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ETRE
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DANS
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Est-a
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Alr
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Tir
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Physical
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230 W
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80 percent de
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de 100 m2
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250 m3
(1)
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1 W/h
(1)
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33 percent
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14 m2
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250 m3/h
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18 m3/h
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480 W
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350 W
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900 W
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de 100 percent
(1)
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de 10 percent
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de 75 percent de
(1)
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Molecule
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water
(7)
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Disease
(1/ 2)
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Depression
(2)
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Generic
(1/ 2)
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metal
(2)
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Polymer
(1/ 1)
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Rayon
(1)
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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2522397A1
Family ID 8138465
Probable Assignee Olivet Jean
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title CAPTEUR SOLAIRE A AIR UTILISANT LA CONVECTION
EN Title AIR FLOW SOLAR COLLECTOR USING CONVECTION - HAS CORE OF HEAT
ABSORBING MATERIAL PERMEABLE TO AIR WITH OUTER GLAZING
Abstract
_________________________________________________________________
CAPTEUR SOLAIRE A AIR, DONT LE CORPS 5 ET 6 EST CONSTITUE PAR UN OU
PLUSIEURS MATERIAUX PERMEABLES A L'AIR, QUI PEUVENT ETRE TRANSPARENTS
TRANSLUCIDES OU OPAQUES, ET QUI SONT ENFERMES LATERALEMENT, DANS UN
CADRE 1 COTE RAYONNEMENT PAR UN GRILLAGE 3 SURMONTE D'UN VITRAGE 7
SOUS LEQUEL PENETRE L'AIR, ET A L'ARRIERE PAR UN GRILLAGE 4 AINSI
QU'UN COFFRAGE ETANCHE 11 AVEC LEQUEL IL SE CONFOND DANS CERTAINES
VARIANTES.
L'AIR ENTRE PAR UNE OUVERTURE 9, ET, EN TRAVERSANT LE CORPS, ABSORBE,
PAR CONVECTION, LE RAYONNEMENT CAPTE PAR LES MATERIAUX DU CORPS. IL
SORT ENSUITE PAR L'ARRIERE, PAR LES TUBES.
DANS UNE VARIANTE, L'AIR TRAVERSE LE CORPS TRANSVERSALEMENT (FIGURE
1). DANS UNE AUTRE VARIANTE L'AIR TRAVERSE LE CORPS LONGITUDINALEMENT
POUR SA PLUS GRANDE PART.
LE BALAYAGE DU VITRAGE 7 PAR L'AIR FROID LIMITE CONSIDERABLEMENT LES
PERTES DU VITRAGE 7 VERS L'ATMOSPHERE ET AMELIORE LE RENDEMENT.
The flow of heat carrying traverses the solar collector body
longitudinally or transversely, the body material being transparent,
translucent, or opaque. A frame (1) holds the material between two
grill walls, one wall (3) being oriented towards the suns rays and
protected by a glazing (7). The other opposed wall (4) is at least
partially permeable to air flow. Air flow penetrates the collector via
an opening (9) beneath the glazing, traverses one wall, absorbs heat
from the body, and exits into a housing (11). The glazing and top wall
form a volume of air with decreasing transverse section, to regulate
air flow.
Description
_________________________________________________________________
Le capteur solaire faisant l'objet de l'invention est concu afin que
l'air,vecteur de la chaleur captee,circule essentiellement a
l'interieur du corps du capteur apres avoir ete puise de preference a
l'exterieur,Le corps du capteur est constitue par des materiaux
transparents, translucides et/ou opaques permeables a l'air, et ces
materiaux qui captent le rayonnement le transmettent directement ou
indirectement a l'air vecteur de chaleur par convection,qui est
recueilli a l'arriere du capteur.
L'avantage de ce dispositif est de reduire la temperature du vitrage a
travers lequel le rayonnent est recu.Cette temperature sera, suivant
la perfection less than ju du positif, plus ou moins voisine de la
te.- perature de l'air exterieur.Les pertes de chaleur dues a ce
vitrage sont minimisees,et le rendement global de captation de la
chaleur se rapprochera de l'unite,dans mesure ou l'isolation thermique
du corps du capteur est bien realisee,a l'arriere et laterelament.
Cet avantage d@vient primordial au coeur de l'hiver,les capteurs
classiques ayant alors des rendements tres faibles,lies aux basses
temperatures exterieures et aux conditions atmospheriques
(vent,notamment) qui favorisent les pertes par convection.
La chaleur ainsi captee pourra etre utilisee en vue d'assurer le
chauffage des locaux,notamment en employant l'air chaud afin d'assurer
la ventilation des locaux. Si la temperature de l'air sortant des
capteurs est suffisante,il pourra assurer le chauffage seul.Il sera
egalement possible d'utiliser cette temperature elevee dans des
batteries ou par d'autres moyens en vue de rechauffer l'e@u d'un
chauffage ou l'water chaude sanitaire.
Les figures 1, 2, et 3 representent un mode de realisation de
l'invention.Les figures 1 et 2 montrent un capteur isole, vu en coupe
transversale et en plan.La figure 3 montre un ensemble de capteurs en
place.
Le corps du capteur est constitue par un cadre rectangulaire (1)
calorifuge exterieurement (2).Les faces (3) et (4) du corps du capteur
sont constituees par un grillage dont les maill@s sont dimensionnees
afin de maintenir en place les materiaux places a l'interieur du
capteur, tout en permettant le passage facile de l'air.Ce grillage
peut etre en metal, en matiere plastique,ou autre.Il peut consister en
un grillage classique, en un metal deploye, ou an une tole tres
largement perfores.
A l'interieur du cadrs,entre les faces grillagees sont entasees les
materiaux/destines a intercapter le rayonnement et transmettre la
chaleur ainsi obtenu a l'air.Ces materiaux peuvent etre de nature
uniforme,ou au contraire differencies suivant,par exemple,qu'ils sont
plus
OU Joins proches de la face avant du capteur.
La figure 1 montre une realisation dans laquelle deux couches de
materiaux se succedent,l'une (5) constituee par des materiaux
transparents qui laisseront passer une partimportante du reyonnaient
(par exemple 70 a 80 percent de celui-ci),cependant que le couche (6)
sera constituee par des materiaux opaques dont les caracteristiques de
surface seront tres proches du corps noir,et pourrant,en outre etre
irregulieres (rainures,saillies etc..) favorisent ainsi l'absorption
du rayonnement et l'echange par convection.
Les deux couches (5) et (6) pourront separees par un grillage ou
simplement soig eusement mis s en place a la fabrication et bloquees
entre les faces (3) et (4).Il peut egalement etre prevu trois couches
ou plus.
Le materiau employe doit etre convenablement permeable au passage de
l'air.Il doit etre fabrique et mis en place afin que l'air soit
contraint a de frequents changements de direction afin d'ameliorer le
coefficient de convection.A titre d'exemple,les anneaux dits de
Raschig sont susceptibles de constituer un excellent materiau de
remplissage,qu'ils soient complets,c'est-a-dire fermes,ou ouverts.
Dans le @a cas de deux couches,les anneaux pourront etre en verre (ou
en une ma- tiere plastique sensiblement equivalente quant a le
transparence),pour la couche (5),le couche (6) etant an anneaux noirs
nervures,on matiere plastique en general.
La face (3? expose' au rayon@ement solaire est proteSE- par un vitrage
(7) qui delimite avec elle un volue de section trapezoidale,
l'extremite fermee (8) etent tres etroite et l'autre extremite (9)
plus largement ouverte.Ce vitrage peut depasser le cadre du capteur,au
dessus de l'ouverture (9) la dimension de la partie qui depense (10)
etant fonction de la pente du capteur et des conditions metorologiques
du site,l'objectif etant d'eviter au mieux les entrees d'water de
pluie ou de produits vegetaux ou autres.
L'ouverture (9) pourra etre equipee egalement d'un dispositif @@,
(grillage,aubes directrices, filtres etc..) destine a i te@dire les
entrees @accidentelles d'water ou de corps etrangers.Dans certains
cas,il ser@ prevu une alimentation d'air centralisee a partir d'un
distributeur eventuellement precide d'un systeme de filtrage et d'un
ventilateur.L'extremite (9) sera alors formee.
L'air rechauffe dans le corps du capteur sort par la fase (4) et est
recueilli dans un coffrage (11) bien calorifuge (12).Il est ensuite
evacue par les gaines (13).La circulation de l'air peut etre assuree
par un ventilateur situe en aval (non fi Jure ui rassemble l'air venu
des differentes unites de capteurs en vue de son utilisa- tion.Le
filtrage dc l'alr,s'il est necessaire,est assure,sont en amont grace
aux elements filtrants places dans l'ouverture (9) et mentionees
ci-dessus,soit en aval,de facon classique.
L'ensemble des elements constitutifs du reseau sera calcule,sauf dans
des cas particuliers,afin de maintenir les corps des capteurs eh
legere depression.
Les figures 1, 5 et 6 representent un autre mode de realisation de
l'invention.Le flux d'air traverse toujours le corps du capteur
transversalement,mais pour une fraction suelement,les autres fractions
-du flux passant par des ouvertures menagees aux deux extremites du
capteur.
La figure4,coupe transversale du capteur,montre que le grillage (4) du
cas precedent disparait et se confond avec le coffrage (11).
L'air penetre toujours par l'ouverture (9).Celle-ci comporte un aubage
(15) destine a doser de facon permanente (lors du montage ou lors
d'une mise au point) le quantite d'air qui s'engage dans le
distributeur (16) et traverse ensuite longitudinalement le corps du
capteur pour aboutir au collecteur (17).Le reste de l'air s'engage
dans l'espace compris entre le vitrage (7) et le grilage (3).Il est
partiellement aspire vers le corps du capteur a travers le grillage
(3), la fraction restante aboutissant au collecteur (17) a travers un
dis~ positif de reglage (18) aui en limite le debit permanent.L'air
est ensuite collecte comme precedemment par les tubes (13) et
collecteurs (14).
La figure 5 represente le meme capteur en vue horizontale avant
pose.La figure 6 montre un ensemble de capteurs en place.
Dans une variante de ce dernier mode de realisation,le grillage (3)
est remplace par un vitra3e (verre ou ulastique equi.valent) la
fraction de l'air aspiree par (3) s'annulant,et la totalite du flux
pansant par les ouvertures (i6) et (17).
Le fonctionnement d'une batterie de capteurs solaires ne permet pas
d'assurer,a elle s@ule,le chauffage d'un batiment,meme dans les
conditions les plus favorables, sauf au prix d'investissements
totalement inco@@atibles avec l'economie annuelle realisee.La
rentabilite de l'installation exige que les capteurs soient assccies a
une autre source d'energie.Celle-ci sera choisie de preference parmi
les energies stockables ou renouvelables.Une pompe a chaleur
utilisant,a l'evaporateur,la chaleur obtenue pa@ refroidissement de
l'air exterieur,ou, mieux, refroidissement de l'air extrait du
batiment, ou encore la chaleur extraite d'un stockage saisonnier,
constituent des exemples de solutions ne faisant appel qu'a un minimum
d'energie traditionnelle.
Cette combinaison ne peut etre etudiee que sur un cas pratique.
Soit une villa de 100 m2 habitables, volume 250 m3, avec G=1 W/h.m3
sise dans la region de Perpignan, equipee avec les capte@rs decrits
ci-dessus, pente 33 percent (pente peu favorable, mais qui correspond
aux pentes de toitures de la region): avec 14 m2 de surface de
captage.
Le renouvellement d'air normalement admis sera dq 250 m3/h, soit
environ 18 m3/h par m2 de capteur.Le rayonnement incident varie de 66
kWh/m2.mois (Decembre) a 217 kWh/m2.mois (Juillet) pour la pente
definie, soit en moyenne, pour les periodes diurnes, au m2, 230 W en
Decembre et 480 W en Juillet.En fait l@ flux variera d? 100 A 350 W en
Decembre et de 100 a 900 W en Juillet.
Si le rendement des captures etait de 100 percent, l'air
s'echaufferait de 16 a 57 C en Decembre, et de 16 a 147 C en Juillet.
Dans la pratique et avec le volume d'tir admis,le rendement moyen sera
de 0,8 en hiver et de 0,5 a 0,6 en ete.Une augmentation du debit
estival,ramenant l'elevation de temperature a 70 ou 75 C permettra
d'obtenir un rendement d'ete de 0,70 en moyenne.
Dans ces conditions,l'air sera rechauffe de 13 a 46 C en Decembre et
da 13 a 52 C en Juillet.Il sera toujours utilisable en hiver en vue
d'assurer la ventilation des locaux chauffes, au prix, parfois d'un
leger rechauffage.Il permettra meme, tres frequemment, d'assurer la
totalite des besoins thermiques.
En ete,les cepteurs permettront d'assurer le remplissage d'une
installation de stockage saisonnier,ainsi que la satisfaction
partielle des besoins d'cau chaude sanitaire.
La pompe a chaleur d'appoint recuperera les calories correspondant au
refroidissement de l'air extrait du batiment de 20 a 8 C.Avec un
coefficient de performance de 4,une surpuissance installee de 10
percent, et la recuperation de 75 percent de l'energie du
compresseur,l'apport de la pompe a chaleur sera de 0,75 x 1,1
250 x 0,34 x 12 x (1 +) = 1 230 W
4 soit 836 kWh pour 30 jours.
Le bilan mensuel de la ville pour les mois d'hiver (duree ramenee
uniformement a 30 jours) s'etablit comme suit,en kWh / mois,d'abord en
negligeant la preparation d'water chaude sanitairs,puis en incluant
celle-ci (evaluee a 200 kWh/mois)
Mois Octob Novem Decem Janvi Fevri Mars Avril
Besoins 208 1 040 1 588 1 795 1 625 1 077 586 sens EC
Capteurs 1 364 993 739 809 1 145 1 569 1 781
P A C 0 47 849 885 480 o 0
Deficit 100
Besoins 408 1 240 1 788 1 995 1 825 1 277 786 avec EC
P A c 0 O 247 886 886 680 Q o
Deficit 163 300
Ces tableaux montrent quc la pop a chaleur est utilises theoriquement
1840 ou 2195 heures (a pleine marche) suivant le cas.En realite le
temps de @arche est nettement plus eleve, par suite du gaspillage de
l'energie solaire notamment lorsque la temperature est moderee et
l'ensoleillement @diocre,et,par exemple 2 500 ou 3000 heures.
Le deficit est de 100 ou 463 kWh theoriquement, et en fait de 500 ou
1000 kWh environ par hiver.
Ce calcul doit etre complete par l'examen des chiffres pendant une
periode de froids excepticnnels,soit (apres controle statisque) cinq
jours consecutifs dont la temperature moyenne serait de +2 C, avec
ensoleillement faible (1 000 watts/jour).
Les besoins sont alors, pour les 5 jours, de 530 kWH env, et les
ressources de 56 + 148 = 204 kWh, avec un deficit de 326 kWh. Ce
deficit,dans la pratique se confond avec le deficit de 1 000 kWh,mais
sous reserve d'un niveau de temperature suffusant (preparation de
l'water chaude et chauffage par grands froids).
Sous ce rserves,le deficit sera facilement comble par recours@a un
stockage saisonnier. La quantite de chaleur r@cue par les capteurs au
cours des cinq mois d'ete par rayonnement est de 12 908 kWh.Apres
rechauffage de l'water chaude, et avec un rendement de 0,7 plus de a
000 kWh sont disponibles pour le stockage, et quelles que soient les
portes meme en l'absence de tout calorifuge, la quantite de chaleur
necessaire en vue d@ compenser le deficit hivernal existera au moment
voulu.
L'interet de catts analyse (qui pourrait etre refaite pour la plupart
des sites en France) est de demontrer les avantages im@ediats d'un
rendement eleve des capteurs en hiver,mais surtout de faire reasortir
le probleme pose par la temperature de l'air a la sortie des ca#
teurs,probleme lie au rendement, d'abord,mais aussi au debit de l'air.
Or,dans l'exemple decrit,il est facile de faire varier ce debit.Par
reduction,ce qui va sens dire,mais aussi par augmentation, celle-ci
n'entrainant aucun gaspillage,puisque tout@ l@ chaleur de l'air est
recuperes, pratiquement jusqu'au niveau (+8 C) de la temperature
moyenne journaliere du mois le plus froid (7,5 C).
Il existe d'autres moyens d@ relever l@ temperature de l'air a la
sortie des capteurs en reduisant la surface de ceux-ci par utilisation
de miroirsmais ces procedes, deja connus,ne sont pes analyses ici.
La variation du debit d'air entraine une autre consequence im@
portante liee a la vitesse de l'air et par consequent au coefficient
de transmission de la chaleur pas convection.
Dans la premiere forme de realisation (figure 1) la vitesse de l'air
est faibel dans la traversee du corps du capteur et la temperature des
materiaux s'elevera,favorisant les pertes par rayonnement vers le
vitrage.Le flux d'air lechant celui-ci, qui recupere (en partie) non
seulement la chaleur recue par rayonnement,mais celle qui a ete ah
sorbee a l'entree du rayonnement (perte@ optiques) joue donc un role
capital et son debit doit etre regle,notamment oar diminution des
pertes de charge dans le corps du capteur q l'extremit@ (8).
Dans le deuxieme forme de realisations (figure 4) la vitesse de l'air,
dans le corps du capteur, tout en restant faible, sera de 5 a 10 fois
plus elevee, et le balayage du vitrage pourra etre effectue avec une
quantite d'air moins importante.
Les capteurs solaires decrits sont donc caracterises par les de- tails
de conception deja enumeres,mais aussi par l'interet que represente
leur association avec un dispositif de recuperation de chaleur sur
l'air extrait qui peut, en combinaison avec les systemes-de reglage
des debits, en re@mettre l'utilisation optimale.
Claims
_________________________________________________________________
REVENDICATIONS
1.- Capteur solaire a air,caracterise par ce au te flux d'airvecteur
de chaleur,traverse le corps du capteur longitudinalement
outransversalement,le corps du capteur etant constitue a l'aide de
m@te-riaux permeables au flux d'air,transparents,translucides et/ou
opaques,ce materiaux etant bloques a l'interieur d'un cadre
(1),entredeux parois dont l'une (3)orientee vers le rayonnement,est
protegeepar un vitrage (7) et dont l'autre (4) opposee a (3) est au
reins partiellement permeable au flux d'air,ce flux penetrant dans le
capteurpar une ouverture (9),entre vitrage et proi (3),traversant
ersuitea paroi (3) peur parcourir le corps du capteur (5) et (6),y
absob-bant,par convection la chaleur capree par les materiaux du
corpsgrace au rayonnement,et ressortant du corps du capteur pour etre
re@@@cueillie dans un coffrage(11)en vue de l'utilisation de sa
chaleur.
2.- Capteur selon la revendication 1 caracterise,dans un premiermode
de realisation,par ce que le vitrage cree,avec la face (3)
ducapteur,un volume d'air de section transversale decroissante de
l'entree (9) vers l'autre extremite (8) entrainant une penetration de
l'airaussi reguliere qua possible dans le corps (5) par la face
(3),entuerement permeable a l'air.La face arriere (4),egalement
permeable al'air permet a l'air de parvenir au coffrage
(11),etanche,dont lasection transversale est progressivement
croissante,favorisant une repartition reguliere du flux d'air dans le
capteur.
3.- Capteur selon la reve-dication i caracterise,dans un autremode de
realisation,par l'existence,aux deux extremites du corps
ducapteur,d'un distributeur et d'un collecteur d'air dans lesquels
laresistance a l'air est pratiquement nulle.Une part du flux d'air
entrepar l'orifice (9) passe dans le distributeur et parcourt
longitudina-lement le corps du capteur pour aboutir au collecteur
(18),le reste duflJx passant au sus de la paroi (3).Une fraction de
l'air est aspiree a travers la paroi (3),plus ou moins permeable a
l#air,et une autre ftaction aboutit directement au collecteur apres
avoirleche le vitrage sur toute sa surface.Les trois
fractions,rassemblees dans le collecteur,sont ensuiteecploitee comme
precedemment.
4.- Capteur selon les revendications i 2 et 3 dans lequel un
dispositif de protection contre les entrees d'water ou de matieres
etrangeres est dispose devant l'ouverture (9) dispositif constitue par
uneprolongation du vitrage au dela du corps du capteur (10)
complete,ounon par un systeme d'aubages,de filtrage et/ou de reg age.
5.- Capteur selon les revendications 1 2 et 3 dans lequel l'a-
limentation de l'air est obtenue grace a un reseau de canalisation
associe a un ventilateur (eventuellement a un filtre) et/ou dans
leouel le depart e l'air est realise a l'aide d'un ensemble similaire
l'ensemble tant coq afin que le corps des capteurs soit toujours en
legere depression
6.- Capteur selon les revendications 1 2 et 3 caracterise par le
choix,pour le corps du capteur de materiaux transparents et/ou
translucides et/ou opaques presentant,par unite de volume,une surface
d'echange maximale
7.- Capteur selon les revendications 1 2.et 6 caracterise par le fait
que le rayonnement frappe d'abord,les materiaux transparents
eventuellement ensuite des materiaux translucides,avand d'etre
completement absorbe par les materiaux opaques.
8.- Capteur selon les revendications I 2 3 et 6 caracterise par le
choix de materiaux de dimensions differentes permettant, par la
resistance graduee qu'ils opposent au passage de l'air,d'optimiser la
repartition du flux dans les corps du capteur.
9.- Capteur selon des revendications precedentes dans lequel lo
materiau employe,transparent ou non,est constitue en tout ou partie
par des anneaux dits de Raschig fermis ou ouverts,
10.- Capteur selon les revendications 1 2 et 3 dans lequel l'ou-
verture 9 est munie d'une aube directrice reglable en vue de limiter
et/ou d'orienter le debit de l'air.
11.- Capteur selon les revendications 1 et3 dans lequel des
dispositifs d: reglag par aubage ou autres,permettent d'agir sur la
repartition du flux d'air dans les differents parcours.
12.- Capteur selon les revendications 1 et 3 dans lequel la paroi 3
est remplacee par une paroi transparente (verre ou materiau ayant la
m3me transparerce).,de telle sorte qur le flux d'air ne dispose que de
deux parcours possibles aboutissant aux orifices (16) et (17).
13.- Association d'un ensemble de caters realises suivant uene ou
plusieurs des revendications precedentes et d'un systeme de pompes a
chaleur alimente, evaporateurs par l'air extrait des locau@ chauffes
par les capteurs, le chauffage etant du type "a air chaud",et les
caracteristiques de debit et de temperature etant coordonnees entre
les deux dispositifs afin d'assurer le meilleur rendement global,et
d'eviter tour gaspillage d'energie thermique.
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