圧縮成形したものなどからな
り、連続気孔を有する多孔体20が充填されている。気
密空間12の一端に、吸排気口14が設けられ、吸排気
口14には吸排気配管30が連結されている。吸排気口
14の内側には、通気性フィルタ16が取り付けられて
いて、気体だけを通過させて、内部の多孔体20を構成
する微粉末などが逃げださないようにしている。
て、通常の真空ポンプからなる気体搬送ポンプ34の一
端に連結されている。気体搬送ポンプ34の他端は、配
管を経て気体貯蔵容器40に連結されている。気体貯蔵
容器40には、フロンガスなどの気体が貯蔵されてい
る。このような放熱制御装置で、放熱制御体10を、高
温の熱源Hと外部空間Oの間に配置しておく。気体搬送
ポンプ34を作動させて、放熱制御体10の気密空間1
2を排気すれば、気密空間12内は、ほぼ完全な真空状
態になり、気体は全て気体貯蔵容器40に送られる。気
密空間12が真空状態であれば、放熱制御体10の放熱
性は極めて低いものとなり、放熱制御体10は良好な断
熱材として機能する。したがって、熱源Hからの放熱
は、放熱制御体10で遮断され、外部空間Oに熱が逃げ
ることがない。
は、気体搬送ポンプ34を作動させて、放熱制御体10
の気密空間12に気体を送り込む。気密空間12の真空
度が下がれば、放熱制御体10の放熱性が高まるので、
熱源Hの熱は放熱制御体10を経て外部空間Oに伝わる
ことになる。図2は、上記ような構造の放熱制御装置
を、建築物の床暖房設備に組み込んだ状態を表してい
る。床材50の下方で柱材52の間の空間に、上方か
ら、放熱制御体10、蓄熱材54、ヒータ56、蓄熱材
54を順番に積み重ねて配置している。さらに、その下
には断熱材58が施工されている。放熱制御体10に
は、吸排気配管30を経て気体搬送ポンプなどが接続さ
れているが、前記図1と同様の構造であるので、図示を
省略している。
に熱を蓄えた状態で、放熱制御体10の放熱性を調整制
御する。放熱制御体10の放熱性を高くしておけば、蓄
熱材54から床材50の上に室内空間に、熱が良好に伝
わり、室内を暖房することができる。放熱制御体10の
放熱性を低くしておけば、蓄熱材54から室内空間への
熱の伝達が少なくなるので、室内の暖房を弱くしたり、
暖房を遮断したりすることができる。
御することによって、室内空間の暖房の強さを自由に調
整できることになる。この場合、ヒータ56の発熱量や
蓄熱材54の温度自体とは関係なく、室内空間の暖房を
制御できる。このような構造であれば、例えば、深夜電
力などを利用してヒータ56を発熱させ、蓄熱材54に
熱エネルギーを蓄えておくとともに、昼間は、ヒータ5
6を止めて、放熱制御体10による暖房の制御のみを行
うことも可能であり、暖房コストの低減あるいは電気エ
ネルギーおよび熱エネルギーの有効利用を図ることがで
きる。
容器を用いず、気体として大気を用いている。放熱制御
体10につながる吸排気配管30の途中に、大気中に開
放された吸気口38と真空ポンプ34側への接続を切り
換える切換バルブ36を備えている。真空ポンプ34に
は、大気に開放された排気口39を備えている。この実
施例では、放熱制御体10の放熱性を下げるには、切換
バルブ36を、気密空間12と真空ポンプ34をつなぐ
状態に切り換えて、真空ポンプ34を作動させ、気密空
間12内の空気を排出して、排気口39から大気中に放
出する。放熱制御体10の放熱性を高めるには、切換バ
ルブ36を、気密空間12と吸気口38がつながる状態
にする。気密空間12が真空状態であれば、吸気口38
からは自然に大気が流入して、気密空間12の真空度が
下がり、放熱制御体10の放熱性が高くなる。
を表している。この実施例では、ポリエステル不織布な
どからなる通気性袋24の内部に、微粉末の圧縮成形体
22を封入して、多孔体20を構成している。そして、
この通気性袋24すなわち多孔体20を、気密容器状を
なす放熱制御体10の気密空間12に収容している。し
たがって、多孔体20を取り扱うときには、通気性袋2
4のままで取り扱うことができるので、微粉末が飛び散
ったり、圧縮成形体22が欠けたり損傷したりする心配
がなく、放熱制御体10の気密空間12に多孔体20を
出し入れする作業を行い易い。
する。 −実施例1− 微粉末として、ジメチルジクロロシランで表面処理され
た超微粒子乾式シリカ(一次粒径6nm)を用意し、この
微粉末を、ポリエステル不織布からなる通気性シートで
作製された袋に充填し、プレス成形して、嵩密度210
kg/m3 、厚さ5mmの板状をなす多孔体を得た。PET/
アルミ箔/LLDPEの3層構成からなるガスバリヤ性
シートで作製され、一部に吸排気口を設けた袋に、前記
板状多孔体を収容し、袋をヒートシールして密封した。
これが、放熱制御体となる。
気配管には、封止バルブ、小型真空ポンプ、リークバル
ブ、圧力計などを取り付けた。この吸排気系は、前記図
3に示したものと同様の構造である。したがって、気体
としては空気を用い、気体貯蔵容器を用いていない。こ
の放熱制御装置を、前記図2に示したような、蓄熱暖房
システムに組み込んで、評価試験を行ったところ、熱源
から室内空間への放熱制御が良好に行えることが確かめ
られた。
次粒径8nm)を用い、、この微粉末を、実施例1と同様
の通気性袋に収容した。得られた多孔体の嵩密度は22
0kg/m3 、厚さ5 mmであった。この多孔体を用いて、実
施例1と同様に、放熱制御体を作製した。
の吸排気系を取り付けた。すなわち、吸排気系には、気
体搬送ポンプ、封止バルブ、気体貯蔵容器などが備えら
れている。気体貯蔵容器には、前記多孔体を製造すると
きに用いた通気性袋と同じ材料で袋を作製して、気体貯
蔵容器とした。この放熱制御装置を、前記図2に示した
ような、蓄熱暖房システムに組み込んで、評価試験を行
ったところ、実施例1と同様に優れた評価が得られた。
御装置は、連続気孔を有する多孔体が充填された気密空
間の真空度を変えることによって、気密空間すなわち放
熱制御体の放熱性を、高度な断熱状態から放熱性の高い
状態まで、広い範囲にわたって放熱性を自由に制御する
ことができる。
状態にしておけば、従来の各種断熱材では到底得られな
いほど、高い断熱性を発揮することができ、不必要な放
熱を完全に遮断して、蓄熱装置などにおける熱エネルギ
ーの損失を大幅に減らして、省エネルギーあるいは稼働
コストの低減に大きく貢献することが可能になる。しか
も、放熱制御体には、複雑な機構部分や操作部分がない
ので、放熱制御体を、建築物や機械装置の任意の構造部
分に組み込んで使用することが可能であり、放熱制御が
必要とされる多くの用途あるいは技術分野で利用するこ
とができる。
末シリカを圧縮成形してなる多孔体であれば、高度な断
熱状態が実現できるとともに、気密空間の外壁構造とと
もに多孔体でも放熱制御体の構造強度を負担することが
できるので、気密空間の構造を簡略化することが可能に
なる。
構造図
態の断面図
(a) および多孔体を組み込んだ放熱制御体の断面図(b)
Claims (2)
- 【請求項1】 高温空間と低温空間の間に配置され、気
密空間内に連続気孔を有する多孔体が充填された放熱制
御体と、この放熱制御体の気密空間に気体を供給排出す
る吸排気手段とを備えている放熱制御装置。 - 【請求項2】 請求項1の装置において、連続気孔を有
する多孔体が、微粉末シリカを圧縮成形してなる多孔体
である放熱制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4104994A JPH05302371A (ja) | 1992-04-23 | 1992-04-23 | 放熱制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4104994A JPH05302371A (ja) | 1992-04-23 | 1992-04-23 | 放熱制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05302371A true JPH05302371A (ja) | 1993-11-16 |
Family
ID=14395655
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4104994A Pending JPH05302371A (ja) | 1992-04-23 | 1992-04-23 | 放熱制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05302371A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102016007687A1 (de) | 2015-06-30 | 2017-01-05 | Fanuc Corporation | Wellenformanzeigevorrichtung zum Anzeigen einer Schwingungsperiode durch Umsetzen derselben in eine Länge auf einer bearbeiteten Oberfläche |
| KR20190097690A (ko) * | 2018-02-13 | 2019-08-21 | 호서대학교 산학협력단 | 내부식 방열 도료 및 그 제조 방법 |
| JP2022508995A (ja) * | 2018-09-19 | 2022-01-20 | アールト ユニバーシティ ファンデーション エスアール | 木製フレーム付き建築要素を製造する方法、木製フレーム付き建築要素、および建築要素システム |
-
1992
- 1992-04-23 JP JP4104994A patent/JPH05302371A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102016007687A1 (de) | 2015-06-30 | 2017-01-05 | Fanuc Corporation | Wellenformanzeigevorrichtung zum Anzeigen einer Schwingungsperiode durch Umsetzen derselben in eine Länge auf einer bearbeiteten Oberfläche |
| KR20190097690A (ko) * | 2018-02-13 | 2019-08-21 | 호서대학교 산학협력단 | 내부식 방열 도료 및 그 제조 방법 |
| JP2022508995A (ja) * | 2018-09-19 | 2022-01-20 | アールト ユニバーシティ ファンデーション エスアール | 木製フレーム付き建築要素を製造する方法、木製フレーム付き建築要素、および建築要素システム |
| US12054939B2 (en) | 2018-09-19 | 2024-08-06 | Aalto University Foundation Sr | Method for manufacturing building element with wooden frame, building element with wooden frame, and building element system |
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