IND-UT-135 : le freecooling par eau vaut jusqu’à 51 660 kWh cumac par kW de compresseur

Un groupe froid industriel produit de l’eau à une consigne souvent comprise entre 12 et 20 °C pour refroidir des moules d’injection, des cuves, des bains de traitement ou des broches de machines. Un compresseur comprime un fluide frigorigène, ce qui coûte de l’électricité, puis un condenseur rejette la chaleur dehors. Or une grande partie de l’année, l’air extérieur est déjà plus froid que l’eau à produire : faire tourner un compresseur pour tenir 15 °C quand il fait 5 °C dehors revient à payer un travail que la météo offre.

Le freecooling court-circuite ce travail. Le réseau hydraulique, ou un circuit intermédiaire séparé par un échangeur, passe dans un aéroréfrigérant, batterie à ailettes balayée par des ventilateurs, ou dans une tour aéroréfrigérante, où l’évaporation d’une partie de l’eau abaisse encore la température atteignable. L’eau revient refroidie sans qu’aucun compresseur ait tourné : seuls les ventilateurs et les pompes consomment, pour une puissance très inférieure.

La physique fixe deux limites que la fiche reprend. Un échangeur a besoin d’un écart de température : la fiche exige la couverture de 100 % du besoin nominal dès que l’air est au moins 3 °C sous la consigne. Et le gain annuel dépend du nombre d’heures où cette condition est remplie : plus la consigne est haute et le climat frais, plus ces heures sont nombreuses, d’où un barème qui monte avec la consigne et descend de H1 à H3. Plus l’usine tourne, plus ces heures sont exploitées, d’où le coefficient de durée de fonctionnement.

La fiche s’adresse aux sites industriels qui exploitent, ou vont exploiter, un réseau hydraulique refroidi par un groupe de production de froid dont la température de départ se situe dans l’une des trois plages du barème : de 12 à moins de 15 °C, de 15 à moins de 18 °C, de 18 à 21 °C inclus. Plasturgie, agroalimentaire à température positive, chimie et pharmacie, mécanique, traitement de surface : les usages sont nombreux.

Le barème ne connaît que les zones H1, H2 et H3 : un site hors de ces zones n’a pas de valeur applicable, et la lecture prudente est qu’il n’entre pas dans la fiche. De même, un réseau dont la consigne est inférieure à 12 °C, cas de l’eau glacée classique à 7 °C, ou supérieure à 21 °C, ne correspond à aucune colonne. La fiche n’écrit pas d’exclusion explicite, mais elle ne donne aucun montant, ce qui revient au même.

Deux conditions de forme s’appliquent à tous. La mise en place est réalisée par un professionnel, et comme pour toute opération CEE, l’acteur qui valorise les certificats doit être intervenu au plus tard le jour de l’engagement, en pratique avant la signature du devis. Enfin, un groupe de production de froid ne peut faire l’objet que d’une seule délivrance de certificats pour un freecooling.

Le montant en kWh cumac est le produit de trois termes : la valeur du barème, qui dépend de la zone climatique et de la plage de consigne du réseau ; la puissance électrique nominale P des compresseurs, en kW ; et le coefficient lié à la durée de fonctionnement de l’usage du froid.

La consigne est, selon la fiche, la température de départ du groupe de production de froid, pas celle du retour ni celle du process. Les bornes comptent : la plage « de 12 à 15 °C » exclut 15 °C, qui bascule dans la plage suivante, et la dernière plage inclut 21 °C.

P est la puissance électrique nominale de la plaque signalétique du groupe mono ou multi-compresseurs raccordé au freecooling, pour la plage de consigne concernée, ou à défaut celle d’un document du fabricant. C’est la puissance électrique, pas la puissance frigorifique, qui est nettement plus élevée. Et la fiche écarte les compresseurs de secours : un groupe à quatre compresseurs dont un en redondance se compte sur trois.

Le coefficient traduit le régime de marche : 1x8, coefficient 1 ; 2x8, 5 ou 6 jours sur 7, coefficient 2,2 ; 3x8 avec arrêt le week-end, coefficient 3 ; 3x8 sans arrêt le week-end, coefficient 4,2. Dans le tableau de la fiche, la mention « 5j/7 ou 6j/7 » accompagne la ligne 2x8.

Entre la case la plus basse, 3 300 kWh cumac par kW en H3 avec une consigne de 12 à 15 °C, et la plus haute, 12 300 en H1 de 18 à 21 °C, le rapport est de 12 300 divisé par 3 300, soit environ 3,7. Avec le coefficient, un kW de compresseur vaut au minimum 3 300 × 1 = 3 300 kWh cumac et au maximum 12 300 × 4,2 = 51 660 kWh cumac. Quatre cas d’usine permettent de se situer.

Un atelier d’injection plastique à Lyon, zone H1, refroidit ses moules avec une eau de départ à 13 °C, donc 7 400 kWh cumac par kW, avec un groupe de 90 kW électriques en 2x8 : 7 400 × 90 × 2,2 = 1 465 200 kWh cumac. Si l’étude montre que le process accepte 15 °C, la valeur passe à 9 900 et le même groupe donne 9 900 × 90 × 2,2 = 1 960 200 kWh cumac. Relever la consigne de deux degrés est ici la décision la plus rentable du projet, en certificats comme en heures de freecooling réelles.

Un site agroalimentaire à Rennes, zone H2, alimente ses cuves avec une eau à 16 °C, donc 8 200 kWh cumac par kW. Le groupe compte quatre compresseurs de 50 kW dont un en secours : P vaut 150 kW, pas 200. En 3x8 du lundi au samedi, coefficient 3 : 8 200 × 150 × 3 = 3 690 000 kWh cumac. Avec le secours compté, le dossier aurait affiché 8 200 × 200 × 3 = 4 920 000 kWh cumac, écart que le contrôle relèverait.

Une unité pharmaceutique à Marseille, zone H3, boucle de process à 20 °C, donc 9 000 kWh cumac par kW, production continue sept jours sur sept, groupe de 200 kW : 9 000 × 200 × 4,2 = 7 560 000 kWh cumac. Le climat du sud pèse sur la valeur unitaire, mais la marche continue et la consigne haute en font le plus gros volume des quatre.

Un atelier de mécanique à Strasbourg, zone H1, refroidit ses broches avec une eau à 18 °C, donc 12 300 kWh cumac par kW, une seule équipe, groupe de 40 kW : 12 300 × 40 × 1 = 492 000 kWh cumac. La meilleure case du barème ne compense pas un régime de marche réduit.

La condition de performance est unique et chiffrée : le système doit être dimensionné pour couvrir, lorsqu’il fonctionne, 100 % du besoin nominal en froid dès que la température extérieure est au moins 3 °C inférieure à la consigne. Un aéroréfrigérant qui ne ferait que pré-refroidir l’eau en laissant les compresseurs finir le travail par 5 °C dehors ne répond pas à la fiche. Le bureau d’études doit montrer que la puissance d’échange de l’appareil, avec 3 °C d’écart entre l’air et la consigne, égale ou dépasse le besoin nominal : un faible écart impose de grandes surfaces d’échange.

La pièce maîtresse est l’étude de dimensionnement préalable, établie, datée et signée par un professionnel ou un bureau d’études, avec six rubriques imposées : besoins en froid selon les périodes de l’année, descriptif des installations avant et après travaux, descriptif des équipements installés pour refroidir l’eau en substitution du groupe, justification de la couverture de 100 % du besoin nominal, caractéristiques du groupe avec marque, référence et puissance électrique nominale en kW, et évaluation des économies attendues selon la marche prévisible, heures de fonctionnement et taux de charge. Cette dernière rubrique justifie aussi le coefficient retenu. C’est le document justificatif spécifique de l’opération.

La preuve de réalisation, en pratique la facture, doit mentionner l’installation d’un système de freecooling par eau de refroidissement utilisant l’air extérieur. Si elle se limite à la marque et à la référence de l’équipement, un document du fabricant doit attester que cet équipement est bien un tel système.

Un dossier IND-UT-135 se vérifie en remontant la chaîne du calcul : la plaque du groupe pour P et le nombre de compresseurs en service, la consigne de départ réglée sur la régulation pour la colonne, la zone climatique, les horaires réels de l’usine pour le coefficient, puis l’étude pour la couverture de 100 % du besoin à 3 °C d’écart et sa date. Les motifs de rejet tiennent tous à l’un de ces maillons.

• Pas d’étude de dimensionnement préalable, étude postérieure à la pose, ou muette sur l’une des six rubriques.
• Système sous-dimensionné : l’aéroréfrigérant ne couvre qu’une partie du besoin à 3 °C d’écart. La fiche exige 100 %, pas un appoint.
• P surévaluée : compresseurs de secours comptés, ou puissance frigorifique retenue à la place de la puissance électrique de la plaque.
• Mauvaise colonne : température de retour ou du process déclarée à la place du départ du groupe.
• Coefficient surévalué : 3x8 sans arrêt le week-end déclaré alors que l’usine s’arrête le dimanche (3 et non 4,2), ou 3x8 déclaré pour une marche en 2x8 (2,2).
• Consigne hors des plages du barème, eau glacée à 7 °C ou boucle à 25 °C : aucune valeur ne s’applique.
• Tour posée sans échangeurs, équipement d’occasion, ou facture qui ne mentionne ni le freecooling ni, à défaut, la marque et la référence complétées par un document du fabricant.
• Groupe déjà valorisé pour un freecooling, ou acteur CEE intervenu après la signature du devis.