Rabtherm GmbH

Rabtherm AG

Rabtherm®2005

Wärmenutzung aus Abwasser

Abwasser, die ungenutzte EnergiequelleEine ökologisch sinnvolle Alternative zur Wärmeenergieversorgung in Städten und Agglomerationen.

Dipl.-Ing. Urs Studer

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• IdeeZielsetzungWichtige Faktoren System

• Technik Leistungen

• KostenWirtschaftlichkeitRisiken

• Ökologie • Markt• Erfahrungen• Planungsablauf

Einsatzmöglichkeiten• Ausblick

Inhalt

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Vision: Abdeckung des Wärme-marktes erneuerbarer Energien zu 25-30%

Vision

RABTHERM steht für Rohabwasser-Wärmenutzung

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Patente

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Patente

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Patente

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Ziel-setzung

• Robustes, einfach zu installierendes, patentierbares System

• Lange Lebensdauer• Anwendbar in bestehenden

und neuen Kanälen• Wirtschaftlich und ökologisch

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• Was verlangt der Energiemarkt?Wirtschaftliche Systeme

• Wie entwickeln sich andere Technologien?Solar, Wind, BHKW, Brennstoffzellen → Ergänzungen

• Einfluss der PolitikEnergiepreiszuschläge, Ökosteuern/ Fördermittel

• StrompreiseSinkend

• Öl-/ GaspreiseTendenz steigend

Trends

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Trends• Energiepreiszuschläge

Teilweise realisiert• Fördermittel

30 – 70 %• Entwicklung der Abwassersysteme

Trennsysteme• Wie entwickelt sich der Wärmemarkt,

die Fernwärmeversorgung bei stetig abnehmendem Wärmebedarf?Regional > wenig ZukunftNahwärme > i. O.

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Probleme / Hindernisse

Wichtige Faktoren • Wirtschaftlichkeit / Ökologie

• Beeinträchtigung der biologischen Reinigungsstufe in der ARA

• Einbauten im Abwasserkanal → Verschmutzung → Reinigung

• Lebensdauer→ Korrosion→ Erosion / Abrieb→ Kanalreinigung

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Bild

SystemWasserkreis-

lauf

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Jahresverlauf Luft- u.

Abwasser-Temperaturen

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Funktionsprinzip des Wärmenutzungssystems Rabtherm®

Technik

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Vorlauf / Rücklauf / Zwischenmedium

Wärmetauscher Halbschale

Abwasser

Abwasserkanal

Technik

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Mittlere Abwassertemperatur übers Jahr 15°C• max. 20° in Wohngebieten• min. 10° in Wohngebieten

Erreichbare Vorlauftemperatur mit WP: 65°C max. 70°C

Wärmetauscherelemente• Wärmetauscher: Rostfr. St. 45.71• Elementlänge: 2 – 3 m• Min. wirtschaftliche Gesamtlänge: 20 m• Lebensdauer / -erwartung: 50 Jahre

Zwischenmediumsleitungen: Kunststoff PE + Steckmuffenverbindungen

Strenge Qualitätssicherungskriterien haben Einfluss auf:• Material / Verbindungstechnik / Schweisstechnik• Konstruktion• Herstellung (Dichtheit)• Montage, Einbau

Technik

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Kriterien Kriterien für einen optimalen Einsatz von Rabtherm-Systemen:

• Abwasserkanal min. ø (500) – 800 mm• Abwassermenge durchschnittlich min. 15 l/s• Wärmetauscherlängen min. 20- max. 200 m• Min. anzuschliessende Verbraucher: 100 kW• Abstand Kanal zum Verbraucher max. 200 m

(bebaut), 300 m (unbebaut)• Heizungs-Vorlauftemperatur (Nutzer) max.

70°C

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Energie-System • Das RABTHERM® - System erzeugt pro

m2 Wärmetauscher ca. 3 - 7 kW nutzbare Wärme, umweltschonend mit zum grossen Teil erneuerbarer Energie

• Mit dem RABTHERM® - System wird eine entscheidende Verbesserung an Luftqualität erreicht, sowie eine massive Einsparung an Primärenergie

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Wärme-tauscher

• Die Abwasserrinne wird aus bis zu 3 m langen Wärmetauscherelementen zusammengesetzt. Durch den Wärme-tauscher fliesst Wasser von und zur Wärmepumpe. Im Wärmetauscher wird das Wasser um ca. 4º C aufgeheizt.

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Wärme-tauscher

• Der Wärmetauscher ist im Abwasser-kanal einbetoniert und soll eine Lebens-dauer von mindestens 50 Jahren haben. Korrosion, Erosion/ Abrieb, Dichtheit, Kanalunterhalt und -reinigung sind einige Faktoren, die bei den strengen Qualitätssicherungskriterien entschei-denden Einfluss haben auf Material-wahl, Konstruktion, Herstellung (Schweissen) und Montage/ Einbau.Parallel zur Qualitätssicherung sind auch alle möglichen Schadenbehe-bungsszenarien nach dem Prinzip „Feststellen-Finden-Beheben“ aufgestellt worden.

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Wärme-tauscher

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Einbau-möglich-

keiten

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Kanalisa-tionsrohr

Rabtherm® Leverkusen

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Kanalisa-tionsrohr

Rabtherm® Leverkusen

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Kanalisa-tionsrohr

Rabtherm® Wülflingen

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Kanalisa-tionsrohr

Rabtherm® Wülflingen

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Rabtherm® Singen

Kanalisa-tionsrohr

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Kanalisa-tionsrohr

Rabtherm® Singen

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Kanalisa-tionsrohr

Pilotprojekt Wärmeverbund Wipkingen

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Leistung Entzugsleistung abhängig von:• Wassermenge

• Wassergeschwindigkeit

• Gefälle im Kanal

• Verschmutzung (Sielhaut)

ca. 2-5 kW / m2 WT

Nutzbare Leistung nach WP 3-7 kW /m2 WT

entspricht ø ca. 1.8 - 8.4 kW/mWT

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Leistung • Aus 1m³ Abwasser (entspricht dem Inhalt von 5 Badewannen) gewinnt der Wärmetauscher ca. 2,3 kWh Energie

• Um 1 kWh zu erzeugen sind 420 l Abwasser nötig

• Um 100 Wohnungen zu beheizen benötigt man das Abwasser von ca. 250 bis 300 Wohnungen

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Leistungs-diagramm

Rabtherm® Wülflingen

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Leistungs-diagramm

Rabtherm® Leverkusen

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Gas / Öl 3430 MWh/a Kessel3990 kW

Nutzenergie Kessel3150 MWh/a

el. Antriebsenergie1500 MWh/a

Rabt

herm

WT

Ent

zung

slei

stun

g31

50 M

Wh/

a

847

k W

EWP1250 kWCOP 3,1

Nutzenergie WP4650 MWh/a

Verluste Kessel 274 MWh/a

Stro

m H

ilfsa

ntrie

be21

0 M

Wh/

a

Verluste Fernleitungen153 MWh/a

Verbraucher 7653 MWh/a

Um

wäl

zpum

pe30

kW

Energie-flußbild

Bsp.: Zürich-Wipkingen

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Abhängig in starkem Maß von denStromkosten, Fernwärmeleitungslängen

• ca. Fr. 500-750 / € 330-500 pro kW angeschlossene Nutzleistung

• das entspricht ca. Fr. 1800-2500 / € 1170-1620 pro angeschlossene Wohneinheit

• Wärmetauscher: Fr. 1600-2200 / € 1050-1450 pro m WT inkl. Zwischenmediums-leitungen u. Einbau

Kosten

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Rabtherm® Spezifische Kosten(neuer Kanal, nur Wärmeerzeugung)

KostenVariante mWT

kW WP2060

80240

120360

200 600

Min Max Min Max Min Max Min Max

Fr./ Wohneinheit 2‘330 3‘660 1‘800 2‘530 1‘730 2‘360 1‘730 2‘260

Wärmeangebot (Fr./ kW)

700 1‘100 540 760 520 710 520 680

Fr./m WT im Wärme-nutzungssystem

7‘000 10‘000 5‘370 6‘500 5‘160 6‘160 4‘720 4‘960

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• Öl- und Gaspreise haben eher eine steigende Tendenz

• Energiepreiszuschläge

• rationellere Fertigung der Wärmetauscher

• Einbaumöglichkeiten in kleinere Kanäle

• steigende Abwassertemperatur (Trennsysteme)

• Kühlung im Sommer

• Verlangsamung bzw. Verhinderung des Biofilmaufbaus

• Öffentliches Interesse:Einhaltung von Zielsetzungen in Energie- u. Umweltpolitik

Wirtschaftlichkeit

Sie wird in Zukunft verbessert durch:

Wirtschaft-lichkeit

Ausblick

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Kriterien Veränderung Veränderung derWärmege-stehungskosten*

Strompreis - 20%- 50%

- 5.0 %- 13.0%

Ölpreis + 10% - 3.0%

Investitionskosten - 20% - 8.0 %

Leistungsziffer derWärmepumpe

3.1 auf 4.0 - 6.0%

Einfluss der Grund-

faktoren

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Ökologie

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CO2-Bilanz

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Risiken bei Abwasserwärmenutzung aus der öffentlichen Kanalisation

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Risiken Risikofaktor Bemerkungen Massnahmen

Lebenserwartung WT

50 Jahre Gutachten SGK

Verschmutzung - abhängig von Wasserqualität u. Fliessgeschwindigk.

- Sielhaut 3-4 mm- Entfernung mit Hochdruckreinigung

Wissenschaftl. Untersuchungen Reinigung→ mtl. Reinigung =Erhöhung Betriebskostenberücksicht. bei Berechnung

Einbau - auf Sohle Betonrohr - Trockenwetterrinne- Integr. in Betonrohr

Prototypen vorhanden

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Risiken bei Abwasserwärmenutzung aus der öffentlichen Kanalisation

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Risikofaktor Bemerkungen MassnahmenKanalbetrieb(Unterhalt + Reinigung)

- 1-2 mal jährl./ evt. häufiger

- 1 Reinigung 200 m: ca. 800 CHF

Eingebaute Reinigung Kupferbänder

Leistung Berechnungen laufend den Messungen angepasst

Leistungszahl WP Garantie Hersteller 3.1-5.2

Berechnungen Patentierte geschützte Software

Kosten Offerten Prototypen

Senkung durch neue Materialien u. Verbindungen/ Anschlüsse. Integr. Betonrohr

Risiken

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Risiken bei Abwasserwärmenutzung aus der öffentlichen Kanalisation

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Risikofaktor Bemerkungen MassnahmenWirtschaftlichkeit - in Normalfällen gegenüber

fossilen Energien immer möglich

- Jährl. Ertrag für Contractor bei Verkauf der Energie

- Wärme- Kälte- Fördermittel

Versorgungs-sicherheit

- Spitzenkessel bei Altbauten, Mitteltemperaturheizungen, Warmwassererzeugung

- Gefahrenherde- WP- Pumpen- Verschmutzung

nicht grösser als in konventioneller Anlage

Risiken

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Fazit

Der Erfolg der Abwärmenutzung aus der öffentlichen Kanalisation basiert auf folgenden Eckpfeilern:

1. Wirtschaftlichkeit2. Finanzierung3. Öffentliches Interesse4. Ökologie

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Marktanalyse

Potential • CH > 1‘800 Anlagen• D > 18‘000 Anlagen

• StädteZürich (350‘000 Einwohner) 46, entsprechend

ca. 12‘000 WohnungenWinterthur (110‘000 Einwohner) 27Thun (40‘000 Einwohner) 17Ulm (135‘000 Einwohner) 20Freiburg/Br. (180‘000 Einwohner) 20

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Marktanteil

Wärmemarkt erneuerbarer Energien:

Rabtherm®: 25 %

Wärmemarkt total:

Rabtherm®: 5 %

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In Betrieb stehen 7 Anlagen15 Anlagen sind in der Projekt- oder Bauphase

• Zürich CH (930 Wohnungen) Heizung+ Warmwasser

• Zwingen CH (31 EFH)• Binningen CH (300 Wohnungen)• Leverkusen D (Geschäftshaus)

Heizung + Kühlung• Singen D (Technologiezentrum)

Heizung + Kühlung• Wülflingen CH (400 Wohnungen)

Heizung + Warmwasser• Schaffhausen CH (Geschäftshaus)

Heizung + Kühlung

Referenz-anlagen

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Nahwärme-verbund

Wipkingen

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Kanalisation Bauliche Daten- Rohrdurchmesser 1500 mm- Radius Trockenwasserrinne 300 mm- Gefälle 31 %o- Verschmutzungsfaktor 0.7- Wärmedurchgangskoeffizient- Unverschmutzt 2250 W/m2K- Verschmutzt 1580 W/m2K- Füllgrad 140 mmSchmutzwasser- Menge 105 l/s (Spitze 150 l/s, min. 30 l/s)- Geschwindigkeit 2.1 m/s- Temperatur 15°C (So. 17°C, max. 20°C/ Wi 13.9°C, min. 8°C)- Abkühlung 2.1 K (max. 4.0 K)Wärmetauscher- Elemente 67 x 3 m- Wärmetauscherfläche 0.785 m2/mZwischenmedium- Menge 51 l/s- Geschwindigkeit 2.2 m/s- Temperatur 4°C- Erwärmung 4 K- Druckverlust max. 280 kPa

Daten

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Gesund-heitshaus

Leverkusen

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Wärmepumpen-Zentrale

Gesund-heitshaus

Leverkusen

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Überbauung Wässer-wiesen

Wülflingen

Rabtherm® Wülflingen

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Schächte

Überbauung Wülflingen

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SintecSingen

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Verwendungszweck • Wärmeversorgung • Energieversorgung • Kühlung - Wasser - Abwasser • Kühlsysteme

Anwendungen • Gebäude, Gebäudegruppen mit mind.

80 kW Wärmeleistungsbedarf • Industrien • Brauereien • Wäschereien • Fernwärmeversorgungen

Anwendung

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Rabtherm® ist interessant für:

• Städte, Agglomerationsgebiete und öffentliche Dienste als Nutzer (und zur Erreichung der Ziele betreffend CO2-Schadstoffreduktion bzw. Primärenergie-einsparung)

• Elektrizitäts- und Gaswerke als Betreiber und Energielieferanten (Contractor)

• Vermieter und Mieter: Das fortschrittliche und ökologische Energiekonzept erhöht die Attraktivität der Wohnungen. Der Bauherr bezahlt beim Contracting nur für die bezogene Energie, d.h. er investiert kein Geld. Er benötigt keinen eigenen Unterhalts- und Servicedienst.

Nutzer

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Vertriebs-partner-

Management

* Ebenfalls Lizenzverträge mit der Rabtherm-Firma

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Pilotanlagen: Zürich-Wipkingen / Zwingen /Binningen / Leverkusen (D)• Wärmeleistungen: können erreicht werden• Verschmutzung: tritt in speziell belasteten Kanälen

schneller ein als erwartet. Der Einfluss wurde im Labor gemessen und ist in den Berechnungen berücksichtigt.→ Massnahmen:

Massnahmen zur Verhinderung bzw. Verzöge-rung der Bildung eines mikrobiologischen Filmes werden in Zusammenarbeit mit staatlichen Insti-tuten und Universitäten erarbeitet.

- Materialwahl / Beschichtungen- Reinigungsvorrichtungen

→ Verteuerung zwischen 0.4% - 3% der Betriebskosten→ Heutige BerechnungVerschmutzungsfaktor 0.4

- Kupferbänder zwischen den Wärmetauscher-elementen

• Kälte / Wärme Fernwärme

TechnischeErfahrung

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Checkliste Rabtherm® für Einzelstandorte

Kriterium Ist - Wert Sollwert

Kanal ø .............. m > 0.8 m

Geplant Neubau oder Sanierung des Kanals? ..........................................................

Zeitpunkt? ...........................................................

Mit oder ohne Trockenwetterrine? .......................

Länge des Kanals? .............. m

Gefälle des Kanals? .............. %o

m*

im KanalTrockenwetterabfluss Tagesmittel: ............... l/s > 60 l/s (Rating A)

> 15 l/s (Minimum)Tagesspitze: .............. l/s

Tagestief: .............. l/s

Abwassertemperatur: .............. °C > 8 °C

Einleitung von Industrieabwässern? ..........................................................................

Einzugsgebiet Abwasser .............. Einwohner > 5'000 Einwohner

Wärmebedarf .............. MWh / a

Heizleistung .............. kW

Aufteilung: Heizung: .............. Warmwasser: .............. Lüftung: .............

Wärmeverbund (Neubau / Bestehend/Art)?................................................................

Wärmeversorgung (Neubau / Bestehend/Art)? ..........................................................

Wärmeverbund:Zahl der Anschließer .............. ≤ 5

Wärmeverbund:Distanz zu Kanal .............. m < 100 m

Wärmeverbund:geforderte Vorlauftemperaturbeim Verbraucher .............. °C < 65 °C

Checkliste

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Frageliste für Projekte

- Organisation der Stadt (Gas/ Abwasser/ Fernwärme/ Strom)- Organisation von Gasversorgung und Fernwärme- Fernwärmegebiete → Fernwärmeplan- Gasversorgungsgebiete → Gasversorgungsplan- Kanalisationsdaten (Geometrie, Durchmesser, Gefälle)

→ Kanalisationsplan- Abwassermengen (Trockenwetterabflüsse aus GEP resp. GKP)

→ Entwässerungsplan- Heizkesselleistung oder Wärmedichten sowie Energieverbrauch

dieser Standorte → Heizkessellisten (> 150/ 200-300kW) resp. Wärmekataster

- Typ des Heizungsstandortes (z.B. Wohnhaus/ Büro/ Einkaufszentrum/ Industrie)

- Neubau/ resp. Entwicklungssiedlungsgebiete- ARA: Auslegungstemperatur, Gesamtabwassermenge- Katasterpläne- Stromtarife, Gastarife- Zinssätze und Abschreibungsdauer- Allfällig vorhandene Energiepläne, Nutzungspläne- Gesuche für finanzielle Beiträge (Staat/ Kt.)- Contractinganbieter vorhanden?

Frageliste

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Frageliste für Studien

Frageliste- Zustand der Kanalisation → Kanalvideo- Sanierungsdatum der Kanalisation- Sanierungsdatum, Zustand, Disposition der Heizzentrale- Sanierungsdatum der Kanalisation- Kostenrechnung d.h. Investitions- und Betriebs-

kostenrechnung bestehender Heizzentralen, Nahwärmeverbunde etc.

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Stadt Winterthur

Wärmerückgewinnung aus Rohabwasser mit Rabtherm®

Standortabklärung Stadt Winterthur

8.12.1999

Machbar-keitsstudien

(Bsp.)

Rabtherm GmbH

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Machbar-keitsstudien

(Bsp.)

Freiburg/ Br.

Kanalwärmenutzungskonzept Güterbahnareal Nord

Freiburg

Juli 2003

Rabtherm GmbH

Rabtherm AGRabtherm GmbH

Vision

Rabtherm

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Motto

Lorbeeren von heute sind die Grünabfuhr von

morgen