Berlínská čtvrť na cestě k udržitelnosti: Jak projekt Qwark³ využívá odpadní teplo pro dálkové vytápění

V berlínském projektu Qwark³ se ukazuje, jak mohou průmyslová vysokoteplotní tepelná čerpadla přispět k ekologickému dálkovému vytápění měst. Klíčovým prvkem úspěchu jsou kompaktní, vysoce výkonné deskové výměníky tepla Alfa Laval, které nahrazují objemné trubkové výměníky a umožňují maximální efektivitu na omezeném prostoru – což je zásadní pro propojení energetických sektorů a snížení emisí CO₂ v městském měřítku.

Průkopnické propojení energetických sektorů: Úspora 6 500 tun CO₂ ročně

Od roku 1997 je více než 12 000 kanceláří, 1 000 bytů a řada kulturních institucí a hotelů v okolí Potsdamer Platz napojena na chladicí síť společnosti BEW Berliner Energie und Wärme GmbH (dříve Vattenfall Wärme Berlin), která zajišťuje lokálně generované chlazení. Množství vznikajícího odpadního tepla je značné – a příliš cenné na to, aby bylo jednoduše vypouštěno do ovzduší přes chladicí věže.

V roce 2018 proto BEW a Siemens Energy zahájily ambiciózní projekt Qwark³ (Quartiers-Wärme-Kraft-Kälte-Kopplung) v chladicím centru na Potsdamer Platz. S pomocí průmyslového vysokoteplotního tepelného čerpadla se odpadní teplo z chladicí sítě začalo ve velkém využívat pro dálkové vytápění. Jde o důležitý krok k zajištění budoucí energetické soběstačnosti a cestě k uhlíkově neutrální čtvrti. Deskové výměníky tepla Alfa Laval zde hrají zásadní roli.

Maximální účinnost přenosu tepla na malém prostoru

Jednou z hlavních výzev při plánování projektu byla omezená plocha v existující budově. S instalovaným chladicím výkonem 45 MW zajišťují absorpční a kompresní chladicí systémy chlazení vody na 6 °C – nepřetržitě, 365 dní v roce. Aby bylo možné odpadní teplo maximálně využít, muselo být tepelné čerpadlo sestaveno z kompaktních, vysoce efektivních komponent. Siemens Energy věnoval zvláštní pozornost výběru kompresoru i deskových výměníků tepla.

S Alfa Laval spolupracujeme v oblasti přenosu energie dlouhodobě a už od začátku jsme hledali společné řešení na míru pro pilotní projekt Qwark³. Vzhledem k prostorovým a technologickým omezením nebyly trubkové výměníky vhodné. Během krátké doby jsme dospěli k jednoznačnému závěru a vybrali jsme kompaktní deskové výměníky Alfa Laval, které mají třetinový objem oproti trubkovým a díky nižší hmotnosti se snadněji instalují.“ říká Thorsten Fippel, projektový manažer Siemens Energy.

Bez kompromisů v bezpečnosti a výkonu

Kompaktní konstrukce deskových výměníků znamená také až o 80 % nižší náplň chladiva oproti jiným technologiím. Minimalizují se tak nejen rizika spojená s použitím bezpečného chladiva R1233zd(E), ale přináší to i významné úspory při pořizování a provozu.

Pro odpařování byl zvolen polosvařovaný deskový výměník MA30W z řady Alfa Laval Industrial Line, který umožňuje malý teplotní rozdíl mezi chladivem a zdrojem tepla – klíčový pro dosažení vysoké účinnosti COP. Model nabízí také nízké provozní náklady díky vysoké energetické efektivitě a prodlouženým intervalům údržby. Pro kondenzaci a podchlazení byly v tepelném čerpadle instalovány čtyři pájené deskové výměníky Alfa Laval CBH410, které jsou dostupné ve vysokotlaké verzi až do 28 barů. Díky konstrukci bez těsnění jsou tyto jednotky bezúdržbové, spolehlivé a odolné i při vysokých teplotách.

Při návrhu jsme úzce spolupracovali s týmem Alfa Laval a mohli jsme se spolehnout na jejich odborné znalosti a praktické zkušenosti. Díky promyšlené konstrukci mají deskové výměníky Alfa Laval minimální nároky na údržbu a servis. Naše síť dálkového vytápění se tak stává méně závislá na rostoucích cenách plynu a CO₂,“ vzpomíná Ersan Topcu, který je za projekt v BEW odpovědný.

Čtvrť na cestě k uhlíkové neutralitě

Od úspěšného spuštění vysokoteplotního tepelného čerpadla v roce 2024 deskové výměníky Alfa Laval přeměňují odpadní teplo z chladicího centra na Potsdamer Platz na ekologické dálkové vytápění – ročně jde o cca 55 GWh s maximálním tepelným výkonem 9 MW. Toto teplo je přímo dodáváno do sítě dálkového vytápění, která v létě zásobuje teplou vodou 30 000 domácností a v zimě vytápí 3 000 bytů. Teploty dodávané vody se pohybují mezi 85 °C a 117 °C podle aktuální poptávky.

Veškerá elektřina potřebná pro kompresi chladiva pochází z obnovitelných zdrojů. Qwark³ je tak jedním z prvních projektů, kde průmyslové vysokoteplotní tepelné čerpadlo umožňuje využití odpadního tepla ve velkém měřítku pro dálkové vytápění. Tepelné čerpadlo absorbuje teplo, které by jinak bylo odváděno přes chladicí systémy, a tím šetří energii. Ročně se tak sníží množství odvedeného tepla do okolí o odhadovaných 36 GWh – téměř polovinu původního objemu. To znamená úsporu 6 500 tun emisí CO₂ ročně a snížení spotřeby vody v chladicích věžích o 120 000 m³. Pilotní projekt nejen chytře propojil chlazení a vytápění, ale díky volbě technologie zvýšil celkovou efektivitu systému na novou úroveň.