في التطبيقات التي تدوم فيها حاجة التبريد طوال السنة لكن الحرارة المطلوبة فيها ليست منخفضة جدًا، يكون الخارج شتاءً أبرد أصلًا من الوسط المراد تبريده. والتبريد الحر يستخدم هذا الفرق: يُمرَّر الماء أو الغليكول في ملف مزعنف يبرَّد بالهواء الخارجي؛ فيتوقف الضاغط أو يقل حمله. والطاقة المبذولة هي المروحة والمضخة فقط؛ وهي بين عُشر التبريد الميكانيكي وجزء من عشرين منه. ولأن ساعات تشغيل الضواغط تقل تنخفض نفقة الصيانة أيضًا.
في المبردات (chillers) يوضع ملف التبريد الحر أمام المكثف. عندما ينزل الهواء الخارجي 1–2 K دون حرارة الماء العائد من النظام يبدأ التبريد الحر الجزئي؛ فيبرّد الملف الماء مسبقًا ويُتم الضاغط الباقي. وعندما ينزل الهواء الخارجي 8–10 K دون حرارة الماء المطلوبة تتوقف الضواغط تمامًا. وهذا في عملية تطلب ماء 15/20 °C يعني معظم السنة؛ وعند 7/12 °C تقل الساعات. والانتقال تلقائي؛ فصمام ثلاثي الاتجاهات أو مضخة منفصلة توجّه الماء إلى الملف.
أنسب المجالات حقن البلاستيك وتبريد الآلات، ومراكز البيانات، ووحدات مناولة الهواء العاملة طوال السنة، ومناطق التصنيع المحفوظة عند 10–15 °C. وفي التخزين طريقة مشابهة هي تهوية منتجات مثل البصل والبطاطا والثوم ليلًا بالهواء الخارجي البارد: عندما يكون الهواء الخارجي أبرد من حرارة المنتج بـ 2–3 K ورطوبته ملائمة تُفتح الفتحات وتعمل المراوح، ولا يدخل التبريد الميكانيكي الخدمة إلا في الفترة الحارة. وإذا لم توضع حساسات الهواء الخارجي في المكان الصحيح أُخذ هواء دافئ في الساعة الخطأ.
ما يحدد المكسب هو الحرارة المطلوبة ومناخ الموقع؛ والمناطق ذات المناخ القاري الطويلة الشتاء الباردة الليالي ملائمة. ويُجرى الحساب ببيانات المناخ الساعية. ولوجود خطر التجمد في الملف الخارجي يُستخدم الغليكول في الدارة أو يوضع مبادل حراري في الوسط. والملف يحدث مقاومة هواء إضافية للمكثف والضاغط يعمل. وحصة التبريد الحر صغيرة جدًا في الحفظ المجمَّد والغرف حول 0 °C. ويُتخذ قرار الاستثمار بالنظر إلى المجموع السنوي لساعات التبريد الحر.