Calculateur de free cooling (décision enthalpique)
Savoir si plus d'air neuf économiserait du froid maintenant. À partir des états air neuf, air repris, consigne de sortie et du débit soufflé, il calcule la charge de batterie en air minimal, 100 % air neuf et air modulé, et affiche côte à côte les décisions enthalpie différentielle, sèche différentielle et sèche fixe.
Principe et équations
Le free cooling ouvre davantage le registre d'air neuf tant que l'air extérieur est « plus frais » que l'air repris, ce qui réduit la charge de batterie. La batterie retire une différence d'enthalpie : si l'enthalpie extérieure est inférieure à celle de l'air repris, plus d'air neuf est favorable. Le mélange combine enthalpie et teneur en eau linéairement en masse d'air sec.
| Poste | Équation | Remarques · base |
|---|---|---|
| Débit massique d'air sec | ṁ = V / v_SA | V est le débit soufflé, v_SA le volume massique à la consigne de sortie (éq. 28). Les trois modes utilisent le même ṁ |
| Point de mélange | h_M = (1 − x)·h_RA + x·h_OA, W_M = (1 − x)·W_RA + x·W_OA | x = part d'air neuf (masse d'air sec). Mélange adiabatique selon la fraction massique |
| Charge de batterie | Q = ṁ · (h_in − h(t_SA, min(W_in, W_SA))) | La batterie n'humidifie pas : si l'entrée est plus sèche que la consigne, la teneur en eau de sortie est celle d'entrée (sensible seul). Négatif = 0 (chauffage requis) |
| Air neuf modulé (C) | t_M(x_C) = t_SA, x_min ≤ x_C ≤ 1 | Si l'air neuf est plus froid que la consigne, part d'air neuf qui donne au mélange la température de soufflage (méthode de Brent). Si la teneur en eau ne dépasse pas la consigne, charge 0 |
| Décision (coupure haute ASHRAE 90.1) | (h_OA ≤ h_RA, t_OA ≤ t_limit) · t_OA ≤ t_RA · t_OA ≤ t_limit | Enthalpie différentielle · sèche différentielle · sèche fixe. Au-delà du seuil, arrêt et retour à l'air neuf minimal |
Les trois méthodes comparées
Les méthodes en sèche ont des capteurs plus simples, mais par temps humide, avec un air neuf frais et chargé d'eau, elles peuvent l'admettre et augmenter la charge de batterie. L'ASHRAE 90.1 fixe par zone climatique les méthodes et limites admises (valeurs de référence).
| Méthode | Air neuf admis si | Air humide (ex. 24 °C, 90 %) | Capteurs |
|---|---|---|---|
| Enthalpie différentielle + sèche fixe | h_OA ≤ h_RA, t_OA ≤ t_limit | Arrêt (tient compte du latent) | Température et humidité air neuf et repris (étalonner l'humidité) |
| Sèche différentielle | t_OA ≤ t_RA | Marche (peut admettre de l'humidité et charger la batterie) | Température air neuf et repris |
| Sèche fixe | t_OA ≤ t_limit | Marche sous la limite (ignore l'humidité) | Température extérieure seule (limite par zone, ex. 24, 21, 18 °C) |
Exemple : air neuf humide en saison des pluies
Air neuf 24 °C et 90 % ; air repris 26 °C et 50 % ; consigne de sortie 14 °C et 90 % ; soufflage 10,000 CMH ; air minimal 20 % ; limite fixe 24 °C ; 101.325 kPa. Les deux tableaux proviennent des mêmes fonctions que le calculateur de cette page.
| Méthode | Air neuf | Critère |
|---|---|---|
| Enthalpie différentielle + sèche fixe | Arrêt (air neuf minimal) | h_OA 67.27 > h_RA 52.91 kJ/kg(DA) · t_OA 24.0 ≤ 24.0 °C |
| Température sèche différentielle | Marche (admettre l'air neuf) | t_OA 24.0 ≤ t_RA 26.0 °C |
| Température sèche fixe | Marche (admettre l'air neuf) | t_OA 24.0 ≤ 24.0 °C |
| Mode | Part d'AN % | Entrée batterie °C · kJ/kg | Charge batterie kW | RT | kcal/h |
|---|---|---|---|---|---|
| (A) Air neuf minimal | 20.0 | 25.6 · 55.78 | 64.17 | 18.24 | 55 172 |
| (B) 100 % air neuf | 100.0 | 24.0 · 67.27 | 102.82 | 29.23 | 88 408 |
| (C) Air neuf modulé | Sans objet : l'air neuf est plus chaud que la consigne, le mélange seul n'atteint pas la température de soufflage. | ||||
Les deux méthodes en sèche disent « marche », la méthode enthalpique dit « arrêt ». En 100 % air neuf la charge est de 102.82 kW, soit 38.65 kW de plus que les 64.17 kW en air minimal. Par temps humide, décider sur la seule sèche coûte de l'énergie.
Limites
Un seul instant est comparé. Pas d'économies horaires ou annuelles, pas de consignes de régulateur (température de bascule, hystérésis), ni puissance de ventilateurs, registres ou extraction, ni by-pass de batterie ou récupération de chaleur.
La sortie de batterie est fixée à la sèche de consigne et sa teneur en eau est la plus faible entre entrée et consigne. Une batterie réelle varie avec la charge, et un air neuf sec abaisse l'humidité intérieure, ce qui change aussi l'air repris.
L'erreur des capteurs d'humidité modifie fortement la décision enthalpique. Si les enthalpies extérieure et reprise ne diffèrent que de quelques kJ/kg, le choix compte peu.
L'air modulé (C) atteint la sèche de soufflage par le seul mélange, sans réchauffage. S'il faut déshumidifier, seule la charge de batterie (latente) est affichée ; le réchauffage après sur-refroidissement n'est pas calculé.
Sources
- ASHRAE Standard 90.1, 6.5.1 coupure haute de l'économiseur (high-limit shutoff) : méthodes et réglages par zone variables selon l'édition ; vérifier l'édition appliquée
- ASHRAE Handbook, Fundamentals 2017 (SI), ch. 1 Psychrometrics : enthalpie (éq. 32), volume massique (éq. 28), mélange adiabatique
Questions fréquentes
Quand faut-il faire du free cooling ?
Quand il faut refroidir et que l'enthalpie extérieure est inférieure à celle de l'air repris. La batterie retire « enthalpie d'entrée moins enthalpie de soufflage » : mélanger plus d'air neuf à basse enthalpie abaisse l'entrée. Si l'air neuf est même plus froid que la consigne, ajuster la part d'air neuf suffit presque à arrêter la batterie.
Quelle différence entre régulation en sèche et enthalpique ?
La régulation en sèche ne regarde que la température ; l'enthalpique compte aussi l'humidité (chaleur latente). Un air à 24 °C et 90 % est plus frais qu'un local à 26 °C et 50 % mais a environ 14 kJ/kg d'enthalpie en plus : la sèche l'admet, l'enthalpique le refuse. Comme le montre l'exemple de cette page, l'admettre ce jour-là augmente la charge de batterie.
Quelle limite fixe en sèche choisir ?
L'ASHRAE 90.1 fixe la limite par zone climatique : environ 24 °C (75 °F) en climat sec et 18 à 21 °C (65 à 70 °F) en climat humide, plus basse quand il fait plus humide. Les 24 °C par défaut de l'outil ne sont qu'une référence ; vérifiez le tableau de l'édition applicable. En région humide, l'enthalpie différentielle est plus sûre.
Dernière mise à jour : 2026-10-19.