การประยุกต์ใช้หลักการบ้านพาสซีฟในสภาพอากาศที่แตกต่างกัน

เมื่อมาตรฐาน Passive House ระดับนานาชาติได้แพร่กระจายจากเยอรมนีไปยังทุกมุมโลก คำถามต่างๆ ก็เกิดขึ้นอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้เกี่ยวกับว่ามาตรฐานนี้ใช้ได้ดีเพียงใดในสภาพอากาศที่แตกต่างจากสภาพอากาศที่เย็นและมีอุณหภูมิปานกลางของเยอรมนี สถาบัน Passive House (PHI) ได้ทำการวิจัยอย่างมากมายเกี่ยวกับคำถามนี้และได้ทำการปรับเปลี่ยนเมื่อจำเป็น เช่น การปรับมาตรฐาน PH แบบคลาสสิกเพื่อคำนึงถึงความต้องการเพิ่มเติมในการลดความชื้นในสภาพอากาศชื้น สถาบันและองค์กรอื่นๆ อีกมากมายได้มีส่วนร่วมในการวิจัยอย่างกว้างขวางเกี่ยวกับการออกแบบและการก่อสร้างอาคารที่ใช้พลังงานต่ำมากสำหรับประเภทสภาพอากาศที่หลากหลาย ในหลายประเทศได้มีการพัฒนาข้อกำหนด Passive House ที่ปรับแต่งให้เหมาะสมเพื่อตอบสนองต่อความกังวลเกี่ยวกับความเฉพาะเจาะจงของสภาพอากาศในมาตรฐาน PH ระดับนานาชาติ

ไม่ว่าจะมีความกังวลเหล่านี้หรือไม่ การเข้าใจหลักการของ Passive House ซึ่งมีรากฐานที่มั่นคงในฟิสิกส์การก่อสร้าง เป็นสิ่งสำคัญต่อการก่อสร้างหรือการปรับปรุงอาคารที่มีประสิทธิภาพสูง จริงอยู่ที่เมื่อแนวทาง PH ได้แพร่กระจายไปทั่วโลก มันได้เปลี่ยนแปลงการสนทนาเกี่ยวกับสิ่งที่เป็นไปได้ในการบรรลุผลกับเปลือกอาคารที่มีประสิทธิภาพสูง อาคาร Passive House ที่สร้างขึ้นในประเภทสภาพอากาศที่หลากหลาย—โดยเฉพาะอย่างยิ่งอาคารที่ได้รับการตรวจสอบและผลลัพธ์ของพวกเขาได้ถูกเผยแพร่—ให้หลักฐานที่ไม่สามารถโต้แย้งได้เกี่ยวกับความสำเร็จของแนวทางนี้ กล่าวคือ โครงการ PH เกือบทุกโครงการ—โดยเฉพาะโครงการที่ออกแบบโดยผู้ปฏิบัติงาน PH มือใหม่—สามารถมองได้ในระดับหนึ่งว่าเป็นการทดลองทางวิทยาศาสตร์ด้านการก่อสร้าง และผู้ปฏิบัติงานที่มีประสบการณ์มากที่สุดในสภาพอากาศที่กำหนดเสนอข้อมูลเชิงลึกที่มีค่าให้กับนักออกแบบใหม่

Mediterranean Climate Solutions

Micheel Wassouf, นักออกแบบ PH ที่ได้รับการรับรองจากบาร์เซโลนา ประเทศสเปน, ได้นำเสนอผลการตรวจสอบจากที่อยู่อาศัย PH สองแห่งในภูมิภาคของเขาที่การประชุม PH ระดับนานาชาติปี 2015 เพื่อแก้ไขข้อสงสัยเกี่ยวกับความเหมาะสมของ Passive House สำหรับฤดูร้อนในเขตเมดิเตอร์เรเนียน โครงการหนึ่งคือการปรับปรุงบ้านแถวขนาดเล็กที่สร้างขึ้นในปี 1918 และตั้งอยู่ในบาร์เซโลนาตอนเหนือ การปรับปรุงนี้วางแผนและนำโดยสถาปนิกจาก Calderon Folch Sarsanedas ซึ่งเกี่ยวข้องกับการเพิ่มฉนวนกันความร้อนให้กับผนัง หลังคา และแผ่นพื้น และติดตั้งหน้าต่างใหม่ที่มีประสิทธิภาพสูงและมีการปล่อยต่ำ รวมถึงหน้าต่างบนหลังคาที่มีการหันไปทางทิศตะวันตกเฉียงใต้เพื่อเพิ่มการรับพลังงานจากแสงอาทิตย์ในฤดูหนาว ความต้องการความร้อนลดลงอย่างมากจาก 171 kWh/m²a เหลือเพียง 17.5 kWh/m²a; ที่น่าทึ่งคือบ้านหลังนี้ไม่มีเครื่องปรับอากาศแต่ยังคงรักษาอุณหภูมิที่สบายได้

ผลลัพธ์ด้านความสะดวกสบายที่คล้ายกันได้รับการรายงานโดยสถาปนิก Josep Bunyesc และ Silvia Prieto ที่การประชุม PHI ปี 2015 โดยอิงจากการตรวจสอบที่อยู่อาศัย PH ห้าแห่งในภาคตะวันออกเฉียงเหนือของสเปน—สองแห่งใน Lleida และสามแห่งในเทือกเขาพิเรนีส์ พวกเขาสรุปว่า สำหรับทั้งการก่อสร้างใหม่และการปรับปรุง Passive House ควรเป็นสิ่งที่จำเป็นหรืออย่างน้อยที่สุดเป็นมาตรฐานที่ลูกค้าต้องการเพื่อความสะดวกสบาย ผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจ และความเป็นอยู่ที่ดีของโลก ในฐานะที่เป็นสถาปนิกที่ใช้วิธี PH ตั้งแต่ปี 2009 และได้เห็นผลลัพธ์ที่น่าประทับใจ พวกเขากล่าวว่าพวกเขาจะพบว่ามันเป็นเรื่องที่ไม่สามารถทำได้ทางศีลธรรมที่จะกลับไปใช้แนวทางการออกแบบอื่น ๆ

การปรับตัวให้เข้ากับสภาพอากาศที่มีความชื้นผสม

Adam Cohen นักออกแบบและผู้สร้าง PH ที่มีประสบการณ์ในเวอร์จิเนีย ได้อยู่แนวหน้าของการปรับหลักการ Passive House ให้เข้ากับสภาพอากาศที่มีความชื้นผสม เขาได้บรรลุความสำเร็จหลายอย่างในสหรัฐอเมริกา รวมถึงการออกแบบและก่อสร้างอาคารขนาดใหญ่ที่มีห้องครัวเชิงพาณิชย์อยู่ภายในห่อหุ้มความร้อน และเมื่อเร็ว ๆ นี้ได้แก่คลินิกทันตกรรม

ตามที่ Cohen กล่าว การพิจารณาที่สำคัญที่สุดในสภาพอากาศเหล่านี้คือการจำกัดการได้รับแสงแดดโดยตรง โดยเฉพาะในช่วงฤดูกาลเปลี่ยนผ่านเมื่อการร้อนเกินไปอาจกลายเป็นปัญหาที่สำคัญ เครื่องระบายอากาศที่มีการฟื้นฟูพลังงาน (ERV) เพื่อช่วยลดความชื้นที่เข้าสู่อาคารจึงเป็นสิ่งจำเป็น เช่นเดียวกับการติดตั้งวงจรการทำให้เย็นล่วงหน้าและการลดความชื้นล่วงหน้าบน ERV เพื่อช่วยลดภาระความร้อนที่เข้ามา ทั้งในรูปแบบที่ซ่อนอยู่และที่สัมผัส สุดท้าย ผู้ที่อาศัยอยู่ในอาคารจำเป็นต้องได้รับการศึกษาเกี่ยวกับการจัดการความร้อนภายในในช่วงเดือนที่ร้อนที่สุด โดยการเปิดใช้งานระบบกันแดดที่ไม่เป็นอัตโนมัติและอาจจะต้องจำกัดการทำอาหารหรือการใช้ไฟฟ้าที่ยาวนาน เนื่องจากอาคาร Passive House จะเก็บความร้อนและการทำให้เย็นในเวลากลางคืนในสภาพอากาศที่มีความชื้นมักจะไม่สามารถทำได้อย่างมีประสิทธิภาพ

การพิจารณาสภาพอากาศที่อ่อนโยน

ในสภาพอากาศที่อ่อนโยน ซึ่งการโหลดการปรับอากาศสามารถลดลงได้ผ่านเปลือกบ้านแบบ Passive House จะมีความท้าทายที่แตกต่างกันออกไป การรวมระบบการระบายอากาศและการกระจายการปรับอากาศสามารถสร้างข้อได้เปรียบในการประหยัดพื้นที่ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากการปรับอากาศมักต้องการการไหลของอากาศที่สูงกว่าการระบายอากาศ กลยุทธ์นี้จึงมีความท้าทายที่เป็นเนื้อแท้

One Sky Homes บริษัทออกแบบ/ก่อสร้างในแคลิฟอร์เนีย ได้ทดลองใช้วิธีการที่สร้างสรรค์ ในการปรับปรุงบ้านในซันนีเวล พวกเขาได้ติดตั้งทั้งเครื่องระบายอากาศที่มีการฟื้นฟูความร้อน (HRV) และเครื่องปรับอากาศแบบมินิสปิตที่ร่วมกันจัดหาอากาศบริสุทธิ์และอากาศที่ปรับอากาศให้กับพื้นที่ส่วนกลาง แทนที่จะใช้ท่อสำหรับอุปกรณ์ใดอุปกรณ์หนึ่ง ทางเดินทำหน้าที่เป็นห้องจ่ายอากาศเพื่อขนส่งอากาศไปยังห้องนอน พัดลมระบายอากาศที่ทำงานอย่างต่อเนื่องด้วยมอเตอร์ที่มีประสิทธิภาพ (ECMs) ช่วยดึงอากาศบริสุทธิ์ที่ปรับอากาศเข้าไปในห้องนอน การตรวจสอบคุณภาพอากาศภายในและการใช้พลังงานได้ยืนยันถึงความมีประสิทธิภาพของกลยุทธ์นี้

การจัดการความชื้นในพื้นที่ฝนตก

ในพื้นที่ที่มีฝนตก เช่น ภูมิภาคแปซิฟิกนอร์ธเวสต์ของสหรัฐอเมริกา การจัดการน้ำในปริมาณมากกลายเป็นปัญหาที่สำคัญสำหรับอาคารทั้งหมด รวมถึงบ้านพาสสีฟ หน้าจอฝนที่มีการระบายอากาศ ซึ่งให้ช่องทางที่น้ำในปริมาณมากสามารถระบายหรือลดการระเหยได้ ตั้งอยู่ภายในแผ่นปิดภายนอก เป็นรายละเอียดสำคัญในพื้นที่เหล่านี้ ผู้ปฏิบัติงานบ้านพาสสีฟได้เชี่ยวชาญในการรวมฟีเจอร์นี้กับฉนวนภายนอกที่จำเป็น

การประกอบผนังภายนอกทั่วไปในพื้นที่เหล่านี้ประกอบด้วย จากภายนอกไปภายใน แผ่นปิดภายนอก ช่องว่างหน้าจอฝนที่มีการระบายอากาศซึ่งสร้างขึ้นโดยแผ่นไม้ที่ยึดไว้กับอุปสรรคที่ทนต่อสภาพอากาศเหนือฉนวนภายนอก และในที่สุดคือผนังที่มีโครงสร้างไม้ บางผู้สร้างได้ใช้แผ่นปิดภายนอกที่มีการซึมซับขี้ผึ้ง เนื่องจากสามารถทำหน้าที่เป็นอุปสรรคที่ทนต่อสภาพอากาศและอุปสรรคทางอากาศเมื่อรอยต่อของมันถูกปิดสนิทอย่างทั่วถึง

การระบายอากาศทางกลที่เฉพาะเจาะจงตามสภาพอากาศ

ระบบการระบายอากาศทางกลต้องได้รับการออกแบบโดยคำนึงถึงสภาพอากาศในท้องถิ่น ในสภาพอากาศที่หนาวเย็น ประสิทธิภาพการฟื้นฟูความร้อนของ HRV ควรมีอย่างน้อย 80 เปอร์เซ็นต์ ในขณะที่ในสภาพอากาศที่เย็นและอบอุ่น ประสิทธิภาพขั้นต่ำอาจลดลงเหลือ 75 เปอร์เซ็นต์ นอกจากนี้ การใช้ ERV อาจจำเป็นในสภาพอากาศที่หนาวเย็นเพื่อรักษาระดับความชื้นภายในอาคารให้ยอมรับได้ในช่วงฤดูหนาว เนื่องจากอากาศภายนอกที่สดใหม่มักมีความชื้นต่ำมาก

ในสภาพอากาศที่อ่อนโยนมาก ซึ่งหน้าต่างสามารถเปิดได้เกือบตลอดทั้งปี บางครั้งมีคำถามเกี่ยวกับความจำเป็นของการระบายอากาศทางกล การศึกษาเมื่อเร็ว ๆ นี้ในพื้นที่ของนิวซีแลนด์ที่มีสภาพอากาศอ่อนโยนได้ตรวจสอบคำถามนี้ใน 15 บ้านในสามโซนสภาพอากาศ อาคารเหล่านี้ได้รับการทดสอบความแน่นหนาและระดับมลพิษภายใน ผลการศึกษาพบว่าแม้บ้านที่มีการรั่วซึมมากก็ไม่รับประกันคุณภาพอากาศภายในที่ดี เนื่องจากระดับมลพิษขึ้นอยู่กับสภาพลมในแต่ละวันอย่างมีนัยสำคัญ การศึกษานี้ยืนยันสิ่งที่หลายคนได้สังเกตเห็น: การรั่วซึมแบบสุ่มในห่ออาคารไม่ให้การรับประกันคุณภาพอากาศภายในที่ดีต่อสุขภาพ

การพิจารณาคุณภาพอากาศภายในอาคาร

ในทุกสภาพอากาศ คุณภาพอากาศภายในอาคารต้องได้รับการจัดการอย่างจริงจัง แม้จะมีการระบายอากาศด้วยเครื่องจักรที่นำอากาศบริสุทธิ์เข้าสู่โครงสร้างบ้านพาสซีฟ แต่ปัญหาคุณภาพอากาศภายในอาจไม่สามารถแก้ไขได้ทั้งหมด ในบ้านที่มีการปิดผนึกแน่น การใช้วัสดุก่อสร้างที่มีพิษน้อยลงจึงมีความสำคัญมากขึ้น โดยเฉพาะสำหรับวัสดุที่มีพื้นที่ผิวภายในที่ใหญ่ที่สุด เช่น พื้นในบ้าน

เมื่อใช้ไม้ที่ผ่านการวิจัย ควรพิจารณาผลิตภัณฑ์ที่มีฟอร์มาลดีไฮด์ต่ำหรือไม่มีฟอร์มาลดีไฮด์สำหรับทั้งพื้นและตู้เก็บของ คณะกรรมการทรัพยากรอากาศแห่งแคลิฟอร์เนีย (CARB) รักษารายชื่อผลิตภัณฑ์ไม้ที่เป็นไปตามมาตรฐาน; การวิจัยแสดงให้เห็นว่าการเลือกผลิตภัณฑ์เหล่านี้สามารถลดระดับฟอร์มาลดีไฮด์ภายในอาคารได้มากกว่า 40 เปอร์เซ็นต์

การระบายอากาศในครัวมีความท้าทายเฉพาะในบ้านพาสซีฟ ขณะที่แนวทางของ PH สมมติว่ามีการดึงอากาศออกจากพื้นที่ครัว แต่ไม่ได้ระบุถึงการใช้ฮูดระบายอากาศโดยเฉพาะ อย่างไรก็ตาม การวิจัยชี้ให้เห็นว่าแนวทางนี้อาจนำไปสู่คุณภาพอากาศภายในที่ไม่ดี ขึ้นอยู่กับการออกแบบระบบเครื่องจักรและว่าเตาแก๊ส เตาไฟฟ้า หรือเตาเหนี่ยวนำ

เพื่อการดึงสารมลพิษที่เกี่ยวข้องกับการปรุงอาหารอย่างเหมาะสม—ทั้งผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้และอนุภาคและสารเคมีที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการปรุงอาหาร—ควรใช้ฮูดที่ตั้งอยู่ตรงกลางเหนือเตา ครอบคลุมทุกเตา และให้การระบายอากาศที่มุ่งเป้าไปที่ 100 ถึง 200 ลูกบาศก์ฟุต (2.83–5.66 m³) ต่อต้นนาที ฮูดที่มีฐานแบนจะมีประสิทธิภาพน้อยกว่าในการจับพลุของสารมลพิษเมื่อเปรียบเทียบกับการออกแบบที่มีรูปทรงกรวยมากกว่า การว่าจ้างระบบระบายอากาศหลังการติดตั้งและการบำรุงรักษาอย่างสม่ำเสมอเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการรับประกันการทำงานที่เหมาะสม และผู้ที่อาศัยอยู่มักต้องการการศึกษาเกี่ยวกับการทำงานของระบบ

ไม่ว่าประเภทสภาพอากาศจะเป็นอย่างไร ขณะนี้มีตัวอย่างทั่วโลกที่แสดงให้เห็นถึงการนำหลักการบ้านพาสซีฟไปใช้ได้อย่างสำเร็จ การนำหลักการเหล่านี้ไปใช้ทั่วโลกยังคงเติบโตอย่างต่อเนื่อง โดยพิสูจน์ว่าด้วยการปรับตัวและความเข้าใจในสภาพท้องถิ่นอย่างเหมาะสม การออกแบบบ้านพาสซีฟสามารถมอบความสะดวกสบายที่ยอดเยี่ยม ประโยชน์ด้านสุขภาพ และประสิทธิภาพด้านพลังงานในแทบทุกสภาพอากาศบนโลกใบนี้