Rys. 1. Lokalizacja gospodarstwa[4]

    Analizie poddano gospodarstwo znajdujące się w gminie Sośnicowice na terenie powiatu gliwickiego w województwie śląskim.
    W skład gospodarstwa wchodzą: dom mieszkalny, obora, chlewnia,  stodoła, 14 ha pól uprawnych, na których uprawiane są zboża jare i ozime oraz 6 ha łąki. Z uprawianych zbóż uzyskiwane są 3 t/ha słomy. Po uwzględnieniu potrzeb gospodarstwa pozostaje 10 ton, które możemy zagospodarować. Spis żywego inwentarza znajduje się w tabeli 1.

    Dom zamieszkiwany jest przez siedem osób. Jego powierzchnia wynosi 88 m². Pokryty jest dwuspadowym dachem, którego jedna połać skierowana jest na północ, a druga na południe. Posiada własne centralne ogrzewanie z kotłem węglowym. Roczne zużycie węgla o sortymencie groszek wynosi 10 ton. W okresie grzewczym kocioł również podgrzewa wodę do celów użytkowych. Poza sezonem grzewczym do tego celu używany jest podgrzewacz zbiornikowy. Gospodarstwo posiada jedynie licznik zimnej wody, dlatego dzienne zużycie ciepłej w dużym przybliżeniu można oszacować na podstawie rozporządzenia [1], wynosi ono 35 dm³/osobę w ciągu doby. Energia elektryczna pobierana jest z sieci, a jej zużycie wynosi 10 000 kWh/rok.
    Pierwszym rozwiązaniem nasuwającym się dla tego przypadku jest wymiana kotła węglowego na instalację wykorzystującą słomę. W tym celu można stosować każdy gatunek słomy. W praktyce najczęściej używana jest słoma: pszenna, żytnia, rzepakowa i gryczana. Jednocześnie musi ona spełniać konkretne wymagania techniczne, które w Polsce nie są dokładnie sprecyzowane, dlatego zazwyczaj bierze się pod uwagę takie wskaźniki, jak: wartość opałowa, wilgotność i stopień zwiędnięcia. Wartość opałowa informuje o tym, ile ciepła możemy uzyskać przy spaleniu jednostki masy paliwa i dla słomy suchej waha się ono od 16 do 17 MJ/(kg). W tabeli 2 przedstawiono podstawowe właściwości różnych rodzajów słomy.

Tab. 1. Zestawienie żywego inwentarza

    Wilgotność to wskaźnik, który mówi o tym, jaki stopień masy paliwa stanowi woda (12-22%).Od zawartości wilgoci zależy ilość uzyskanej energii, a podwyższona ilość wilgoci może spowodować zwiększenie emisji substancji szkodliwych.
    Stopień zwiędnięcia świadczy o okresie, w czasie którego słoma pozostawiona była na polu i poddawana zmiennym warunkom atmosferycznym oraz sposobie, w jaki została wykoszona. Podczas więdnięcia ze słomy żółtej (świeżej) przez opady atmosferyczne wymywane są związki chloru i metale alkaliczne. Uzyskana w ten sposób słoma szara w mniejszym stopniu powoduje korozję i zażużlanie kotła [2] . 

Tab. 2. Podstawowe właściwości słomy

      Podczas spalania słomy, tak jak w przypadku innych paliw, do atmosfery emitowane są różne gazy. Wyróżnia ją jednak to, że ilość dwutlenku węgla powstającego przy jej  spalaniu jest pochłaniana w następnym roku przez rośliny w okresie wegetacji. Ponadto ilość powstającego podczas spalania dwutlenku węgla jest taka sama jak podczas naturalnego rozkładu słomy. Pod tym względem proces ten jest neutralny dla środowiska. Ponadto produkowane są mniejsze ilości tlenków siarki i azotu względem kotłów opalanych węglem. Powstający popiół zawiera duże ilości potasu i fosforu, przez co może zostać wykorzystany jako nawóz.
    Zapotrzebowanie na ciepło potrzebne do ogrzewania oraz przygotowania ciepłej wody użytkowej w sezonie grzewczym (założono okres od września do maja) obliczono na podstawie programu CERTO,  otrzymując następujący wynik:

    Na rynku dostępne są kotły na słomę o mocy od 25 kW, nie można więc zastosować takiego kotła, ponieważ zapotrzebowanie zostałoby przekroczone ponad trzykrotnie. Należy więc zamontować kocioł na pelet, o niższych parametrach. Dodatkowo należy też kupić peleciarkę.
    Na podstawie obliczonego zapotrzebowania na ciepło dobrano z katalogu producenta kocioł automatyczny Klimosz-Ling 15 kW z rusztem obrotowym, którego zakres mocy nominalnej to 4,5-15 kW, którego cena to 8 855zł [5]. Peleciarkę KL-120 wybrano z katalogu firmy REMIX-OIL, a jej cena to 4 000 zł [6].
    Zakładając wartość opałową słomy 16,5 MJ/kg na ogrzanie budynku potrzeba 15 ton słomy. Gospodarstwo dysponuje nadwyżką słomy w ilości 10 t/rok. Zakup brakujących 5t/rok słomy stanowił będzie wydatek 500 zł/rok [7]. Aktualnie na cele grzewcze zużywane jest 10 t/rok węgla. Według cennika w składzie opału w Gliwicach obowiązującego w lipcu 2011 r. tona węgla groszek kosztuje 650 zł/t [8], co daje roczny koszt na poziomie 6 500 zł. Biorąc pod uwagę koszty kotła i peleciarki, równe 12 855 zł oraz koszt montażu i zysk wynikający z obniżenia kosztów zakupu paliwa o 6 000 zł, inwestycja zwróci się po okresie ok. 2,5 roku. Dodatkowo dla osób prywatnych istnieje możliwość uzyskania dotacji i kredytów z EKOFUNDUSZU oraz z Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska oraz kredytów z Wojewódzkiego Funduszu Ochrony Środowiska.
    Kolejnym możliwym rozwiązaniem jest zamontowanie kolektorów słonecznych w celu przygotowania ciepłej wody użytkowej. Energia słoneczna jest w nich wychwytywana i zamieniana na energię cieplną wykorzystywaną do przygotowania c.w.u. Przy montowaniu kolektora należy zwrócić uwagę na jego położenie względem stron świata. Ze względu na ilość docierających promieni słonecznych najbardziej optymalne jest zwrócenie ich na południe, które w tym przypadku jest możliwe do realizacji.
    Powierzchnia kolektorów dobierana jest na podstawie liczby osób zamieszkujących dany obiekt. Przy obliczeniach zakłada się, że instalacja w ciągu roku pokrywa 60-70% zapotrzebowania, a w okresie letnim 90-100% [3]. 
    Zapotrzebowanie ciepłej wody na mieszkańca jest równe 35 dm3/dobę. Dom zamieszkuje 7 osób, więc dla tej rodziny zapotrzebowanie wynosi 245 dm3/dobę. Na podstawie powyższych danych oraz wielkości nasłonecznienia mierzonego dla Katowic obliczono potrzebną powierzchnię kolektorów równą 4,9 m2.
    Zestaw solarny został dobrany z katalogu firmy SOLEKO. W jego skład wchodzą:
•    3 kolektory płaskie SOL S z absorberem tytanowym Sunselect,
•    zbiornik 300 l z dwoma wymiennikami - Austria Email,
•    zespół pompowo-zabezpieczający UPS 25-60,
•    sterownik elektroniczny z czujnikami temperatury,
•    3 elementy mocujące kolektor,
•    30 l płynu solarnego,
•    pompka do napełniania instalacji,
•    zespół przyłączeniowy podgrzewacza,
•    odpowietrznik automatyczny,
•    zespół przyłączeniowy kolektorów,
•    separator,
•    naczynie przeponowe 25 l wraz z mocowaniem,
•    20 m otuliny kauczukowej 22/13.

Koszt tego zestawu to 9 282 zł netto [9].

Rys. 3. Schemat instalacji solarnej [9]

    Koszt zestawu solarnego to 11 416 zł brutto, doliczając koszt montażu ok 4 000 zł otrzymujemy 15 416 zł. Należy jednak pamiętać o zmniejszeniu kosztów wynikających z wcześniejszego przygotowywania ciepłej wody użytkowej poza sezonem grzewczym (przyjęto okres od czerwca do sierpnia) przy pomocy podgrzewacza pojemnościowego, który zużywał 2 124,54 kWh/rok. Koszt energii jest równy 0,46 zł/kWh [10], więc koszt ogrzewania wody to ok. 977,29 zł/rok. Przy niezmiennej cenie energii inwestycja zwróciłaby się więc dopiero po około 16 latach. Istnieje jednak możliwość uzyskania bezzwrotnych dotacji w wysokości do 45% z Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej. Przy uwzględnieniu 18% podatku od kredytu koszty zmniejszą się do 5 688,50 zł, co skróci czas zwrotu inwestycji do 10 lat.
    Przy stosowaniu kolektorów słonecznych nie stosuje się żadnego paliwa, więc nie ma  emisji szkodliwych substancji powstających przy każdej innej metodzie ogrzewania wody. Słońce jest niewyczerpalnym źródłem energii, więc nie ma obaw o brak „paliwa”.  Producenci mówią nawet o zerowym wpływie na środowisko. Niewiele osób zdaje sobie sprawę z tego, że do wytworzenia kolektorów potrzebne są duże nakłady energii, więc wiąże się z tym emisja zanieczyszczeń. Ponadto żywotność kolektorów jest oceniana na 20 lat, po tym czasie pojawia się problem z ich utylizacją, ponieważ w powłokach selektywnych zawarte są metale ciężkie [3].
    Początkowo rozważano budowę biogazowni dla omawianego obiektu. Okazało się jednak, że generowana ilość odpadów jest niewystarczająca dla zachowania ciągłości pracy biogazowni, co jednocześnie czyni inwestycję nieopłacalną.
    Podsumowując, można stwierdzić, że najlepszym rozwiązaniem jest kocioł na pelet ze słomy.
    Instalacja kolektorów słonecznych jako samodzielna inwestycja ze względów ekonomicznych jest przedsięwzięciem nieopłacalnym, jednak w połączeniu z wymianą kotła  może przynieść dobry efekt ekologiczny i ekonomiczny.

 Literatura:
akty prawne:
[1] Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 6 listopada 2008 r. w sprawnie metodologii obliczania charakterystyki energetycznej budynku i lokalu mieszkalnego lub części budynku stanowiącej samodzielną całość techniczno-użytkową oraz sposobu sporządzania i wzorów świadectw ich charakterystyki energetycznej.
publikacje:
[2] Grzybek A., Gradziuk P., Kowalczyk K., Słoma energetyczne paliwo, Warszawa 2001.
[3] Lewandowski W. M., Proekologiczne odnawialne źródła energii, WNT, Warszawa 2001, 2006.
źródła internetowe:
[4] http://www.slaskie.pl
[5]  http://www.budkompleks.com
[6] http://www.remixoil.com
[7] http://www.agroportal.net.pl
[8] http://weglo-sprzet.sgl.pl
[9] http://www.kolektory.com
[10] http://www.vattenfall.pl

Autor: Małgorzata Poraj-Kobielska

Źródło fot. ZUK Stąporków S.A.