Le docce solari funzionano in inverno? Dati reali, rischi di congelamento e suggerimenti per il freddo

Alle 8 del mattino di una limpida mattina di gennaio nel sud della Germania l'aria è a 2°C e l'acqua all'interno di una colonna doccia solare esterna è appena più calda. Entro le 13:00 la stessa unità da 35 litri può erogare acqua a una temperatura compresa tra 14 e 18 °C. Due settimane dopo, in una giornata mite di febbraio con aria a 6 °C e sole ininterrotto, lo stesso acquazzone raggiunge i 20-24 °C. Lasciatelo sotto due giorni di fitta nuvola a 3°C e non supererà gli 8°C.

Questa gamma è la vera risposta alla domanda se le docce solari funzionano in inverno. Sì, funzionano, ma funzionano all'interno di una finestra stretta impostata da quattro cose: luce solare diretta per almeno quattro ore, volume d'acqua sufficiente per immagazzinare calore, temperatura dell'aria che rimane circa meno 5 °C mentre la usi e una routine che rimuove l'acqua stagnante prima di ogni notte che scende sotto lo zero.

Una doccia solare è un dispositivo passivo. Non c'è alcun elemento riscaldante, nessuna pompa, nessun termostato e nessuna alimentazione di riserva. Ogni grado di calore proviene dalla luce solare assorbita da una superficie scura e dall'aria che circonda la vasca. La performance invernale è quindi una gamma piuttosto che un semplice sì o no, e tale gamma è ampia. Le sezioni seguenti mostrano dove atterra un'unità tipica quando fa freddo, quali parti si rompono per prime quando l'acqua gela al suo interno e quali dettagli di design separano una doccia che sopravvive a una stagione fredda da una che si rompe al primo forte gelo.

La risposta breve: quattro condizioni che determinano le prestazioni invernali

Quando tutte e quattro le condizioni seguenti sono soddisfatte, una doccia solare fornisce una breve doccia confortevole in inverno. Quando uno di essi si guasta, la potenza diminuisce drasticamente e l'unità diventa un dispositivo di risciacquo anziché una doccia.

Messe insieme, queste condizioni descrivono una limpida giornata invernale tra le 10:00 e le 15:00 circa. in posizione riparata e soleggiata. Questa è la finestra in cui una doccia solare è davvero utile tra novembre e marzo in un clima temperato. Fuori da quella finestra funziona ancora, ma l'acqua che produce è più vicina ad un risciacquo freddo.

Come una doccia solare riscalda effettivamente l'acqua in condizioni di sole basso

All'interno di una doccia solare corrono contemporaneamente tre percorsi di calore. Il primo è l'assorbimento diretto: la parete esterna scura della colonna o del sacchetto assorbe la radiazione solare e la fa passare attraverso la parete nell'acqua. Il secondo è un effetto serra all’interno del serbatoio, dove la luce solare a onde corte passa attraverso la superficie superiore e riscalda l’interno buio mentre parte del calore reirradiato rimane intrappolato. Il terzo è lo scambio ambientale, in cui l'acqua si sposta lentamente verso la temperatura dell'aria attorno al serbatoio. In un inverno mite quel terzo percorso aiuta; in un forte gelo funziona contro di te.

L’angolazione del sole conta più di quanto la maggior parte degli acquirenti si aspetti. A dicembre il sole è basso e il raggio arriva ad angolo radente rispetto a una colonna verticale. Un'unità da 35 litri che raggiunge i 52-56 °C a luglio a 27 °C ambientali tipicamente atterrerà a 14-18 °C a gennaio a 2 °C ambientali in una giornata limpida e a 7-10 °C in una giornata grigia.

Tipico aumento di mezzogiorno sopra l'aria ambiente, colonna indipendente da 35 litri

Valori approssimativi per un clima temperato, cielo sereno, vento inferiore a 15 km/h, riempimento d'acqua alle 9:00. I risultati reali cambiano con la latitudine, l'ombreggiatura, il materiale della colonna e il volume dell'acqua.

Seguono due conclusioni. Innanzitutto, una doccia solare non deve mai raggiungere un numero fisso per essere utile; deve solo battere l'aria ambiente quanto basta per rendere tollerabile la doccia. In secondo luogo, il guadagno invernale rispetto all’ambiente è minore in termini assoluti, motivo per cui un volume d’acqua maggiore e una posizione riparata contano molto di più a gennaio che a luglio.

Cosa cambia in inverno: angolazione del sole, luce del giorno e temperatura dell'aria

Quasi tutto il calo stagionale deriva da tre cambiamenti fisici.

• Elevazione del sole. A 50° di latitudine il sole di mezzogiorno è alto a circa 63° in giugno e solo a circa 16° in dicembre. Un sole basso significa un percorso più lungo attraverso l'atmosfera, una maggiore dispersione e una minore energia per metro quadrato di superficie assorbente.
• Durata della luce del giorno. Le giornate più brevi danno al serbatoio meno ore di raccolta, quindi un riempimento alle 9 del mattino deve durare l'intera giornata.
• Temperatura dell'aria. L'aria più fredda aumenta le perdite dalla superficie del serbatoio, dal soffione della doccia e da qualsiasi tubo esposto.

Come regola generale, l’aumento sopra l’aria ambiente in un limpido pomeriggio invernale è pari a circa il 50-70% dell’aumento estivo. Se la tua unità aumenta di 25 °C rispetto alla temperatura dell'aria a luglio, aspettati da 12 a 18 °C rispetto alla temperatura dell'aria a dicembre. Questo è il motivo per cui una lettura in piena estate di 55°C diventa da 15 a 20°C a gennaio invece di 40°C. Chi promette temperature estive a dicembre vende qualcosa di diverso dalla fisica.

Scenari invernali realistici: cosa sentirai realmente

I numeri sottostanti provengono dalla stessa colonna autoportante da 35 litri in posizione riparata, esposta a sud, riempita alle 9 del mattino e utilizzata nel primo pomeriggio.

Lo schema è coerente e leggermente controintuitivo: il vento e le nuvole costano più dell’aria fredda. Una giornata a 6°C con vento forte avrà prestazioni inferiori a una giornata a 1°C calma e soleggiata. Se in un mese hai una giornata invernale soleggiata e senza vento, quello è il giorno giusto per riempire il serbatoio.

Il problema del gelo: cosa rompe effettivamente una doccia solare in inverno

L'acqua si espande di circa il 9% quando si trasforma in ghiaccio e la forza che esercita è di gran lunga maggiore della resistenza dei raccordi al suo interno. Una doccia solare raramente fallisce perché il serbatoio principale si divide nella parte superiore; il serbatoio di solito ha spazio per espandersi verso l'alto. Fallisce nei punti in cui un piccolo volume fisso di acqua si trova in uno spazio chiuso.

I tre punti di fallimento

• Il soffione della doccia. L'acqua riposa all'interno della testa e nel braccio corto dietro di essa. Una testa in ABS cromato con una piastra di spruzzo stretta è la vittima più comune di un forte gelo.
• Giunti valvolari e filettati. Una singola goccia rimasta nella filettatura di una valvola di plastica può rompere il collare quando si congela.
• La base della colonna e la connessione più bassa. Il contatto con il suolo mantiene quest'area più fredda rispetto al resto dell'unità e ritarda il disgelo mattutino.

Come si comportano i materiali comuni sotto lo zero

La risposta progettuale a tutto ciò è un chiaro percorso di drenaggio. Le unità costruite con una base anti-accumulo di acqua lasciano fuoriuscire l'ultimo mezzo litro attraverso la base della colonna invece di accumularsi sopra la piastra di base, e una testa rimovibile consente di scuotere l'acqua che altrimenti rimarrebbe nella piastra di spruzzatura durante la notte.

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Se la tua attuale doccia ha una base chiusa, una soluzione pratica non costa nulla: scollega la testa dopo l'uso, inclina la colonna da 30 a 45 gradi per dieci minuti e riponi la testa in casa. I proprietari che seguono questa routine riportano molte meno valvole rotte rispetto ai proprietari che lasciano semplicemente l'unità piena.

Capacità e massa termica: perché 8 litri e 60 litriitri si comportano diversamente

L'acqua ha un'elevata capacità termica, circa 4,18 kilojoule per chilogrammo per grado Celsius. Un serbatoio da 35 litri immagazzina quindi circa 146 kilojoule per ogni grado guadagnato. L’energia immagazzinata è ciò che mantiene calda la doccia dopo che il sole si è allontanato, ed è per questo che la capacità è molto più importante in inverno che in estate, quando il sole continua a riempire il serbatoio.

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La parte controintuitiva è che un acquario più grande spesso si riscalda più lentamente ma risulta più caldo. Un’unità da 60 litri può impiegare sei ore per aumentare di 15°C, ma ci saranno ancora 15-18°C due ore dopo il tramonto, quando un’unità da 8 litri è già scesa alla temperatura dell’aria. Per l'uso nella stagione fredda, 35 litri sono la quantità ideale per una o due persone, mentre 60 litri sono adatti a una famiglia o a chiunque faccia la doccia dopo le 16:00.

Scelte di installazione che cambiano i risultati invernali

La posizione della doccia solare a gennaio è importante tanto quanto il modello che hai acquistato. Quattro dettagli di installazione determinano la maggior parte del risultato.

Rivolgiti all'equatore e rispetta il sole basso

Una colonna verticale cattura il basso sole invernale meglio di una borsa stesa a terra, perché il raggio colpisce l'alta faccia scura con un'angolazione praticabile. Se la tua unità ha una sezione a pannello piatto, inclinala da 45 a 60 gradi verso l'equatore per il sole di dicembre e gennaio. Il controllo più importante è semplice: tra le 10:00 e le 14:00 nulla deve gettare ombra sul serbatoio.

Riparo dal vento, ma mai dal sole

L'aria in movimento estrae il calore dalla parete della colonna molto più velocemente dell'aria ferma. Un muro, una siepe o una recinzione a uno o due metri sopravvento riducono la maggior parte di quella perdita senza bloccare la trave. Evita i cortili che vedono il sole diretto solo per due ore; un posto ombreggiato ma riparato è il peggiore dei due mondi.

Sollevare l'unità dal terreno ghiacciato

Il contatto con il suolo allontana il calore e, in terreni soggetti a gelo, può spostare la base e sollecitare i giunti delle colonne. Un materassino in cemento, un letto di ghiaia, una piattaforma in legno o un piatto doccia appositamente realizzato con 100-150 mm di spazio sotto il piede risolvono entrambi i problemi contemporaneamente e mantengono il piatto asciutto.

Mantenere il percorso dell'acqua breve

Ogni giunto, gomito o prolunga in più è un luogo in cui l'acqua si deposita e si congela. Utilizzare una connessione diritta e corta tra serbatoio e testa e preferire raccordi a sgancio rapido che possano essere rimossi e portati all'interno. Meno parti significano meno punti di congelamento e un drenaggio invernale più rapido.

Una pratica routine invernale, passo dopo passo

La differenza tra una doccia solare che dura otto inverni e una che dura uno è una routine che dura circa sei minuti.

1. Controlla le previsioni notturne prima di riempire. Se la minima è inferiore a meno 3 °C, prevedere il drenaggio la sera stessa.
2. Compila la mattina, non a mezzogiorno. L'acqua a partire da 5 °C necessita di sei ore complete di debole luce diurna invernale; riempimento alle 13:00 lascia troppo poco tempo per ottenere qualcosa di utile.
3. Posizionare l'unità perpendicolarmente al sole di mezzogiorno in modo che la faccia scura del serbatoio sia di lato rispetto al raggio.
4. Doccia tra le 13:00 e le 13:00. e le 15:00 Questo è il momento in cui l'acqua raggiunge il picco e l'aria è più calda.
5. Aprire lo scarico ai piedi della colonna anziché svuotarlo tramite il soffione; la testa non si svuota mai completamente.
6. Scollega la testa e scuotila, quindi appendila a testa in giù se il design lo consente.
7. Inclinare la colonna vuota da 30 a 45 gradi per dieci minuti per rimuovere l'acqua residua dalla base.
8. Porta le testine rimovibili, i tubi flessibili e le maniglie delle valvole in casa per la notte.
9. Se si prevede un forte congelamento al di sotto dei meno 10 °C, portare al suo interno l'intera unità, base inclusa.
10. Ispezionare le guarnizioni, le filettature e la piastra di spruzzatura all'inizio di ogni mese durante l'inverno.

I proprietari che puliscono e ispezionano secondo un programma fisso ottengono notevolmente più stagioni dallo stesso hardware, e la stessa routine di cura che protegge valvole e teste in estate le protegge anche dal gelo. Una procedura dettagliata per la pulizia e la manutenzione è disponibile nel nostro Guida alla manutenzione della doccia solare , che copre la disincrostazione, la sostituzione delle guarnizioni e lo stoccaggio tra le stagioni.

Conservarlo o utilizzarlo? Una decisione basata sul clima

Non esiste una regola invernale universale. L’approccio giusto dipende da quanto diventano effettivamente fredde le tue notti e i tre modelli seguenti coprono la maggior parte dei mercati.

Per tutti e tre vale un'altra considerazione: una doccia ben scaricata è anche una doccia che non vi sorprenderà a marzo. I danni causati dal ghiaccio vengono quasi sempre scoperti nel primo giorno caldo di primavera, quando il serbatoio trattiene nuovamente l'acqua e una valvola rotta inizia a perdere.

Cosa cercare quando si acquista una doccia solare per la stagione fredda

Se l'unità vivrà all'aperto durante una stagione gelata, queste sono le specifiche che vale la pena verificare prima del prezzo.

Un prezzo basso per un'unità a pareti sottili raramente rappresenta un risparmio se il soffione della doccia si rompe durante il primo gelo di dicembre, perché la parte di ricambio spesso non è disponibile entro febbraio. Acquistare un modello con percorso ricambi è più importante nei climi freddi che in quelli caldi.

Come vengono costruite e testate le docce solari per il mercato del freddo

C'è una vera differenza tra una doccia solare pensata per una piscina mediterranea e una destinata ad un mercato dove ad ottobre arrivano le prime gelate. La differenza inizia dalla scelta dei materiali: ABS stabilizzato ai raggi UV per testate e corpi valvola, PVC o alluminio ad alta densità per le colonne, acciaio inossidabile per basi e elementi di fissaggio, ed EPDM o silicone per ogni guarnizione. Queste scelte costano di più all'ingresso della fabbrica e consentono all'utente finale di risparmiare un'unità sostitutiva entro due stagioni.

Lo spessore della parete è la seconda variabile. Una parete della colonna da 2,5 a 3,0 mm trattiene il calore notevolmente meglio di una parete da 1,8 mm e resiste all'espansione del ghiaccio senza rompersi. Il peso del materiale è anche un indicatore approssimativo della quantità di riempitivo presente nel composto, che a sua volta prevede il comportamento della plastica dopo tre inverni di esposizione ai raggi UV e cicli di gelo.

Il test è il terzo. Le unità destinate alle regioni fredde vengono generalmente controllate con cicli termici compresi tra meno 20 °C e più 60 °C per confermare che guarnizioni e filettature sopravvivono a espansione e contrazione ripetute, un test di pressione a circa 2 bar per verificare i giunti e un test di drenaggio in cui l'unità viene riempita, drenata e quindi pesata per misurare la quantità di acqua residua rimasta intrappolata all'interno. Quest’ultimo test è quello che prevede la sopravvivenza al gelo in modo più accurato, perché è l’acqua intrappolata, non l’aria fredda, a danneggiare una doccia.

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Domande frequenti

Una doccia solare può raggiungere una temperatura utilizzabile quando la temperatura dell'aria è di soli 5 °C?

Sì, in una giornata limpida e tranquilla. Una colonna da 35 litri riempita alle 9:00 e utilizzata alle 14:00. raggiunge tipicamente da 20 a 24 °C con una temperatura dell'aria compresa tra 5 e 6 °C. Aggiungete 25 km/h di vento e la stessa unità scende a 15-18 °C, che è più un risciacquo che una doccia.

È necessario aggiungere antigelo alla doccia solare?

No. Si tratta di serbatoi aperti e senza pressione contenenti acqua destinata al lavaggio. L'antigelo deve essere contenuto nei circuiti di riscaldamento sigillati, non in un serbatoio da cui si fa la doccia. Lo scarico è la protezione corretta e richiede meno di due minuti.

L'acqua si congela all'interno del serbatoio durante la notte?

Può, ma il serbatoio di solito sopravvive perché il ghiaccio ha spazio per espandersi verso l'alto in un recipiente aperto. Le parti che si rompono sono il soffione della doccia, la filettatura della valvola e il collegamento della base, dove l'acqua è intrappolata in un piccolo volume fisso. Ecco perché svuotare la testa e la valvola è più importante che svuotare il serbatoio.

Una doccia solare nera funziona meglio in inverno rispetto a una blu o grigia?

Le superfici scure assorbono più radiazione solare, quindi una colonna nera o molto scura supera una colonna chiara. Il divario tra il nero e il verde scuro è piccolo; il divario tra bianco e nero è sostanziale. Il colore conta meno dell’angolazione del sole, della capacità e del riparo dal vento.

Quanto tempo impiegano 35 litri per riscaldarsi a dicembre?

Circa 4-5 ore di sole limpido per aumentare di 12-15 °C la temperatura dell'aria. Ecco perché il riempimento avviene al mattino e l'acquazzone nel primo pomeriggio. Un riempimento di mezzogiorno lascia troppo poca luce del giorno con cui lavorare.

Posso usare una doccia solare per il campeggio invernale con una tenda da doccia?

Sì, con aspettative realistiche. Riempila al mattino, posiziona la tenda in pieno sole con il serbatoio all'esterno e aspettati dai 15 ai 20 °C nel pomeriggio. Molti campeggiatori portano con sé un piccolo bollitore di acqua calda per aumentare la temperatura di 5-8 °C subito prima dell'uso e nessuno lascia l'acqua nel serbatoio durante la notte.

In inverno è meglio una doccia solare con tubo e pompa?

Non automaticamente. Le colonne alimentate per gravità hanno meno volumi intrappolati e drenano più completamente, il che è un vantaggio in caso di gelo. Una pompa aiuta quando è necessaria la pressione per un lungo tubo, ma ogni metro in più di tubo è un altro punto in cui l'acqua si deposita e congela.

Quale temperatura dell'acqua è considerata confortevole per una doccia all'aperto?

La maggior parte delle persone trova che una temperatura compresa tra 32 e 38 °C sia davvero confortevole. Tra i 20 e i 25 °C è tollerabile una breve doccia con aria fredda, soprattutto per sciacquarsi dopo una nuotata o una sessione in giardino. Sotto i 15 °C sei nel territorio dell'acqua fredda, che smette di essere una doccia e diventa un tuffo.