Kada se jave potrebe za smanjivanjem energetskih potreba zgrada uvijek se dolazi do istog logičkog obrasca izgradnje zgrada koje imaju niske potrebe za energijom grijanja ili hlađenja. Ujedno se zgrada povezuje s okolinom te dobiva energiju od lokalno dostupnog energenta ili energiju direktnog Sunčevog zračenja. Koncept je univerzalan i slična rješenja su stvorena u različitim povijesnim razdobljima s boljim ili lošijim rezultatima. Osnovni principi pasivne sunčane arhitekture su primjenjivani tisućama godinama u različitim kulturama te je bitan element u izgradnji imala orijentacija zgrade, dobitci insolacije Sunčeve energije, toplinska akumulacijska masa zidova, prirodna ventilacija zgrada. Sunce i Sunčevo zračenje je uvijek imalo bitan značaj u životu ljudi dok je Sunčeva energija u što većoj mjeri korištena.

Jedno od prvih rješenja sunčanih kuća je stvoreno u Grčkoj gdje je orijentacija zgrada bila bitna da se osigura osvjetljenje tijekom dana i toplina Sunca tijekom zime pa je grčki filozof Aeschylus napisao: "Samo primitivne i barbarske kulture nemaju znanje o izgradnji kuća koje su orijentirane prema Suncu te niskom zimskom Suncu za grijanje zgrada." Tako je i filozof Socrates pisao: "Kod kuća s južnom orijentacijom Sunčevo zračenje će direktno ulaziti u kuću tijekom zime dok će krov i nadstrešnica tijekom ljeta osigurati dovoljan hlad kada je Sunce visoko iznad naših glava." Socratesova kuća je poznata pod nazivom Megaron s akumulacijskim zidom na južnoj fasadi. Akumulacijski zid se danas naziva Trombeov zid te postoje razne izvedbe zida koji akumulira Sunčevo zračenje i propušta ga u prostorije. Ujedno se koristi i toplinska masa poda koji akumulira Sunčevo zračenje tijekom dana i postepeno oslobađa toplinu u prostorije tijekom noći. Koncepti izgradnje su preneseni u rimsku kulturu, a padom Rimskog carstva slijede stoljeća dominacije novih sjevernih kultura koje nisu preuzele znanja pa danas ponovno analiziramo koncepte sunčanih kuća stare 2000 godina. U petom stoljeću prije Krista grčki gradovi su imali velikih problema s nabavkom ogrijevnog drveta pa je energetska kriza uzrokovala nova razmišljanja o upotrebi Sunčeve energije. Grad Priene u maloj Aziji je izgrađen s orijentacijom kuća u smjeru istok-zapad, s glavnim prostorijama na jugu i zatvorenim sjevernim zidovima kojima se smanjuje utjecaj hladnih sjevernih vjetrova. Grčke kuće nisu imale ostakljene prozore i bile su otvorene prema vanjskom zraku. Osnovni cilj arhitektonskog planiranja grada je bilo da svaka kuća ima što veći dotok Sunčevog zračenja u zimskom periodu. Ponekad se povezuje izloženost stanovništva Sunčevom zračenju s kulturnim i znanstvenim napretkom grčke civilizacije dok samo zračenje djeluje na hormonalni balans tijela, proizvodnju D vitamina u koži te se smatra da postoji i utjecaj na pinealnu žlijezdu u mozgu koja se opet povezuje s duhovnim i intelektualnim aspektima.

Očigledan je utjecaj grčke arhitekture na rimsku, a u rimskim kućama napravljena je inovacija s upotrebom ostakljenih prozora koji su zadržavali toplinu unutar prostorija te je tako razvijen rimski heliocaminus ili sunčana peć u kojoj se koncentrirala Sunčeva energija.  Koncepti su primjenjeni kod izgradnje kuća visokog staleža dok na razini gradova nisu primjenjeni sunčani principi orijentacije zgrada kao u Grčkoj. Tako Vitruvius, rimski arhitekt piše: "Zgrade se moraju posve zatvoriti prema sjeveru dok se glavne prostorije moraju smjestiti prema jugu." Staklenici su korišteni u Rimskom Carstvu te su vrtovi oblagani staklom. Padom Rima do 16-tog stoljeća se neće ponovno koristiti staklo za izgradnju staklenika.

Padom Rimskog Carstva ideje primjene Sunčeve energije su zaboravljene u Europi te su se koncepti održali u kineskoj arhitekturi. Jedna od prvih rješenja su stvorena u južnoj Kini jer lokalna klima traži veći udio hlađenja zgrade nego grijanja i često se takve zgrade ne griju zbog  lokacije zgrade. Sličan obrazac izgradnje se pojavio u nekim dijelovima Irana, obali Portugala i dijelovima Kine. Te zgrade nisu nazivane pasivnima, ali po principu izgradnje one su pasivne jer su samodostatne bez dodatnih izvora energije grijanja i hlađenja. Specifičnost lokalne mikroklime dopušta izgradnju sličnih zgrada koje ne bi bile pasivne da se prenesu u hladniju ili topliju klimu. Adamson, B. "Passive Climatisation of Residential Buildings in China", Lund University, Report TABK-92/3006 (1992)     

Neovisno o navedenim kulturama na drugom kontinentu Sjeverne Amerike kultura Pueblo indijanaca primjenjuje sunčanu arhitekturu kod izgradnje Nebeskog grada Acoma u 12-om stoljeću, a grad je trajno naseljen do danas. Grad je izgrađen na platou dok su zgrade smještene u smjeru istok-zapad te svaka zgrada ima doticaj sa zimskim Sunčevim zračenjem. Zidovi su građeni kao akumulacijska masa koja je postepeno oslobađala toplinu u prostorije tijekom noći dok su krovovi dodatno izolirani slamom koja i danas nalazi sve veću primjenu. Za primjetiti je da se isti koncepti s identičnim rješenjima upotrebe Sunčeve energije razvijaju u kulturama koje nikada nisu bile u doticaju odnosno isti se logični koncept dobije analizom prirodnih zakonitosti neovisno o lokaciji.

U srednjem vijeku u Irskoj je počela izgradnja kuća (turf house) koje su imale visoku razinu izolacije da se smanje potrebe za grijanjem jer se znatno smanjila količina dostupnog ogrjevnog drva zbog prekomjerne sječe šuma. Znatna nestašica dostupnog drva u 17. i 18. stoljeću povećala je potrošnju ugljena, ali u Irskoj to nije bilo moguće jer nije bilo dostupnog ugljena i jedino rješenje je bilo izgradnja kuća koje imaju niske energetske potrebe. Kuće su bile kompaktne sa zelenim krovovima, malim prozorima te nedostatnom ventilacijom, a posljedica je bila loša mikroklima u kućama. Istovjetne kuće su građene i na Islandu dok su osnovni građevni elementi bili kamen, drvo, zemlja i trava na krovu kuće. Hladna klima Islanda uvjetovala je izgradnju dobro izoliranih kuća koje su često bile ukopane u zemlji kao kuće Hobbita u filmskom serijalu Lord of the Rings.

U 18-tom stoljeću Nizozemski vrtlari su u velikoj mjeri koristili kućne staklenike koji su bili orijentirani prema jugu da se u što većoj mjeri apsorbira Sunčeva energija. Tijekom noći su staklenici prekrivani zastorima da se smanje toplinski gubitci prema hladnom noćnom zraku. Staklenici su korišteni u Rimskom Carstvu te su vrtovi oblagani staklom. Padom Rima do 16-tog stoljeća se neće ponovno koristiti staklenici u europskoj arhitekturi. Principi su preneseni u Novu Englesku te su nove kolonijalne kuće "saltbox" izgrađene u orijentaciji prema jugu. Na južnom pročelju su bile dvije etaže dok je na sjevernom zidu bio krov koji se spuštao do donje etaže i služio je kao zaštita od hladnih sjevernih vjetrova.

Tijekom prve industrijske revolucije i razdoblja razvoja parnog stroja te masovne uporabe ugljena za grijanje zaboravilo se na Sunčevu energiju te su kvartovi pojedinih europskih gradova izgledali kao slamovi. Njemački arhitekt Hannes Meyer pokrenio je novu eru razmišljanje o uporabi direktno dozračene Sunčeve energije za grijanje zgrada te su se koncepti razrađivali u njemačkoj školi arhitekture Bauhaus. Njemačka je povela novu renesansu u izgradnji sunčanih kuća 1930-tih, a cijeli proces izgradnje sunčanih kuća je zaustavio drugi svjetski rat dok su znanja ponovno otišla u zaborav i čekala su nove generacije koje bi ponovno izvršile analize starih logičkih obrazaca razmišljanja. Razmišljanja koja povezuju čovjeka i kulturu s okolinom u kojoj živi unutar održivog obrasca razvitka društva.

Nakon prvog svjetskog rata saveznici su okupirali područje Ruhra i zauzeli su sve rudnike ugljena pa se javio nedostatak ugljena na tržištu za grijanje kuća. Nedostatak energenta i visoka cijena energenta je ponovno kao posljedicu imala razmišljanja da se smanje energetske potrebe zgrade primjenom Sunčeve energije.  Dolaskom na vlast Nacista u Njemačkoj bilo je zabranjeno izgrađivati sunčane kuće te su one proglašene židovskom umotvorinom pa su gotovo svi arhitekti prebjegli u SAD u strahu od pogubljenja. Zabranjivanje sunčane arhitekture te primjene Sunčeve energije donosi brojna uzročno posljedična pitanja te razloge takvih razmišljanja i politike. Njemački arhitekt George Fred Keck prebjegao je u SAD i počeo je projektirati kuće koje su imale puno više prozora na južnoj fasadi u odnosu na klasične kuće tadašnjeg vremena. Tako je 1940. za investitora Howarda Sloana u Illinoisu, SAD projektirao kuću koja je nazvana solarna kuća budućnosti dok je Sloan kasnije izgradio niz sličnih kuća koje su kao posljedicu imale izgradnju većeg broja sunčanih kuća u 1940-tima u SAD-u. Kuća je imala južne prozore za hvatanje i akumulaciju Sunčeve energije, minimalne otvore na istoku i zapadu te su na sjeveru bile pomoćne prostorije koje su dodatno izolirale zone boravka na jugu. Nakon drugog svjetskog rata bazni koncept je prihvaćen i izgrađen je veliki broj sunčanih kuća u SAD-u.

1948. godine američki arhitekt Arthur Brown razrađuje projekt Rose Elementary School škole koja se grijala 86% pomoću Sunčeve energije. Škola se koristila od 09:00 do 15:00 kada je insolacija Sunca sasvim dovoljna da se osiguraju sve toplinske potrebe zgrade. Cijela površina krova se koristila kao veliki sunčani toplinski zračni pretvornik koji je grijao zrak u kanalima. Topli zrak se kanalima distribuirao u zgradu prema potrebi, a 1958. godine je nakon rekonstrukcije cijela škola spojena na plinsku mrežu. Slični staklenici se i danas koriste u ventilacijskim sustavima kod odsisavanja otpadnog zraka prije ulaska u klima komore i povrata topline preko rekuperatora.

1973. godine prof. Vagn Korsgaard, Tehnički institut Kopenhagen je razvio koncept DHT nul-energetske zgrade odnosno zgrada je također bila pasivna kuća s velikim udjelom sunčanih aktivnih fotonaponskih instalacija. Obzirom na složenost instalacija, cijenu opreme i kvarova na opremi daljna istraživanja su bila usmjerena u razvoj nisko-energetskih kuća.

1974. godine u Njemačkoj Horster, Steinmuller i drugi razvijaju koncept energijski djelotvornih zgrada koje su bile superizolirane, opremljene geotermalnim podzemnim izmjenjivačima, kontroliranom ventilacijom, sunčanim pretvornicima i dizalicom topline odnosno s velikom primjenom obnovljivih izvora energije. Istraživanja su dovela do zaključka da je moguće izgraditi kuće koje imaju 10-20 puta manje energetske potrebe od zgrada koje se trenutačno izgrađuju. H. Hörster (Hrsg.): Wege zum energiesparenden Wohnhaus; Hamburg, 1980 

1981. godine u SAD-u tim istraživača William Shurcliff i Shick razrađuju koncept izgradnje superizoliranih zgrada koje su bile približne današnjim poimanjima pasivnih kuća. Dok je samo istraživanje osnova daljnih radova na razvoju niskoenergetskih kuća u SAD-u. Ove kuće su posljedica naftne krize 1970-tih, a logika i razmišljana su istovjetna onima koja su se neovisno razvijala na drugom kraju Atlantika u Europi i Jugoslaviji. Istovjetni ulazni problemi oko dobave energenta su dali gotovo identične rezultate kroz neovisna istraživanja različitih timova. Shurcliff je u svojim kućama obrađivao probleme: superizolacije, zrakotijesnosti, tok vlage kroz zgradu, optimiziranje površine prozora, stalni dotok svježeg zraka. U SAD-u 1980-tih je izgrađeno nekoliko destaka tisuća sličnih pasivnih kuća.

1978. godine Rocky Mountain Institute u SAD-u te Armory Lovins izgrađuju na nadmorskoj visini od 2164 m pasivnu kuću koja je bila dobro izolirana, sa zimskim vrtom u kojem su rasle tropske biljke dok se kamin vrlo rijetko koristio tijekom najhladnijih dana. U planinskim krajevima manji je sloj atmosfere koja apsorbira Sunčevo zračenje pa je onda i povećana količina zračenja koje pada na zgradu te je puno lakše izgraditi sunčanu kuću u odnosu na uvjete koji vladaju na nižim nadmorskim visinama. Na osnovi rezultata ovih praktičnih istraživanja potvrdilo se da je moguće izgraditi učinkovite zgrade koje se u osnovi oslanjaju na Sunčevu energiju.

1980-tih Radna organizacija za projektiranje Naš Stan iz Beograda i Institut Boris Kidrič iz Vinče razvili su nekoliko koncepata sunčanih kuća, a sam koncept je osnova razvoja današnjih pasivnih, niskoenergetskih te plusenergetskih kuća. Kuće koriste princip pasivne arhitekture i skladište Sunčevu energiju. Kuće su projektirane tako da veći dio potrebne energije grijanja dobiju od Sunca tijekom cijele godine dok se kao dopuna sustava grijanja koristi dodatni izvor topline pa se ove kuće istovremeno nazivaju i samogrijaće. U razdoblju nakon prve velike naftne krize u 1980-tim se razmišlja o smanjivanju potrebe za primarnom energijom jer dobava energije postaje ekonomski i društveni problem. Količina neobnovljivih izvora energije se smanjuje te stoga istovremeno raste i cijena energenta što zemlje dovodi u zavisan položaj. Istovremeno rastu potrebe za energijom cijelog društva što je u suprotnosti s energetskim mogućnostima pa se javlja ideja o smanjivanju ovisnosti o klasičnim energentima i orijentaciji društva prema upotrebi alternativnih energetskih izvora. Veliki udio u ukupnoj potrebnoj energiji otpada na energiju grijanja zgrada te je moguće smanjivati energetske potrebe razvojem kuća koje koriste u velikom udjelu Sunčevu energiju. Logika 1980-tih je istovjetna logici koju danas 2010-tih ili 30 godina kasnije promovira Europska Unija pa možemo zaključiti da je tadašnja Jugoslavija bila u razmišljanjima i svijesti nacije puno ispred svog vremena.

1989. godine izgrađena je kuća Nulli u gradu Dorpe od strane Erharda Keisera koja je prema konceptu i proračunima trebala biti nul-energetska kuća, no kroz uporabu zgrade se pokazalo da su potrebe za grijanjem znatno veće prvenstveno zbog loše izgradnje te velike infiltracije svježeg zraka kroz ovojnicu zgrade. Na krovu je bilo postavljeno 10 m2 sunčanih toplinskih pretvornika za grijanje tople vode. Veliki je broj  elemenata na koje treba obratiti pozornost da se uistinu postigne pasivnost zgrade, a još veći broj elemenata koje treba zadovoljiti da se postigne nul ili plus energetska zgrada.

1985. godine arhitekt Hans Eek, Švedska projektira niskoenergetsku kuću s energetskim potrebama oko 30 kWh/m2a godišnje. Na osnovi prijašnjih koncepata došlo se do zaključka da kuća mora biti zrakotijesna s malom infiltracijom zraka, dobrim prozorima i okvirima, učinkovitim tehničkim rješenjima grijanja i hlađenja, kontroliranom ventilacijom. Kuće koje su izgrađene nisu bile pasivne, ali su postavile standarde za razvoj pasivnih kuća u Švedskoj.

1992. godine u Freiburgu se izgrađuje zgrada koja je dosta slična pasivnim kućama dok ova na krovu ima postavljene fotonaponske pretvornike, a energija se akumulira u spremnicima vodika odnosno skladišti se u kemijskoj energiji vodika. Primjenom gorivnih članaka iz vodika se prema potrebi dobiva električna i toplinska energija. Zgrada ima ugrađene učinkovite aktivne strojarske tehnologije te učinkoviti ventilacijski sustav. Trenutačno se zgrada koristi za ispitivanje učinkovitosti novih uređaja za pasivne kuće.

1990. izgrađuje se konceptualna pasivna kuća u Darmstadtu sa financiranjem pokrajine Hesse te primarnim zahtjevom za izgradnjom energijski djelotvorne kuće koja ima ugrađenu visoku razinu izolacije, smanjenje toplinskih mostova, CO2 kontrolirana ventilacija. Kuća se dugi niz godina koristila za mjerenje raznih veličina temperture prostora, korištenja uređaja, ponašanja korisnika, kvalitete zraka i sl.

1991. godine izgrađena je pasivna kuća Kranichstein koja se dugi niz godina prati te se mjere potrebe za energijom grijanja koja je oko 10 kWh/m2a što je oko 90% manje od energetskih potreba klasičnih zgrada. Mjerenjem je utvrđena idealna kvaliteta zraka u prostorijama s odličnim stupnjem ugode u prostorijama. Izgradnjom ovakvih i sličnih zgrada se pokazalo i dokazala mogućnost odvajanja zgrada od lokalnih mreža uz istovremeno postizanje traženih mikroklimatskih uvjeta korištenja prostorija.

U svojoj osnovi pasivna kuća osigurava odličan stupanj ugode u prostorijama s izrazito niskim energetskim potrebama grijanja i hlađenja. Stupanj toplinske ugode koji se mora postići mora biti u skladu sa standardom ISO 7730 dok tražena kvaliteta zraka mora biti u skladu sa standardom DIN 1946. Sve toplinske potrebe se osiguravaju pomoću zračnog sustava kojim se svježi zrak dogrijava ili hladi prema potrebi dok se ne koristi recirkulacijska komponenta zraka. Ovisno o lokalnoj mikroklimi povećati će se i potrebna debljina izolacije da se postigne A+ pasivna klasa zgrade ispod 15 kWh/m2a za sustav grijanja. Izgradnjom pasivnih kuća i sličnih plus energetskih kuća koje su ujedno i mini elektrane znatno se smanjuju potrebe za primarnom energijom zgrada te se smanjuje opterećenje na energetske sustave. Konačni cilj je projektiranje i izgradnja nul te plus energetskih zgrada koje su samoodržive s malim energetskim zahtjevima prema lokalnim energetskim distribucijskim mrežama. Potrebno je povećati udio Sunčevog zračenja koje ulazi u prostore boravka jer ljudska fizionomija traži svakodnevne količine za održavanje pravilnog hormonalnog balansa, proizvodnje D vitamina u koži te djelovanja na psihofiziološke procese. Nedostatak Sunčeve energije tijekom zime negativno djeluje na raspoloženje te pred kraj zime može uzrokovati zimske depresije i bezvoljno raspoloženje.

Hrvatska Komora inženjera strojarstva
Hrastović inženjering d.o.o.
Hrastović Dario, dipl.ing.stroj.