BAT-TH-156 : le freecooling par eau vaut jusqu’à 28 800 kWh cumac par kW en datacenter

Un groupe d’eau glacée fabrique du froid en faisant tourner un compresseur, de loin le premier poste de consommation électrique d’une climatisation. Il le fait toute l’année, même par 5 °C dehors, parce qu’un immeuble à façade vitrée, un bloc opératoire ou une salle de serveurs ont besoin de froid en plein hiver : apports internes, apports solaires, charges informatiques qui ne baissent jamais.

Or quand l’air extérieur est nettement plus froid que l’eau du réseau, un cycle frigorifique est inutile : il suffit de faire passer l’eau dans un échangeur balayé par l’air. C’est le rôle de l’aéroréfrigérant, une batterie à ailettes ventilée où l’eau du réseau, ou un circuit intermédiaire, cède sa chaleur à l’air. La tour aéroréfrigérante fait la même chose avec une évaporation partielle d’eau, ce qui permet de descendre sous la température de l’air sec, mais impose un échangeur pour isoler le réseau de climatisation de l’eau de la tour. Ne restent en marche que des ventilateurs et des pompes, dont la puissance est une fraction de celle des compresseurs.

Tout repose sur l’écart de température : un échangeur ne refroidit pas l’eau jusqu’à la température de l’air, il lui faut quelques degrés de marge. C’est ce que fixe la fiche en exigeant que le système couvre 100 % du besoin nominal en froid dès que l’air extérieur est au moins 3 °C sous la consigne. Avec une consigne à 18 °C, le freecooling total démarre à 15 °C extérieurs ; à 15 °C de consigne, il faut attendre 12 °C. Le nombre d’heures de freecooling dans l’année change fortement entre les deux, et c’est pour cela que le barème récompense les réseaux à consigne haute.

Le même raisonnement explique les deux autres paramètres. En zone H1, les heures d’air sous 12 ou 15 °C sont bien plus nombreuses qu’en zone H3, sur le littoral méditerranéen : les valeurs baissent du nord au sud. Et un datacenter produit du froid 24 heures sur 24, toute l’année, à charge presque constante, là où une climatisation de confort tourne surtout aux heures de bureau et à la saison chaude : le coefficient 4,5 traduit cet écart de temps de fonctionnement. L’automatisme obligatoire transforme ce potentiel en économie réelle en basculant entre freecooling total, pré-refroidissement partiel et marche du groupe froid selon la température extérieure et celle du réseau.

La fiche s’adresse aux propriétaires et exploitants d’un bâtiment tertiaire existant équipé d’un réseau hydraulique de climatisation alimenté par un groupe de production de froid, mono ou multi-compresseurs. Il faut un réseau d’eau : une climatisation à détente directe, split ou DRV, n’a pas de réseau hydraulique à refroidir et n’entre pas dans la fiche.

Deux usages sont distingués, chacun avec son coefficient. La climatisation hors datacenter couvre tout réseau qui ne refroidit pas un centre de données : bureaux, cliniques, universités, centres commerciaux, hôtels, laboratoires. La climatisation de datacenter couvre le refroidissement des salles informatiques. La fiche ne définit pas elle-même le datacenter. La lecture prudente consiste à réserver le coefficient 4,5 aux groupes dont le froid est effectivement dédié à des équipements informatiques, et à documenter cet usage dans l’étude de dimensionnement.

La fiche n’exige aucune qualification particulière de l’installateur, seulement un professionnel, et ne fixe pas de condition d’âge sur le groupe froid. Comme pour toute opération CEE, le mandataire ou l’obligé qui valorise les certificats doit être intervenu au plus tard le jour de l’engagement, en pratique avant la signature du devis.

• Éligible : bâtiment tertiaire existant, réseau hydraulique de climatisation, groupe froid mono ou multi-compresseurs, freecooling neuf par aéroréfrigérant ou TAR avec échangeurs, automatisme et régulation inclus.
• Éligible avec coefficient 4,5 : groupe dont le froid refroidit un datacenter, usage documenté dans l’étude.
• Exclu : climatisation sans réseau d’eau (split, DRV, armoires à détente directe), bâtiment tertiaire neuf, logement, industrie.
• Exclu : groupe froid ayant déjà fait l’objet d’une délivrance de certificats pour un freecooling.

Le montant en kWh cumac est le produit de trois termes : une valeur de base en kWh cumac par kW, lue dans le tableau selon la zone climatique et la plage de consigne du réseau ; Pcompresseurs, la puissance électrique nominale des compresseurs raccordés, en kW ; et un coefficient d’usage, 1 pour la climatisation hors datacenter, 4,5 pour le datacenter.

La consigne du réseau est définie par la fiche comme la température de départ du groupe de production de froid. Deux plages : de 15 °C inclus à 18 °C exclu, et de 18 °C inclus à 20 °C inclus. Un réseau réglé exactement à 18 °C relève de la plage haute. Un réseau à 14 °C, ou à 21 °C, ne correspond à aucune case : la fiche ne prévoit pas de valeur, et la lecture prudente est qu’il n’ouvre pas droit à la fiche. C’est le point à vérifier en premier, car beaucoup de réseaux d’eau glacée classiques partent à 7 ou 12 °C. La fiche vise les réseaux à température élevée, planchers rafraîchissants, poutres froides, plafonds rayonnants, salles informatiques à régime haut, ou ceux dont la consigne est remontée dans le cadre du projet.

Pcompresseurs se lit sur la plaque signalétique du groupe raccordé au freecooling, pour la plage de consigne concernée : la puissance absorbée par un compresseur dépend de son régime, et c’est la valeur correspondant à la consigne réelle du réseau qu’il faut retenir, pas la puissance maximale à un autre régime. À défaut de plaque exploitable, un document du fabricant fait foi. Les compresseurs de secours ne sont pas comptés. Et il s’agit de kW électriques, pas de kW frigorifiques : sur un groupe d’eau glacée, la puissance frigorifique est souvent deux à quatre fois plus élevée.

La valeur la plus basse du barème est 3 000 kWh cumac par kW, en H3 avec une consigne de 15 à 18 °C et un coefficient 1. La plus haute est 6 400 × 4,5 = 28 800 kWh cumac par kW, en H1 avec une consigne de 18 à 20 °C en datacenter : 28 800 divisé par 3 000, un rapport de 9,6. À zone égale, remonter la consigne à 18 °C ou plus rapporte 25 % de plus en H1 et 57 % de plus en H3.

Posons quatre cas, avec une puissance électrique nominale lue sur la plaque des compresseurs en service. Immeuble de bureaux à Lyon, zone H1, plafonds rayonnants alimentés à 16 °C, groupe de 80 kW électriques, hors datacenter : 5 100 × 80 × 1 = 408 000 kWh cumac. Clinique à Toulouse, zone H2, réseau à 18 °C, groupe de 150 kW électriques : 5 900 × 150 × 1 = 885 000 kWh cumac. Datacenter à Marseille, zone H3, réseau à 18 °C, deux groupes totalisant 200 kW électriques en service : 4 700 × 200 × 4,5 = 4 230 000 kWh cumac.

Le quatrième cas montre ce que vaut la consigne. Datacenter à Paris, zone H1, 200 kW électriques, réseau réglé à 19 °C : 6 400 × 200 × 4,5 = 5 760 000 kWh cumac. Le même site avec un réseau à 17 °C donnerait 5 100 × 200 × 4,5 = 4 590 000 kWh cumac, soit 1 170 000 kWh cumac de moins pour deux degrés. Quand le projet permet de remonter la température de départ au-dessus de 18 °C sans dégrader le service, le choix se fait avant le dimensionnement, pas après.

Dernier exemple, sur la redondance. Un groupe à quatre compresseurs de 40 kW électriques dont un de secours, à Lille en H1, réseau à 18 °C, hors datacenter : la puissance à retenir est 3 × 40 = 120 kW, et le montant 6 400 × 120 × 1 = 768 000 kWh cumac. Compter les quatre donnerait 6 400 × 160 × 1 = 1 024 000 kWh cumac, soit 256 000 kWh cumac de trop.

La condition de performance tient en une phrase : le système est dimensionné pour couvrir, lorsqu’il fonctionne, 100 % du besoin nominal en froid quand la température extérieure est au moins 3 °C inférieure à la consigne. C’est une règle de dimensionnement de l’échangeur et de l’aéroréfrigérant, pas un objectif d’économie. Un freecooling qui ne ferait que pré-refroidir le retour en laissant un compresseur tourner par 10 °C dehors ne répond pas à la fiche, même s’il économise de l’énergie.

La pièce maîtresse est l’étude de dimensionnement préalable, établie, datée et signée par un professionnel ou un bureau d’études. La fiche en liste le contenu en six points : les besoins en froid du bâtiment selon les périodes de l’année ; le descriptif des installations avant et après travaux ; le descriptif des équipements installés pour refroidir l’eau en substitution du groupe froid ; la justification que le système couvre 100 % du besoin nominal ; les caractéristiques du groupe froid, marque, référence et puissance électrique nominale en kW ; et une évaluation des économies attendues selon la marche prévisible, heures de fonctionnement et taux de charge. C’est le document justificatif spécifique de l’opération, et le mot préalable implique qu’il soit antérieur à la pose.

La preuve de réalisation, en pratique la facture, mentionne l’installation d’un système de freecooling par eau de refroidissement utilisant l’air extérieur. Si elle n’emploie pas ces termes, la fiche admet une voie de rattrapage : marque et référence de l’équipement posé, complétées par un document du fabricant attestant que cet équipement est un système de freecooling par eau de refroidissement utilisant l’air extérieur. Dans les deux cas, la facture doit permettre de rattacher le freecooling au groupe dont la plaque fixe Pcompresseurs. Enfin, l’automatisme et la régulation font partie de la définition du système : un aéroréfrigérant raccordé par des vannes manuelles, ouvertes en novembre et fermées en avril, n’est pas le système décrit.

Avec un coefficient 4,5, un dossier de datacenter se compte en millions de kWh cumac pour un seul groupe, et il est regardé en proportion. Les motifs de rejet se déduisent presque tous du texte de la fiche, et la plupart se jouent avant la commande.

Le bon ordre : relever la température de départ réelle du groupe et vérifier qu’elle tombe dans une des deux plages ; photographier la plaque des compresseurs et compter ceux en service ; faire établir l’étude avec ses six rubriques ; vérifier que le devis décrit un aéroréfrigérant ou une TAR neuve, ses échangeurs et sa régulation ; faire intervenir le mandataire avant de signer. Quand ces points sont calés, le calcul tient en une multiplication à trois termes et le dossier passe.

• Pas d’étude de dimensionnement préalable, étude postérieure à la pose, ou étude muette sur l’une des six rubriques : son absence est rédhibitoire.
• Consigne du réseau hors des deux plages, ou consigne déclarée différente de celle qui figure dans l’étude et sur la régulation.
• Pcompresseurs surévaluée : secours comptés, puissance frigorifique à la place de la puissance électrique, ou puissance lue à un régime qui n’est pas celui de la plage de consigne concernée.
• Coefficient 4,5 appliqué à un groupe qui ne refroidit pas un datacenter, ou à un groupe commun bureaux et salle serveurs sans que l’étude justifie l’usage retenu.
• Système incomplet : pas d’automatisme ni de régulation, TAR sans échangeur, freecooling dimensionné pour un simple pré-refroidissement, ou équipement réutilisé au lieu d’un matériel neuf.
• Facture qui ne mentionne ni un système de freecooling par eau de refroidissement utilisant l’air extérieur, ni, à défaut, la marque et la référence complétées par un document du fabricant.
• Groupe froid ayant déjà bénéficié d’une délivrance de certificats pour un freecooling, ou mandataire intervenu après la signature du devis.