Réduction des consommations, conformité et performance énergétique.
Un groupe froid qui fonctionne en plein mois de janvier pour refroidir une salle informatique ou un local technique consomme de l'électricité pour faire ce que l'air extérieur ferait gratuitement. Le free-cooling exploite cet écart. La technique est ancienne, bien cadrée par une fiche CEE, et elle reste sous-déployée sur les bâtiments tertiaires existants.
Le free-cooling consiste à refroidir un circuit en utilisant l'air extérieur lorsque sa température est suffisamment basse, sans faire fonctionner le cycle frigorifique.
Deux configurations existent. Le free-cooling direct introduit l'air extérieur dans le local à refroidir. Il est simple mais il transfère aussi l'humidité et les poussières de l'extérieur, ce qui limite son usage sur les locaux à ambiance contrôlée.
Le free-cooling indirect, de loin le plus répandu en tertiaire, refroidit un circuit d'eau par échange avec l'air extérieur, via un aéroréfrigérant ou un échangeur, puis utilise cette eau froide à la place de l'eau produite par le groupe frigorifique. Le local n'est pas en contact avec l'air extérieur.
Dans les deux cas, le bénéfice est le même : les compresseurs s'arrêtent. Le poste électrique le plus consommateur de l'installation de froid disparaît pendant les heures où le free-cooling est actif, ne laissant que les auxiliaires, ventilateurs et pompes.
Le free-cooling est d'autant plus intéressant que le besoin de froid est permanent et que la température de consigne est élevée.
Un besoin permanent signifie que le froid est demandé toute l'année, y compris l'hiver. C'est le cas des salles informatiques et des locaux de télécommunications, des process industriels refroidis, de certains locaux techniques. Ce n'est pas le cas d'une climatisation de confort de bureaux, qui ne fonctionne qu'en période chaude, précisément quand le free-cooling est indisponible.
Une consigne élevée signifie que l'écart avec la température extérieure est favorable pendant un grand nombre d'heures. Une boucle d'eau glacée à 7 °C ne permet du free-cooling que par températures très basses. Une boucle à 18 °C, telle qu'on la rencontre sur les salles informatiques modernes, le permet une grande partie de l'année.
C'est pourquoi la remontée de la consigne est souvent la première action à instruire, avant même l'installation de l'équipement. Elle ne coûte rien et elle élargit la plage de fonctionnement du free-cooling.
Les sites où le free-cooling se justifie le plus
La fiche d'opération standardisée BAT-TH-156 couvre le freecooling par eau de refroidissement en substitution d'un groupe froid pour la climatisation, en bâtiment tertiaire existant.
La condition technique centrale est précise : le système doit pouvoir couvrir 100 % du besoin nominal en froid lorsque la température extérieure est d'au moins 3 °C inférieure à la température de consigne. Cette formulation a une conséquence directe sur le dimensionnement. Il ne s'agit pas d'un appoint, mais d'une substitution complète dans la plage considérée. Un système sous-dimensionné, qui ne couvrirait qu'une partie du besoin, ne satisfait pas la condition.
Une étude de dimensionnement préalable, datée et signée par un professionnel ou un bureau d'études, est requise. Elle doit justifier la couverture de 100 % du besoin dans les conditions ci-dessus et estimer les économies d'énergie.
La durée de vie conventionnelle retenue est de 14 ans.
Le montant se calcule par kilowatt de puissance électrique nominale des compresseurs du groupe de production de froid raccordé, en fonction de la zone climatique et de la plage de température de consigne.
Zone climatique · Consigne de 15 à moins de 18 °C · Consigne de 18 à 20 °C
Deux enseignements se lisent dans ce tableau. D'abord, la zone climatique compte : une même installation vaut davantage en zone H1, où le nombre d'heures favorables au free-cooling est le plus élevé, qu'en zone H3. Ensuite, la plage de consigne compte encore plus : remonter la consigne de 17 à 18 °C fait changer de colonne.
Un coefficient multiplicateur s'applique ensuite : 1 pour une climatisation hors data center, 4,5 pour une climatisation de data center. Cet écart reflète le fonctionnement continu des salles informatiques, et il fait du free-cooling l'une des opérations les plus rentables sur ce type de site.
La puissance prise en compte est la puissance électrique nominale figurant sur la plaque signalétique du groupe mono ou multi-compresseurs raccordé. Les compresseurs de secours ne sont pas comptés. Un groupe froid ne peut donner lieu qu'à une seule délivrance de certificats au titre de ce dispositif.
La place. Un aéroréfrigérant de free-cooling occupe une surface en toiture ou au sol comparable à celle d'un condenseur. Sur un bâtiment dont la toiture est déjà encombrée, c'est la première contrainte à lever.
L'hydraulique. L'insertion d'un échangeur ou d'un aéroréfrigérant dans une boucle existante modifie les pertes de charge et peut exiger la reprise des pompes. Un relevé du circuit existant, avec ses diamètres et ses organes, précède l'étude.
La régulation. Le basculement entre mode mécanique, mode mixte et mode free-cooling intégral doit être automatique, avec des seuils cohérents et une temporisation évitant les cycles courts. Une installation correctement dimensionnée mais mal régulée ne produit pas les économies attendues. C'est le même constat que celui que nous faisons sur les systèmes de gestion technique du bâtiment.
Le gel. Un circuit d'eau exposé à l'air extérieur doit être protégé, par glycolage ou par vidange automatique. Le glycol dégrade légèrement les performances d'échange et doit être pris en compte dans le dimensionnement.
La question se pose sur les sites où le groupe froid est aussi une source de chaleur valorisable.
Les deux logiques ne sont pas contradictoires, mais elles se partagent les heures de l'année. Pendant les heures de free-cooling, les compresseurs sont à l'arrêt et il n'y a plus de chaleur de condensation à récupérer. Pendant les heures de récupération de chaleur, le groupe fonctionne et le free-cooling ne s'applique pas.
L'arbitrage se fait sur le besoin. S'il existe un besoin de chaleur concomitant — eau chaude sanitaire, chauffage de locaux — la récupération de chaleur a généralement la priorité, parce qu'elle évite une consommation de gaz en plus de valoriser l'énergie rejetée. S'il n'y a pas de besoin de chaleur, le free-cooling est la bonne réponse.
Sur de nombreux sites, la combinaison est la plus efficace : récupération de chaleur en période de chauffe, free-cooling en mi-saison et en période froide lorsque le besoin de chaleur est couvert. Cela suppose une régulation qui arbitre entre les deux modes, et donc une étude qui traite les deux ensemble.
Le besoin de froid est-il permanent sur l'année ou saisonnier. Si saisonnier, le free-cooling a peu d'intérêt.
Quelle est la température de départ d'eau glacée actuelle, et peut-elle être remontée sans dégrader l'usage. C'est le levier gratuit à instruire en premier.
Quelle est la puissance électrique nominale des compresseurs raccordés, hors secours. C'est la base de calcul de la prime.
La toiture ou l'emprise au sol peut-elle recevoir un équipement supplémentaire, et la structure est-elle compatible.
Enfin, faites établir l'étude de dimensionnement avant la signature du devis, et vérifiez qu'elle démontre explicitement la couverture de 100 % du besoin nominal lorsque la température extérieure est inférieure d'au moins 3 °C à la consigne. C'est la condition sur laquelle le dossier sera contrôlé.
Sources : Fiche d'opération standardisée BAT-TH-156, freecooling par eau de refroidissement en substitution d'un groupe froid pour la climatisation, ministère de la Transition écologique, https://www.ecologie.gouv.fr/politiques-publiques/operations-standardisees-deconomies-denergie · Arrêté du 22 décembre 2014 définissant les opérations standardisées d'économies d'énergie, modifié · ADEME, https://www.ademe.fr
