Whitepaper - Lüftungsdecken

Lüftungsdecken die smarte Alternative zu Küchenhauben

Für Großküchen mit mehr als 50 m² Fläche und mehreren Kochzonen favorisieren Lüftungsplaner oft Lüftungsdecken an Stelle von konventionellen Küchenhauben. Die strahlwasserdichten Lüftungsdecken schwingen sich fugenlos von Wand zu Wand und erlaubt das flexible Aufstellen der Küchengeräte. Hochwirksame Fettabscheider beseitigen die luftgetragenen Fettaerosole, die Wärme- und Feuchtelasten. Durch serielle Schnittstellen ist Decke netzwerkfähig und somit vorbereitet für die Küche 4.0.

Whitepaper – Lüftungsdecken 

Das nachfolgende Whitepaper – Lüftungsdecken wurde von Holger Reul (LinkedIn @ https://www.linkedin.com/in/holger-reul), Peter Göhringer und Sven Rentschler (LinkedIn @ https://www.linkedin.com/in/svenrentschler/) im Dezember 2020 verfasst. Es soll die Unterschiede von herkömmlichen Küchenhauben zu modernen Lüftungsdecken herausarbeiten. Wobei nicht nur der Betrieb solcher Anlagen in Betracht gezogen wird, sondern auch die Planungsphase solcher oft sehr komplexen Projekte. 

Wirkungsvolle Küchenlüftung unverzichtbar

In Großküchen ist eine wirkungsvolle Lüftung unverzichtbar, um die luftgetragenen Schadstoffe vom Personal fernzuhalten. Hierzu wird der fetthaltige Kochwrasen kontinuierlich abgesaugt und durch frische Außenluft ersetzt. Aus Gründen der besseren Raumhygiene bevorzugen die Planer totraumfreie Lüftungsdecken, deren glatte und spritzwasserdichte Oberflächen sich mit dem Dampfstrahler reinigen lassen. Damit entfällt auch das regelmäßige Streichen der Decke. Die neue Euronorm DIN EN 16282 (Großküchengeräte – Einrichtungen zur Be- und Entlüftung gewerblicher Küchen) beschreibt unter anderem die Anforderungen an solche Deckenkonstruktionen. Die Norm ist seit 2018 in Kraft und beruht im Wesentlichen auf der DIN 18869  und der überarbeiteten VDI-Richtlinie 2052. 

Erste Vorteile von Lüftungsdecken

Ein wichtiger Vorteil von Lüftungsdecken: Die Aerosolabscheider sind nicht wie bei Küchenhauben örtlich fixiert; sie lassen sich nachträglich versetzen, wenn die Küche erweitert oder umorganisiert wird. Die bisherigen Öffnungen werden dann durch Blindstücke geschlossen. Grundrissänderungen der Küche sind also aus lufttechnischer Sicht problemlos, sofern auch die Abluftmenge entsprechend angepasst wird. Integrierte Lüftungsdecken rechnen sich für komplexe Küchen       mit unterschiedlichen Arbeitsbereichen und einer Fläche ab etwa 50 m2. Nach oben hin sind die Grenzen offen, auch bei asymmetrischen Grundrissen und abgestuften Decken.

Die ersten Lüftungsdecken in Großküchen wurden in den 70er Jahren als handwerklich aufwendige Gewölbedecken installiert – vor allem in gehobenen Hotels, wo auch die Küche ein Vorzeigeobjekt mit hohem Prestigewert sein soll.

Lüftungsdecken als Gewölbedecken
Lüftungsdecken als Gewölbedecken

Diese raumprägende Variante, meist aus Chromnickelstahl gefertigt, wird aus Kostengründen und der gebotenen Platzersparnis zunehmend von flachen Konstruktionen abgelöst. Die Flachbauweise ist laut Hersteller Rentschler Reven  deutlich preiswerter in der Produktion und Montage. Die weitgehende Vorfertigung der Komponenten im Werk spart teure Lohnstunden am Bau und beschleunigt den Baufortschritt. Als Werkstoff verwendet das schwäbische Unternehmen mittlerweile auch eloxiertes Aluminium, auf Wunsch pulverbeschichtet in dem gewünschten RAL-Farbton. Damit wird die Decke zu einem expressiven Architekturelement.

Bei den Lüftungsdecken in Flachbauweise verlässt die Abluft den Raum durch linear abgehängte Abluftmodule. Darin sind die Aerosolabscheider eingesetzt. Flächenbündig und strahlwasserdicht sind auch die LED-Beleuchtungsbänder integriert.

Lüftungsdecke Abluftmodule
Lüftungsdecke Abluftmodule

Die inaktiven Deckenfelder bestehen aus Paneelen, die schalldämmend ausgekleidet sind. In perforierter Ausführung reduzieren die inaktiven Kassetten den Geräuschpegel, der am meisten in der Spülküche unangenehm ist.

Lüftungsdecken und Flachdecken Kombination
Lüftungsdecken und Flachdecken Kombination

Die vorgewärmte Zuluft wird von oben durch Quell-Luftauslässe impulsarm und laminar in den Randzonen der Küche eingeführt. Sie sickert langsam und nahezu senkrecht bis zum Boden und versorgt so den Aufenthaltsbereich zugfrei mit frischer Außenluft. Die Decke bleibt sauber, weil keine fetthaltige Luft in der Küche aufgewirbelt wird.

Video Küchenlüftung – Links ein optimierter Zuluft Deckenauslass

Dagegen hat sich das horizontale Einblasen laut Reven nicht bewährt, weil der waagrechte Zuluftstrom den aufsteigenden Thermik-Luftstrom ablenken kann. Wenn die Zuluft waagrecht eingeblasen wird, sind auf jeden Fall die vom Hersteller empfohlenen Mindestabstände zu den Absaugstellen einzuhalten, um Störeffekte durch Querströmungen zu verhindern.

Zur dieser komplexen Thematik wie Zu- und Abluftströme in gewerblichen Großküchen aufeinander abzustimmen sind. Wie diese analysiert und visualisiert werden können. Was hierzu alles bei gewerblichen Küchenlüftungen zu beachten ist, haben wir auch ein ausführliches YouTube Tutorial, das Sie hier sich ansehen können:

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Geschlossene Lüftungsdecken

Abluftmodule und dahinterliegender Abluftraum bilden eine geschlossene, kondensatdicht verschweißte Konstruktion. Holger Reul, Vertriebsleiter des schwäbischen Deckenherstellers Rentschler Reven für Hessen, Saarland und Rheinland-Pfalz, nennt einen wichtigen Vorteil: „Die Abluft kommt nicht mit dem Bauwerk in Kontakt.

Holger Reul REVEN Vertrieb
Holger Reul REVEN Vertrieb

Aufgrund vieler aggressiver Reinigungsmittel und dem drohenden Lochfraß werden die Zu- und Abluftmodule vorzugsweise in Edelstahl ausgeführt.“ Durch die „geschlossene Luftführung“ erspart sich der Bauherr die periodische Reinigung des Deckenhohlraumes und beugt der Versottung des Mauerwerkes durch Fettsäure vor. Das verbessert auch den baulichen Brandschutz.  

Offene versus geschlossene Lüftungsdecken

Mit den geschlossenen Deckenausführungen konkurrieren am Markt die „offenen“ Systeme, bei denen der ganze Deckenhohlraum als Abluftplenum dient. Eine Sonderbehandlung (Versiegelung) der Zwischendecke ist dann unverzichtbar, und die Reinigung der Zwischendecke ist regelmäßig durchzuführen. Denn alles, was an Feuchtigkeit in Form von Dampf und restlichen Fettpartikeln durch die Filter sickert, findet sich auch in der Zwischendecke wieder – oder im Ventilator. 

Die in den Abluftöffnungen eingesetzten Aerosolabscheider haben die früher eingesetzten Gestrickfilter (Demister) verdrängt. Der wesentliche Unterschied der beiden Produkte: Abscheider speichern nicht das Fett in einem Filtermedium sondern schleudern es durch die schnelle Luftumlenkung aus. Die Abscheidegrade bleiben konstant, während sie sich bei klassischen Luftfiltern mit zunehmendem Sättigungsgrad verschlechtern. 

Ausschleudern von Fettpartikel im X-CYCLONE Küchenfilter
Ausschleudern von Fettpartikel im X-CYCLONE Küchenfilter

Nach der Euronorm DIN EN 16282 müssen Aerosolabscheider grundsätzlich aus Edelstahl bestehen. Abscheider haben zudem einen geringeren Luftwiderstand als klassische Filter; das reduziert die Ventilatorkosten. Holger Reul nennt einen weiteren Unterschied: „Die herkömmlichen Gestrickfilter sowie einfache Prallbleche sind nicht flammendurchschlagsicher. Bei einem Fettbrand oder beim Flambieren kann es zu einer Durchzündung kommen und der ganze Abluftkanal in Brand geraten.“ Außerdem brennen bei einem ausgewachsenen Herdbrand herkömmliche Gestrickfilter aus Aluminium wie Zunder ab.

Flashover vermeiden

Der Flashover ist ein Feuersprung und bezeichnet den schlagartigen Übergang eines Brandes von der Entstehungsphase hin zur Vollbrandphase. Dies gilt es in gewerblichen Küchen zu vermeiden, also einen Flashover in den Abluftkanal.

Moderne Aerosolabscheider die in Lüftungsdecken eingebaut werden, haben eine mehrfache Luftumlenkung – sogenannte X-CYCLONE Abscheider –  dienen dagegen als Flammsperre, entsprechend der erwähnten DIN EN 16282. Auch „flammhemmende“ Abscheider entsprechen oft nicht der Euronorm und somit  den anerkannten Regeln der Technik.

Video zur Prüfung der Flammendurchschlagsicherheit nach DIN EN 16282

Bei der Auswahl sollten Planer und Anlagenbauer auf diesen Unterschied achten. Im Schadensfall, so bei einem Küchenbrand, haften sonst beide mit. Und die Brandkasse greift zur Quotenregelung; das heißt, sie übernimmt den Sachschaden nur zum Teil. 

Die Flammendurchschlagsicherheit ist durch ein Prüfzeichen nachzuweisen. Die Nachrüstung älterer Hauben und Decken ist demnach dringend geboten. Da Filter und Abscheider genormte Abmessungen haben, ist der Austausch binnen Minuten erledigt.

Austausch eines X-CYCLONE Abscheider
Austausch eines X-CYCLONE Abscheider

Wichtig bei der Wahl der Fettabscheider ist ein hoher Abscheidegrad über dem gesamten Partikelspektrum, denn der Kochwrasen enthält ultrafeine Aerosole, die lungengängig sind und somit die Gesundheit des Küchenpersonals gefährden. Außerdem ist zu vermeiden, dass feine Restpartikel an den kalten Kanalwänden kondensieren und einen Fettbelag aufbauen. Der Küchenplaner sollte den Anbieter der Fettabscheider also gezielt nach den „Fraktionsabscheidegraden“ fragen und sich nicht mit der Angabe eines Gesamtwirkungsgrades zufrieden geben.

Reven-Sprecher Reul: „Seriöse Anbieter geben die Abscheidegrade per Diagramm als Funktion der Anströmgeschwindigkeit und der Partikelgröße im Bereich von 0,3 bis 10 µm an. Die Angabe gravimetrischer Gesamtwirkungsgrade hingegen ist eine nutzlose Katalogweisheit, denn sie lässt keinen Vergleich mit den konkurrierenden Systemen zu.“

Abscheidegrade für einen einstufigen Ölnebelabscheider
Abscheidegrade für einen Küchenabscheider in Lüftungsdecken


Lufthygiene messen

Auch bei hohen Abscheidegraden gehören die Aerosolabscheider einmal pro Woche in den Geschirrspüler. Ist die Lüftungsdecke mit einer Wascheinrichtung ausgerüstet, genügt indes eine jährliche Inspektion. Etliche Hersteller offerieren eine Wascheinrichtung mit automatischem Reinigungsprogramm. Die Einrichtung verhindert die Bildung eines Fett- und Biofilms im Deckenhohlraum. Reinigungsintervalle, Sprühdauer, Sprühmitteldosierung und Nachspülzeit lassen sich dann programmieren, um so die Reinigungskosten zu senken. Holger Reul: „Die Waschvorrichtung sollte so beschaffen sein, dass die Abscheider beidseitig mit Warmwasser besprüht und desinfiziert werden, einschließlich des Abluftraumes dahinter. Das reduziert die Brandlast erheblich, denn selbst bei einem Fettabscheidegrad von über 99,5 % gelangen ultrafeine Fettpartikel in den Abluftraum und reichern sich dort an.“

Sprühsystem zur automatischen Reinigung und Desinfektion von Lüftungsdecken
Sprühsystem zur automatischen Reinigung und Desinfektion von Lüftungsdecken

Bei der Abnahme einer gewerblichen Küchenlüftung wird zwar die Luftleistung gemessen und protokolliert – aber fast nie die Schadstoffkonzentration in der Raumluft. Der Küchenbetreiber erfährt nicht, ob während des Kochprozesses die Partikelbelastung am Arbeitsplatz die zulässigen Werte unterschreitet. Die meisten Lüftungsunternehmen und Ingenieurbüros haben dafür auch gar nicht die entsprechenden Messgeräte wie z.B. Streulicht-Partikelzähler. Das Thema wird bislang in den Fachgazetten überhaupt nicht diskutiert. Fortschrittliche Lüftungsunternehmen bieten indes diesen Service an und messen nach der Inbetriebnahme die Luftqualität bei vollem Kochbetrieb.

Überprüfung von Küchenabluft mit Partikelzähler
Überprüfung von Küchenabluft mit Partikelzähler


Sinnvolles Zubehör für Lüftungsdecken

Zu dem sinnvollen Zubehör moderner Lüftungsdecken gehören ferner eine Feuerlöschautomatik, eine wrasenabhängige Luftmengenregelung sowie Geruchsfilter für die Fortluft. Laut Reven wird die Geruchsneutralisation immer stärker nachgefragt. Der Bedarf steigt hauptsächlich, weil Küchenanlieger häufiger über Belästigungen klagen und die Gewerbeaufsicht informieren.

Küchenplaner favorisieren zur Geruchsneutralisation oft noch Aktivkohle. Die Abscheidung geschieht durch Adsorption an der großen inneren Oberfläche der hoch porösen Aktivkohle. Für die Reinigung der Küchenabluft ist  Aktivkohle indes ungeeignet. Aktivkohle ist entzündlich und nur für max. Umgebungstemperatur von 40 °C einsetzbar. Sie ist nicht keimtötend, verklebt ab 60 % relativer Luftfeuchte und muss teuer als Sondermüll entsorgt werden. Die in der Abluft vorkommenden Teilchen reichern sich in den mikroskopisch kleinen Poren der Aktivkohle an und führen zu einer frühzeitigen Sättigung. Gleichwohl machen Planer immer wieder von Aktivkohle Gebrauch, weil sie relativ billig ist und sich die Kohle regenerieren lässt.

Geruchsneutralisierung mit Hilfe von Kaliumpermanganat

Fortschrittliche Anbieter setzen für die Geruchsbeseitigung vielmehr ein Granulatgemisch aus Vulkangestein und Kaliumpermanganat ein. Das preiswerte Granulat ist unbrennbar und kann bis 110 °C Umgebungstemperatur eingesetzt werden. Kaliumpermanganat ist keimtötend, hemmt das Bakterienwachstum und lässt sich bis zu 99 % relativer Luftfeuchte verwenden. Die Geruchsmoleküle werden durch die chemische Reaktion mit dem Wirkstoff Kaliumpermanganat wirkungsvoll abgebaut, verbleibende Restmoleküle fängt das Trägermaterial (Zeolith-Vulkangestein) ab. Ein großer Teil der Geruchsverbindungen wird also chemisch oxidiert und nicht nur herausgefiltert wie in einem Aktivkohlesystem. Die Abbaurate von Geruchsstoffen kann bis zu 90 % betragen.

Vergleichen Sie hierzu auch bitte unseren Blog Artikel Granulat zur Reduzierung von Geruchsbelastungen: https://www.reven.de/2018/09/13/granulat-zur-reduzierung-von-geruchsbelastung/

Kaliumpermanganat-Filterkassetten haben die gleichen Abmessungen wie Standard-Fettabscheider. Beide werden Lüftungsdecke hintereinandergeschaltet. Für den Einbau in den Fortluftkanal gibt es einen Kartuschenfilter mit austauschbaren Filterpatronen.

Kaliumpermanganat Kanalmodul mit Filterpatronen für den Abluftkanal
Kaliumpermanganat Kanalmodul mit Filterpatronen für den Abluftkanal

                                                        

Vorsicht bei Ozon

Seit wenigen Jahren werden für die Geruchsneutralisation auch UVC-Röhren angepriesen, welche die Geruchsmoleküle durch Ozonerzeugung angeblich „kalt“ verbrennen. Die Effizienz der Röhren hängt von der Strahlungsdosis ab. Die keimtötende Wirkung von UVC-Licht ist zwar unbestritten, gleichwohl sind die „Wunderröhren“ skeptisch zu beurteilen. Holger Reul: „UVC-Röhren beseitigen keine Aerosole, die oft Träger von Viren sind. Dazu ist die Einwirkungszeit zu kurz. Sie beträgt bei der üblichen Luftgeschwindigkeit von 2 m/sec nur den Bruchteil einer Sekunde. Und es sind aufwendige Sicherungsmaßnahmen notwendig, da schon eine geringe Ozonkonzentration starke Gesundheitsschäden verursachen kann.“  Obendrein kommt UVC nur dann zur Wirkung, wenn die bis zu 150°C heißen Röhren nicht verfetten. Das macht eine gründliche Vorreinigung notwendig. 

UV-C und Ozon Systeme in der gewerblichen Küchenlüftung
UV-C und Ozon Systeme in der gewerblichen Küchenlüftung

Bisher galt für den Arbeitsbereich der Köche ein Ozon-Grenzwert von 0,2 mg/m³ Raumluft. Dieser MAK-Wert wurde kürzlich auf null reduziert. Bei der Abnahme einer UV-Anlage sind Küche  und Fortluft auf Ozonspuren zu kontrollieren und zu protokollieren. Die Berufsgenossenschaften fordern ferner die Installation einer Gas-Warnanlage.

Ein Vorteil der UVC-Lösung liegt darin, dass die Röhren platzsparend sind und sich schnell in die Decke integrieren lassen. Das macht die Planung, die Konstruktion der Abscheider sowie die Nachrüstung recht einfach. Zwei Klemmfedern pro Röhre und der Stromanschluss genügen.  Außerdem ist der Luftwiderstand geringer als bei anderen Varianten. Generell ist der Planer aber gut beraten, auf ozonerzeugende Systeme möglichst zu verzichten.

Drehzahlregelung geboten

Viele Lüftungsdecken arbeiten im Ein/Aus-Betrieb oder haben eine von Hand  zu bedienende Stufenregelung. Etliche Anlagen laufen derweil  mit voller Leistung – so auch außerhalb der Hauptkochzeit und egal, wieviel Kochstellen gerade in Betrieb sind. Die Energieverschwendung liegt auf der Hand. Um das zu vermeiden, empfiehlt Reul die Regelautomatik RSC (Reven Speed Control), deren Mikrorechner die Drehzahl des Abluftventilators stufenlos der Kochintensität anpasst.

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Erklärvideo zur RSC Regelautomatik

Kalibrierte Temperatur- und Wärmesensoren über dem Herdblock messen die Wrasendichte; der Digitalregler fährt danach die Absaugleistung hoch oder herunter. Das spart Energie, verlängert die Standzeit der Abscheider und vermeidet unnötige Zugerscheinungen. Sensoren, Zu- und Abluftklappen, das RLT-Gerät und die LED-Leuchten sind über einen BUS vernetzt. Dadurch werden die Zu- und Abluftströme den unterschiedlichen Kochzonen in Echtzeit angepasst und die Beleuchtung entsprechend gedimmt. So wie bei modernen Digestorien in einem fortschrittlichen Chemie-Labor.

Ein konkretes Projekt: Die Care-Großküche einer süddeutschen Shopping-Mall hat eine Lüftungsanlage mit 20.000 m³/h Luftleistung. Sie verursacht Energiekosten von 60.000 € pro Jahr.  Eine bedarfsgerechte Lüftungssteuerung würde die Kosten glatt halbieren, also jährlich rund 30.000 €  einsparen. Reul ergänzt: „Auch in einer kleinen Gastro-Küche mit nur 2.000 m³/h Abluft  kann die intelligente Regelung bis zu 3.000 € pro Jahr einsparen.“ 

Wie schnell sich solch eine intelligente auf Sensoren basierende Regelautomatik amortisieren kann, zeigt die nachfolgende Abbildung:

ROI der RSC Sensoren basierende Regelautomatik
Aromatisierung der auf RSC Sensoren basierende Regelautomatik

Trend zur digitalisierten Zentralküche

Personalmangel und bessere Einkaufskonditionen fördern das Entstehen von Megaküchen mit über 1.000 m². Vor allem im Krankenhausbereich werden immer mehr Küchen zusammengelegt und die Verpflegung einer Zentralküche geliefert. So produziert die neue Zentralküche der Klinikservice Siegerland-Gesellschaft mit 80 Mitarbeitern täglich über 6.000 Mahlzeiten. Dazu kommt der Trend zur Digitalisierung, die mit kleiner Mannschaft große Produktionsmengen möglich macht. Die automatisierte Küche 4.0 wirft auch hier lüftungstechnisch ihren Schatten voraus. So unterhält die erwähnte Uni Leipzig mehrere Mensen mit modernen Lüftungsdecken, die ihre Mahlzeiten von einer weitgehend vernetzten Zentralküche und deren Satelliten beziehen. Kochgeräte, Spülroboter und Lüftungsanlagen arbeiten nahezu autark. Auf einer Fläche von 1270 m2 werden täglich 10.000 Mittagessen für die Studenten und 10.000 Mahlzeiten für die Außer-Haus-Verpflegung zubereitet. Für die Be- und Entlüftung der Produktions- und Spülküche lieferte  Rentschler Reven mehrere Multifunktionsdecken aus Edelstahl. Bei voller Last beträgt die stündliche Abluftmenge 55.000 m3.

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Erklärvideo zur intelligenten Küchenlüftung 4.0

Aussichtsreiche Marktnischen

Die Hersteller von integrierten Metall Lüftungsdecken sind mittelständische Spezialisten, welche die Projekte selbst planen und oft gemeinsam mit dem TGA-Anlagenbauer ausführen. Reven nutzt dabei die derzeit fortschrittlichste Arbeitsmethode – das BIM-Verfahren (Building Information Modeling). Fachleute sprechen auch von Baustellenoptimierung. Die Anlage wird per CAD am Bildschirm entworfen, dann als 3D-Modell abgebildet. Der Betrachter kann die Küche virtuell betreten und aus allen Perspektiven betrachten. Alle am Bau Beteiligten sind beim BIM-Verfahren vernetzt und können sich jederzeit über den Stand des Projektes informieren. Planungsfehler und Kollisionen der Gewerke werden vermieden, Nacharbeiten minimiert. 

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Video zum BIM Lüftungsdecken Workflow mit deutschem Kommentar

Marktforscher von BauinfoConsult eruierten indes, dass 2019 rund 60% der Architekten BIM nutzen, während TGA-Firmen noch zögerlich sind. Das liegt u.a. daran, dass sich die Gewerke noch nicht auf einheitliche Standards einigen konnten.  Reven unterstützt den Trend zu BIM, indem sie dem Architekten und Fachplaner technische Datensätze für ihre Produkte zur Verfügung stellt und auch die komplette CAD Konstruktion von Lüftungsdecken nach der BIM Methode realisieren kann. Diese BIM Methodik wird im Video oben genau beschrieben.

Die Deckenkomponenten, so die erwähnten Abluftmodule, werden im Werk millimetergenau vorgefertigt und just in time auf die Baustelle verfrachtet. Der Installationsbetrieb erzielt dadurch einen höheren Stundenumsatz pro Mann. Die Installation geschieht mitunter ohne Unterbrechung des Küchenbetriebes. Tagsüber sind dann die Köche am Werk, nachts kommen die Lüftungsmonteure. Dem TGA-SHK-Handwerk bieten die Lüftungsdecken gerade jetzt neue Umsatzmöglichkeiten, bedingt durch das Entstehen neuer Zentralküchen und dem vielerorts geplanten Neubau von Schul- und Kita-Küchen aufgrund der angestrebten Ganztagsbetreuung.

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