What is a "Passive House"?
The term passive house (Passivhaus in German) refers to the rigorous, Passivhaus standard for energy efficiency in buildings. It results in ultra-low energy buildings that require little energy for space heating or cooling. Passive design is not the attachment or supplement of architectural design, but an integrated design process with the architectural design.
D e s i g n a n d c o n s t r u c t i o n
T h e p a s s i v h a u s u s e s a c o m b i n a t i o n o f l o w - e n e r g y b u i l d i n g t e c h n i q u e s a n d t e c h n o l o g i e s . A c h i e v i n g t h e m a j o r d e c r e a s e i n h e a t i n g e n e r g y c o n s u m p t i o n r e q u i r e d b y t h e s t a n d a r d i n v o l v e s a s h i f t i n a p p r o a c h t o b u i l d i n g d e s i g n a n d c o n s t r u c t i o n . D e s i g n i s c a r r i e d o u t w i t h t h e a i d o f t h e ' P a s s i v h a u s P l a n n i n g P a c k a g e ' ( P H P P ) [ 2 0 ] , a n d u s e s s p e c i f i c a l l y d e s i g n e d c o m p u t e r s i m u l a t i o n s .
T o a c h i e v e t h e s t a n d a r d s , a n u m b e r o f t e c h n i q u e s a n d t e c h n o l o g i e s a r e u s e d i n c o m b i n a t i o n :
F o l l o w i n g p a s s i v e s o l a r b u i l d i n g d e s i g n t e c h n i q u e s , w h e r e p o s s i b l e b u i l d i n g s a r e c o m p a c t i n s h a p e t o r e d u c e t h e i r s u r f a c e a r e a , w i t h w i n d o w s o r i e n t e d t o w a r d s t h e e q u a t o r ( s o u t h i n t h e n o r t h e r n h e m i s p h e r e a n d n o r t h i n t h e s o u t h e r n h e m i s p h e r e ) t o m a x i m i z e p a s s i v e s o l a r g a i n . H o w e v e r , t h e u s e o f s o l a r g a i n i s s e c o n d a r y t o m i n i m i z i n g t h e o v e r a l l e n e r g y r e q u i r e m e n t s .
P a s s i v e h o u s e s c a n b e c o n s t r u c t e d f r o m d e n s e o r l i g h t w e i g h t m a t e r i a l s , b u t s o m e i n t e r n a l t h e r m a l m a s s i s n o r m a l l y i n c o r p o r a t e d t o r e d u c e s u m m e r p e a k t e m p e r a t u r e s , m a i n t a i n s t a b l e w i n t e r t e m p e r a t u r e s , a n d p r e v e n t p o s s i b l e o v e r - h e a t i n g i n s p r i n g o r a u t u m n b e f o r e n o r m a l s o l a r s h a d i n g b e c o m e s e f f e c t i v e .
P a s s i v h a u s b u i l d i n g s e m p l o y s u p e r i n s u l a t i o n t o s i g n i f i c a n t l y r e d u c e t h e h e a t t r a n s f e r t h r o u g h t h e w a l l s , r o o f a n d f l o o r c o m p a r e d t o c o n v e n t i o n a l b u i l d i n g s . A w i d e r a n g e o f t h e r m a l i n s u l a t i o n m a t e r i a l s c a n b e u s e d t o p r o v i d e t h e r e q u i r e d h i g h R - v a l u e s ( l o w U - v a l u e s , t y p i c a l l y i n t h e 0 . 1 0 t o 0 . 1 5 W / ( m ≤ . K ) r a n g e ) . S p e c i a l a t t e n t i o n i s g i v e n t o e l i m i n a t i n g t h e r m a l b r i d g e s .
A d i s a d v a n t a g e r e s u l t i n g f r o m t h e t h i c k n e s s o f w a l l i n s u l a t i o n r e q u i r e d i s t h a t , u n l e s s t h e e x t e r n a l d i m e n s i o n s o f t h e b u i l d i n g c a n b e e n l a r g e d t o c o m p e n s a t e , t h e i n t e r n a l f l o o r a r e a o f t h e b u i l d i n g m a y b e l e s s c o m p a r e d t o t r a d i t i o n a l c o n s t r u c t i o n .
I n S w e d e n , t o a c h i e v e p a s s i v e h o u s e s t a n d a r d s , t h e i n s u l a t i o n t h i c k n e s s w o u l d b e 3 3 5 m m ( a b o u t 1 3 i n ) ( 0 . 1 0 W / ( m ≤ . K ) ) a n d t h e r o o f 5 0 0 m m ( a b o u t 2 0 i n ) ( U - v a l u e 0 . 0 6 6 W / ( m ≤ . K ) ) .
T o m e e t t h e r e q u i r e m e n t s o f t h e P a s s i v h a u s s t a n d a r d , w i n d o w s a r e m a n u f a c t u r e d w i t h e x c e p t i o n a l l y h i g h R - v a l u e s ( l o w U - v a l u e s , t y p i c a l l y 0 . 8 5 t o 0 . 7 0 W / ( m ≤ . K ) f o r t h e e n t i r e w i n d o w i n c l u d i n g t h e f r a m e ) . T h e s e n o r m a l l y c o m b i n e t r i p l e - p a n e i n s u l a t e d g l a z i n g ( w i t h a g o o d s o l a r h e a t - g a i n c o e f f i c i e n t , l o w - e m i s s i v i t y c o a t i n g s , a r g o n o r k r y p t o n g a s f i l l , a n d ' w a r m e d g e ' i n s u l a t i n g g l a s s s p a c e r s ) w i t h a i r - s e a l s a n d s p e c i a l l y d e v e l o p e d t h e r m a l l y - b r o k e n w i n d o w f r a m e s .
I n C e n t r a l E u r o p e , f o r u n o b s t r u c t e d s o u t h - f a c i n g P a s s i v h a u s w i n d o w s , t h e h e a t g a i n s f r o m t h e s u n a r e , o n a v e r a g e , g r e a t e r t h a n t h e h e a t l o s s e s , e v e n i n m i d - w i n t e r .
B u i l d i n g e n v e l o p e s u n d e r t h e P a s s i v h a u s s t a n d a r d a r e r e q u i r e d t o b e e x t r e m e l y a i r t i g h t c o m p a r e d t o c o n v e n t i o n a l c o n s t r u c t i o n . A i r b a r r i e r s , c a r e f u l s e a l i n g o f e v e r y c o n s t r u c t i o n j o i n t i n t h e b u i l d i n g e n v e l o p e , a n d s e a l i n g o f a l l s e r v i c e p e n e t r a t i o n s t h r o u g h i t a r e a l l u s e d t o a c h i e v e t h i s .
A i r t i g h t n e s s m i n i m i z e s t h e a m o u n t o f w a r m ( o r c o o l ) a i r t h a t c a n p a s s t h r o u g h t h e s t r u c t u r e , e n a b l i n g t h e m e c h a n i c a l v e n t i l a t i o n s y s t e m t o r e c o v e r t h e h e a t b e f o r e d i s c h a r g i n g t h e a i r e x t e r n a l l y .
M e c h a n i c a l h e a t r e c o v e r y v e n t i l a t i o n s y s t e m s , w i t h a h e a t r e c o v e r y r a t e o f o v e r 8 0 % a n d h i g h - e f f i c i e n c y e l e c t r o n i c a l l y c o m m u t a t e d ( E C M ) m o t o r s , a r e e m p l o y e d t o m a i n t a i n a i r q u a l i t y , a n d t o r e c o v e r s u f f i c i e n t h e a t t o d i s p e n s e w i t h a c o n v e n t i o n a l c e n t r a l h e a t i n g s y s t e m . S i n c e t h e b u i l d i n g i s e s s e n t i a l l y a i r t i g h t , t h e r a t e o f a i r c h a n g e c a n b e o p t i m i z e d a n d c a r e f u l l y c o n t r o l l e d a t a b o u t 0 . 4 a i r c h a n g e s p e r h o u r . A l l v e n t i l a t i o n d u c t s a r e i n s u l a t e d a n d s e a l e d a g a i n s t l e a k a g e .
I n a d d i t i o n t o t h e h e a t e x c h a n g e r ( c e n t r e ) , a m i c r o - h e a t p u m p e x t r a c t s h e a t f r o m t h e e x h a u s t a i r ( l e f t ) a n d h o t w a t e r h e a t s t h e v e n t i l a t i o n a i r ( r i g h t ) . T h e a b i l i t y t o c o n t r o l b u i l d i n g t e m p e r a t u r e u s i n g o n l y t h e n o r m a l v o l u m e o f v e n t i l a t i o n a i r i s f u n d a m e n t a l .
I n a d d i t i o n t o u s i n g p a s s i v e s o l a r g a i n , P a s s i v h a u s b u i l d i n g s m a k e e x t e n s i v e u s e o f t h e i r i n t r i n s i c h e a t f r o m i n t e r n a l s o u r c e s s u c h a s w a s t e h e a t f r o m l i g h t i n g , w h i t e g o o d s ( m a j o r a p p l i a n c e s ) a n d o t h e r e l e c t r i c a l d e v i c e s ( b u t n o t d e d i c a t e d h e a t e r s ) a s w e l l a s b o d y h e a t f r o m t h e p e o p l e a n d a n i m a l s i n s i d e t h e b u i l d i n g . ( P e o p l e , o n a v e r a g e , e m i t h e a t e n e r g y e q u i v a l e n t t o 1 0 0 W a t t s , s e e R a d i a t i o n e m i t t e d b y a h u m a n b o d y ) .
T o g e t h e r w i t h t h e c o m p r e h e n s i v e e n e r g y c o n s e r v a t i o n m e a s u r e s t a k e n , t h i s m e a n s t h a t a c o n v e n t i o n a l c e n t r a l h e a t i n g s y s t e m i s n o t n e c e s s a r y , a l t h o u g h t h e y a r e s o m e t i m e s i n s t a l l e d d u e t o c l i e n t s c e p t i c i s m . B e y o n d t h e r e c o v e r y o f h e a t b y t h e h e a t r e c o v e r y v e n t i l a t i o n u n i t , a w e l l d e s i g n e d P a s s i v e h o u s e i n t h e E u r o p e a n c l i m a t e s h o u l d n o t n e e d a n y s u p p l e m e n t a l h e a t s o u r c e i f t h e h e a t i n g l o a d i s k e p t u n d e r 1 0 W / m ≤ .
T r a i t s o f P a s s i v e H o u s e s
D u e t o t h e i r d e s i g n , p a s s i v e h o u s e s u s u a l l y h a v e t h e f o l l o w i n g t r a i t s :
* T h e a i r i s f r e s h , a n d v e r y c l e a n .
T h e u s e o f a m e c h a n i c a l v e n t i n g s y s t e m a l s o i m p l i e s h i g h e r p o s i t i v e i o n v a l u e s . [ c i t a t i o n n e e d e d ] T h i s c a n b e c o u n t e r a c t e d s o m e w h a t v i a o p e n i n g t h e w i n d o w f o r a v e r y b r i e f t i m e , p l a n t s a n d i n d o o r f o u n t a i n s . H o w e v e r , i t s h o u l d b e n o t e d t h a t f a i l u r e t o e x c h a n g e a i r w i t h t h e o u t s i d e d u r i n g o c c u p i e d p e r i o d s i s n o t a d v i s a b l e .
* B e c a u s e o f t h e h i g h r e s i s t a n c e t o h e a t f l o w ( h i g h R - v a l u e i n s u l a t i o n ) , t h e r e a r e n o " o u t s i d e w a l l s " w h i c h a r e c o l d e r t h a n o t h e r w a l l s .
* S i n c e t h e r e a r e n o r a d i a t o r s , t h e r e i s m o r e s p a c e o n t h e r o o m s ' w a l l s .
* I n s i d e t e m p e r a t u r e i s h o m o g e n e o u s ; i t i s i m p o s s i b l e t o h a v e s i n g l e r o o m s ( e . g . t h e s l e e p i n g r o o m s ) a t a d i f f e r e n t t e m p e r a t u r e f r o m t h e r e s t o f t h e h o u s e . N o t e t h a t t h e r e l a t i v e l y h i g h t e m p e r a t u r e o f t h e s l e e p i n g a r e a s i s p h y s i o l o g i c a l l y n o t c o n s i d e r e d d e s i r a b l e b y s o m e b u i l d i n g s c i e n t i s t s . B e d r o o m w i n d o w s c a n b e c r a c k e d s l i g h t l y t o a l l e v i a t e t h i s w h e n n e c e s s a r y .
* T h e t e m p e r a t u r e c h a n g e s o n l y v e r y s l o w l y - w i t h v e n t i l a t i o n a n d h e a t i n g s y s t e m s s w i t c h e d o f f , a p a s s i v e h o u s e t y p i c a l l y l o s e s l e s s t h a n 0 . 5 ∞ C ( 1 ∞ F ) p e r d a y ( i n w i n t e r ) , s t a b i l i z i n g a t a r o u n d 1 5 ∞ C ( 5 9 ∞ F ) i n t h e c e n t r a l E u r o p e a n c l i m a t e .
* O p e n i n g w i n d o w s o r d o o r s f o r a s h o r t t i m e h a s o n l y a v e r y l i m i t e d e f f e c t ; a f t e r t h e w i n d o w s a r e c l o s e d , t h e a i r v e r y q u i c k l y r e t u r n s t o t h e " n o r m a l " t e m p e r a t u r e .
* T h e a i r i n s i d e P a s s i v e H o u s e s , d u e t o t h e l a c k o f v e n t i l a t i n g c o l d a i r , i s m u c h d r i e r t h a n i n ' S t a n d a r d ' H o u s e s .
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