Berlínska štvrť na ceste k udržateľnosti: Ako projekt Qwark³ využíva odpadové teplo na diaľkové vykurovanie

V berlínskom projekte Qwark³ sa ukazuje, ako môžu priemyselné vysokoteplotné tepelné čerpadlá prispieť k ekologickému diaľkovému vykurovaniu miest. Kľúčovým prvkom úspechu sú kompaktné, vysoko výkonné doskové výmenníky tepla Alfa Laval, ktoré nahrádzajú objemné rúrkové výmenníky a umožňujú maximálnu efektivitu na obmedzenom priestore – čo je zásadné pre prepojenie energetických sektorov a znižovanie emisií CO₂ v mestskom prostredí.

Priekopnícke prepojenie energetických sektorov: Úspora 6 500 ton CO₂ ročne

Od roku 1997 je viac než 12 000 kancelárií, 1 000 bytov a množstvo kultúrnych inštitúcií a hotelov v okolí Potsdamer Platz napojených na chladiacu sieť spoločnosti BEW Berliner Energie und Wärme GmbH (predtým Vattenfall Wärme Berlin), ktorá zabezpečuje lokálne generované chladenie. Množstvo vznikajúceho odpadového tepla je značné – a príliš cenné na to, aby sa jednoducho vypúšťalo do ovzdušia cez chladiace veže.

Preto v roku 2018 BEW a Siemens Energy spustili ambiciózny projekt Qwark³ (Quartiers-Wärme-Kraft-Kälte-Kopplung) v chladiacom centre na Potsdamer Platz. S pomocou priemyselného vysokoteplotného tepelného čerpadla sa odpadové teplo z chladiacej siete začalo vo veľkom rozsahu využívať na diaľkové vykurovanie. Ide o dôležitý krok smerom k energetickej sebestačnosti a uhlíkovej neutralite štvrte. Doskové výmenníky tepla Alfa Laval tu zohrávajú zásadnú úlohu.

Maximálna účinnosť prenosu tepla na malom priestore

Jednou z hlavných výziev pri plánovaní projektu bola obmedzená plocha v existujúcej budove. S inštalovaným chladiacim výkonom 45 MW zabezpečujú absorpčné a kompresné chladiace systémy chladenie vody na 6 °C – nepretržite, 365 dní v roku. Aby sa odpadové teplo využilo čo najefektívnejšie, muselo byť tepelné čerpadlo zostavené z kompaktných, vysoko účinných komponentov. Siemens Energy venoval osobitnú pozornosť výberu kompresora aj doskových výmenníkov tepla.

S Alfa Laval spolupracujeme v oblasti prenosu energie dlhodobo a od začiatku sme hľadali spoločné riešenie na mieru pre pilotný projekt Qwark³. Vzhľadom na priestorové a technologické obmedzenia neboli rúrkové výmenníky vhodné. Po krátkom čase sme dospeli k jednoznačnému rozhodnutiu a vybrali sme kompaktné doskové výmenníky Alfa Laval, ktoré majú tretinový objem oproti rúrkovým a vďaka nižšej hmotnosti sa jednoduchšie inštalujú.“ hovorí Thorsten Fippel, projektový manažér Siemens Energy.

Bez kompromisov v bezpečnosti a výkone

Kompaktná konštrukcia doskových výmenníkov znamená aj až o 80 % nižšiu náplň chladiva v porovnaní s inými technológiami. Minimalizujú sa tak nielen riziká spojené s použitím bezpečného chladiva R1233zd(E), ale prináša to aj výrazné úspory pri obstarávaní a prevádzke.

Na odparovanie bol zvolený polosvarovaný doskový výmenník MA30W z radu Alfa Laval Industrial Line, ktorý umožňuje malý teplotný rozdiel medzi chladivom a zdrojom tepla – čo je kľúčové pre dosiahnutie vysokej účinnosti COP. Model zároveň ponúka nízke prevádzkové náklady vďaka vysokej energetickej efektivite a predĺženým intervalom údržby. Na kondenzáciu a podchladenie boli v tepelnom čerpadle nainštalované štyri spájkované doskové výmenníky Alfa Laval CBH410, dostupné vo vysokotlakovej verzii až do 28 barov. Vďaka konštrukcii bez tesnení sú tieto jednotky bezúdržbové, spoľahlivé a odolné aj pri vysokých teplotách.

Pri návrhu sme úzko spolupracovali s tímom Alfa Laval a mohli sme sa spoľahnúť na ich odborné znalosti a praktické skúsenosti. Vďaka premyslenej konštrukcii majú doskové výmenníky Alfa Laval minimálne nároky na servis a údržbu. Naša sieť diaľkového vykurovania sa tak stáva menej závislá od rastúcich cien plynu a CO₂,“ dodáva Ersan Topcu, ktorý je za projekt v BEW zodpovedný.

Štvrť na ceste k uhlíkovej neutralite

Od úspešného spustenia vysokoteplotného tepelného čerpadla v roku 2024 doskové výmenníky Alfa Laval premieňajú odpadové teplo z chladiaceho centra na Potsdamer Platz na ekologické diaľkové vykurovanie – ročne ide o približne 55 GWh s maximálnym tepelným výkonom 9 MW. Toto teplo sa dodáva priamo do siete diaľkového vykurovania, ktorá v lete zabezpečuje teplú vodu pre 30 000 domácností a v zime vykuruje 3 000 bytov. Teplota dodávanej vody sa podľa aktuálneho dopytu pohybuje medzi 85 °C a 117 °C.

Všetka elektrina potrebná na kompresiu chladiva pochádza z obnoviteľných zdrojov. Qwark³ je tak jedným z prvých projektov, kde priemyselné vysokoteplotné tepelné čerpadlo umožňuje využívať odpadové teplo vo veľkom rozsahu na diaľkové vykurovanie. Tepelné čerpadlo absorbuje teplo, ktoré by inak bolo odvádzané cez chladiace systémy, a tým šetrí energiu. Ročne sa tak zníži množstvo tepla odvádzaného do okolia o približne 36 GWh – takmer polovicu pôvodného objemu. To predstavuje úsporu 6 500 ton emisií CO₂ ročne a zníženie spotreby vody v chladiacich vežiach o 120 000 m³. Pilotný projekt nielen inteligentne prepojil chladenie a vykurovanie, ale vďaka zvolenej technológii posunul celkovú efektivitu systému na novú úroveň.