Free cooling

Principe du Free Cooling

Le “Free Cooling” est une expression anglophone utilisée pour désigner une méthode de rafraîchissement gratuite d’un logement. Le principe de fonctionnement est simple : il utilise la différence de température entre l’intérieur et l’extérieur d’une maison, d’un immeuble ou tout autre bâtiment pour alimenter le système de refroidissement.

Une solution respectueuse de l'environnement

Le Free Cooling, ou système de refroidissement passif (ou ventilation intensive d’été), permet de refroidir naturellement un bâtiment tout en étant parfaitement respectueux de l'environnement. En été, le principe du Free Cooling est capable d'assurer les mêmes fonctions qu'un climatiseur.

Cette alternative écologique permet de faire redescendre la température ambiante dans un logement de quelques degrés. Les résidents peuvent ainsi bénéficier d'un meilleur confort thermique en été, même s'il fait très chaud dehors pendant le jour et la nuit.

Un système de Free Cooling rattaché à un chauffage au sol permet un refroidissement passif du logement compris entre 2 et 4 °C.

Le Free Cooling diurne

Il existe deux types de Free Cooling différents. Le Free Cooling diurne et le Free Cooling nocturne. Le principe de fonctionnement d’un système de refroidissement passif en journée consiste à surventiler un bâtiment en utilisant la fraîcheur de l’air extérieur. Pour que le Free Cooling diurne soit possible, il faut toutefois que la température extérieure soit moins importante que la température intérieure.
De plus, de grands débits d’air seront indispensables pour pouvoir surventiler le bâtiment puisque la capacité frigorifique de l’air extérieur reste tout de même faible.

La ventilation intensive nécessite l’ouverture des fenêtres et des portes soit manuellement soit mécaniquement selon le type d’installation en place. L’ensemble des ouvertures d’un bâtiment doit représenter au moins 2 % de la surface de la maison ou de l’immeuble pour être sécurisé et suffire au bon fonctionnement du système.
Les experts estiment que lorsque les ouvertures représentent 3 % de la surface de la maison ou de l’immeuble, les risques d’effraction deviennent plus importants. Lorsque les ouvertures représentent 1 % de la surface de la maison ou de l’immeuble, le Free Cooling ne fonctionne pas.

Le Free Cooling nocturne

Quant au principe de fonctionnement du Free Cooling nocturne, son efficacité et son rendement sont meilleurs puisque la température est toujours plus froide la nuit que le jour. Tout comme le Free Cooling diurne, la fraîcheur de l’air extérieur est utilisée pour rafraîchir le bâtiment grâce à un système de ventilation intensive qui opère la nuit. L’expression “décharge nocturne” est employée pour ce type de système.
En effet, le Free Cooling nocturne permet d’évacuer la chaleur accumulée par le bâtiment au cours de la journée.

Sachez que seuls les immeubles ou maisons à forte inertie thermique pourront être efficacement rafraîchis par des ouvertures installées sur une seule façade. Dans la plupart des cas, il est indispensable de créer un système de ventilation intensive transversale en installant des ouvertures sur des murs opposés. Une alternative consiste à mettre en place un ventilateur vertical.

Le principe de fonctionnement du Free Cooling

Le refroidissement passif est une solution très économique puisque la chaleur évacuée du logement est conservée par la sonde géothermique afin de ne pas être gaspillée. Cette énergie permet en effet de chauffer l'eau chaude sanitaire utilisée dans la salle de bains ou dans la cuisine lorsque le système de refroidissement passif est associé à une pompe à chaleur géothermique. La chaleur est alors temporairement stockée dans le sol ce qui permet au système d’être d’une grande efficacité.

Le Free Cooling utilise une énergie gratuite : l’air extérieur. Dès lors que celui-ci est d’une température plus basse que la température intérieure, elle peut servir au fonctionnement de ce système de ventilation forcée. Dans des bâtiments industriels où les machines produisent elles-mêmes de la chaleur lorsqu’elles sont en fonctionnement, l’air frais extérieur permet d’alimenter en fraîcheur les locaux. Les groupes frigorifiques énergivores sont ainsi relayés par le Free Cooling qui permet de réaliser des économies sur la facture énergétique du bâtiment pendant l’hiver.

En été, le système de ventilation permet d’extraire la chaleur que le bâtiment a accumulé en journée.

Les sources d'énergie de refroidissement naturel pouvant être utilisées pour le Free Cooling sont les suivantes :

1. Les eaux profondes (nappes phréatiques, lac, etc.) ;
2. La température extérieure pendant la nuit ;
3. Les vents froids des hautes altitudes (en montagne) ;
4. La température extérieure lorsque les journées sont fraîches (la force du vent joue alors le rôle de ventilateur) ;
5. Les souterrains, etc.

La pompe de circulation du système consomme une petite quantité d'électricité pour fonctionner. Lorsqu’un plancher chauffant est installé dans le logement, le Free Cooling permet de refroidir le sol en refroidissant le fluide caloporteur passant dans les tuyaux. Ce système permet de créer du froid au sol et d’extraire la chaleur des pièces par le haut.

Les avantages du Free Cooling

Le refroidissement passif d'un logement permet d'éviter les courants d'air et implique des frais d'investissement peu importants. De plus, à l'usage, c'est une solution efficace qui ne coûte pas très cher.

Un climatiseur est bien plus efficace pour refroidir un logement mais il s'agit d'un système très énergivore et peu respectueux de l'environnement.  Pour un refroidissement passif du logement, une pompe à chaleur géothermique est nécessaire.
Il faut savoir que le confort thermique des résidents en été est effectif jusqu'à ce que la température d'une pièce atteigne 28 °C. Au-delà, la chaleur est difficile à supporter. Le refroidissement passif permet de diminuer de plusieurs degrés la maison sans installation d'un système de climatisation.

Atteindre les performances de la RT 2012

Des limitations de consommation énergétique sont à respecter au titre de la réglementation thermique 2012 (RT 2012), notamment en termes de chauffage et de climatisation. Pour atteindre un taux de consommation convenable, voire obtenir des performances répondant aux exigences des bâtiments basse consommation, installer un système de Free Cooling est une des solutions idéales.

Sur le toit d’une maison, sur le toit d’un immeuble ou encore sur le toit du bâtiment d’une entreprise, il est conseillé d’installer un système générant de l’énergie grâce à une pompe à chaleur ou un groupe froid réversible. Ces appareils sont capables d’utiliser des énergies gratuites et peuvent générer aussi bien du chaud que du froid pour subvenir aux besoins du bâtiment tout au long de l’année.
Afin d’éviter les mauvaises surprises, nous vous conseillons toutefois de prévoir une autre solution de chauffage pour votre bâtiment, puisque ces appareils ne serviront que d’appoint sur les températures extérieures deviennent trop froides. Cette nécessité dépend également du COP (coefficient de performance) de la pompe à chaleur ou du groupe de froid réversible que vous avez installé.

Installation des ouvertures

Des châssis basculants sont particulièrement adaptés au principe du Free Cooling. Leur étanchéité contre la pluie est efficace et ils sont prévus pour empêcher les risques d’intrusion. Les châssis basculants peuvent être munis de commandes manuelles ou de commandes automatiques. Pour optimiser le système, il est possible de positionner des grilles fixes à l’intérieur de ce type d’ouverture. Cela permet de pouvoir ouvrir les châssis basculants entièrement. La ventilation intensive est ainsi maximisée puisque les ouvertures peuvent être complètement ouvertes.
Selon les besoins en refroidissement du bâtiment, ces grilles peuvent être amovibles et peuvent être ôtées en hiver, par exemple.

Pour mettre en place un système de Free Cooling efficace, sachez que l’air frais entre toujours par le bas d’une pièce et que l’air chaud peut être extrait par le haut du bâtiment. En effet, l’air chaud monte. Cela permet la circulation de l’air.

Sachez également que l’orientation du bâtiment a une influence directe sur l’efficacité du système de Free Cooling. La majorité des vents forts soufflent depuis le sud-ouest et l’axe dans lequel est positionné le bâtiment à son importance. En effet, des vents parallèles aux ouvertures ne fonctionnent pas pour le système de Free Cooling.