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Free cooling : qu’est-ce que c’est, comment ça marche et où est-ce qu’on l’utilise ?

Le Free cooling est un système capable de tirer parti de la différence de température avec l’environnement extérieur pour refroidir les espaces intérieurs sans utiliser de systèmes de réfrigération

Avec l’arrivée de la saison estivale et l’augmentation des températures, on a de plus en plus recours à la climatisation. Parfois, la climatisation est utilisée de manière excessive, au point de devenir un risque pour la santé et un problème en termes de consommation énergétique.

Pour réduire l’utilisation excessive des systèmes de refroidissement et maîtriser les coûts énergétiques, il existe des solutions qui exploitent au mieux les conditions climatiques externes, surtout lorsque celles-ci sont plus confortables que l’environnement intérieur.

L’une d’entre elles est la technologie du Free cooling, un système de climatisation naturelle réalisable également à travers un simple système de ventilation mécanique.

La ventilation mécanique représente une ressource importante pour faire face efficacement au problème de la pollution intérieure et pour prévenir d’éventuels risques pour la santé des occupants des bâtiments.

De plus, les meilleurs systèmes de ventilation mécanique contrôlée sont équipés de free cooling. Il est essentiel de connaître également les outils appropriés pour pouvoir concevoir de manière optimale ce type d’installations. En effet, seul un logiciel BIM de MEP permet de gérer au mieux toutes les phases du projet, de la conception à la réalisation.

Ventilation mécanique contrôlée (VMC) issu du logiciel Edificius MEP

Ventilation mécanique contrôlée (VMC) issu du logiciel Edificius MEP

Qu’est-ce que le Free cooling

Le Free cooling permet de rafraîchir les espaces intérieurs en exploitant uniquement l’air extérieur de renouvellement, au moment où il est plus confortable que l’air intérieur. Il exploite la différence de température avec l’environnement extérieur pour rafraîchir les espaces internes, sans nécessité d’ utiliser le système de réfrigération et donc en consommant moins d’énergie.

Il s’agit d’une technologie largement utilisée dans l’industrie, les centres commerciaux, les data centers et les installations sportives, mais elle se répand également dans le domaine domestique.

En effet, cette méthode peut être particulièrement utile en été, notamment la nuit, lorsque la température extérieure est plus fraîche que celle à l’intérieur, ainsi que pendant les demi-saisons.

Il existe 2 types de rafraîchissement naturel : 

  • free cooling direct : lorsque de l’air extérieur est introduit directement dans un espace intérieur qui a une température plus élevée que l’extérieur. Par exemple, en utilisant un système de ventilation mécanique ;
  • free cooling indirect : lorsque la température à laquelle se trouve la source froide est transférée au circuit de distribution interne via un échangeur de chaleur. Par exemple, dans les installations géothermiques, il est possible d’isoler la pompe à chaleur et de faire interagir, à travers un échangeur, le circuit de distribution interne avec le mélange provenant de la sonde à la température du sol. La pompe à chaleur ne consommera pas d’électricité : le rafraîchissement naturel des espaces est effectué sans contribution électrique.

Free cooling direct

Ce type de système peut être mis en place avec des installations à air à débit variable ou constant et est particulièrement adapté pour les régions méditerranéennes, où l’humidité ne dépasse que rarement les 70% pendant la majeure partie de l’année.

Le free cooling direct est largement choisi par les grands magasins qui doivent rester frais même lorsqu’ils sont fortement fréquentés : l’air extérieur, généralement plus frais que l’intérieur, circule dans les espaces, contribuant à oxygéner et à rafraîchir la présence des visiteurs. Par nature, le free cooling direct est également adapté au printemps et à l’automne.

Free cooling indirect

Dans ce type de système, l’eau du circuit de distribution est refroidie en utilisant deux sources : une installation géothermique avec une pompe à chaleur ou l’air extérieur.

Dans les installations géothermiques avec distribution par panneaux rayonnants, il est possible de rafraîchir naturellement les espaces en faisant circuler dans les panneaux rayonnants l’eau de retour issue des sondes géothermiques, en isolant la pompe à chaleur avec un bypass. La température acquise du sol est transférée au circuit de distribution grâce à un simple échangeur de chaleur.

L’air extérieur peut également être utilisé pour refroidir l’eau de l’installation, mais il doit alors y avoir des conditions climatiques favorables sans températures extérieures trop élevées.

Ventilation mécanique contrôlée avec free cooling

La ventilation mécanique contrôlée (VMC) est un système conçu pour assurer le renouvellement de l’air entre l’intérieur et l’extérieur des bâtiments. Pendant ce processus, les principaux paramètres qui influent sur la qualité de l’air, tels que la température et l’humidité, sont gérés et maintenus.

Le fonctionnement de ces systèmes est simple : l’air intérieur est évacué en le faisant passer d’abord à travers un échangeur de chaleur qui a pour fonction de retenir une partie de la chaleur.

L’étape suivante consiste à faire entrer l’air extérieur. L’air extérieur passe également à l’intérieur du même échangeur de chaleur qu’auparavant, lui transmettant la chaleur stockée précédemment.

Pendant les périodes estivales caractérisées par une forte chaleur, l’humidité élevée devient un facteur critique qui accentue la perception de la chaleur. La plupart des systèmes de ventilation mécanique contrôlée sont équipés de dispositifs de déshumidification qui contribuent à atténuer cet effet.

Les systèmes de ventilation mécanique avec free cooling permettent un échange efficace de l’air chaud estival, surtout pendant les heures nocturnes, en exploitant le refroidissement et la déshumidification naturels de l’air extérieur. Cette technologie tire parti de la différence de température entre les espaces internes et externes pour garantir un confort sans avoir recours à la climatisation.

En adoptant cette technologie, le système règle automatiquement l’activité de l’échangeur de chaleur en fonction de la température de l’air extérieur, réduisant de manière significative la consommation d’énergie. Les systèmes VMC assurent non seulement la qualité de l’air à l’intérieur des espaces, mais offrent également une opportunité concrète de réduire la consommation d’énergie associée au rafraîchissement estival.

De plus, la consommation énergétique des systèmes VMC avec free cooling est de loin inférieure à celle des systèmes de climatisation traditionnels, même ceux ayant la meilleure classification énergétique, en en faisant une solution hautement efficace du point de vue énergétique.

Free cooling : avantages et inconvénients

Le système de rafraîchissement naturel des espaces exploite uniquement la différence de température avec l’environnement extérieur.

Ainsi, un système de free cooling n’a pas besoin d’un système de réfrigération spécifique, c’est-à-dire de machines favorisant les échanges thermiques. Par conséquent, grâce à son fonctionnement avec une consommation nulle d’énergie pour la climatisation, il permet des économies significatives sur les factures.

De plus, il s’agit d’un système basé sur une technologie simple nécessitant peu d’entretien, principalement lié au nettoyage régulier du radiateur.

Parmi les inconvénients figure une puissance dissipée réduite par rapport à d’autres systèmes, ce qui se traduit par une moins grande efficacité de dissipation de la chaleur et une dépendance aux conditions ambiantes. De plus, il est toujours nécessaire de prévoir la présence de systèmes de climatisation dédiés correctement configurés pour prendre en compte également le système de free cooling.

Adopter cette technologie, là où le climat le permet, nécessite donc un investissement initial plus élevé que celui requis par les systèmes à expansion directe ou à eau réfrigérée sans free cooling, et est donc souvent rejeté en raison d’une vision à court terme répandue dans l’évaluation des retours économiques à long terme.

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