Energies 2020, 13, 1027; doi:10.3390/en13051027  www.mdpi.com/journal/energies  Article    Journey of American Building Physics: Steps Leading  to the Current Scientific Revolution  Mark Bomberg 1,*, Anna Romanska‐Zapala 2 and David Yarbrough.3  1  Mechanical and Aeronautical Department, Clarkson University, Potsdam, New York, NY 13699, USA;  2  Department of Automatic Control and Information Technology, Faculty of Electrical and Computer  Engineering, Cracow University of Technology, 30048 Cracow, Poland; a.romanska@pk.edu.pl  3  R&D Services, Cookeville, TN, USA; dave@rdservices.com  *  Correspondence: mark.bomberg@gmail.com  Received: 20 January 2020; Accepted: 17 February 2020; Published: 25 February 2020  Abstract: This is an overview of a Key Note lecture; the quote for this lecture is from T.S. Eliot: “We  must not cease from exploration and at the end of all our exploring will be to arrive, where we  began, and, to know the place for the first time”. This quote highlights that the process of scientific  development goes in circles, yet each of them goes above the previous circle, building up the ladder  of knowledge. Closing one circle and opening the next may be either be a quiet, unnoticeable event  or a roaring loud, scientific revolution. Building science (physics) was started about 100 years ago,  but only now are we closing its second circle. Perhaps, because of building physics’ role in the fourth  industrial revolution, this discipline itself is undergoing a scientific revolution The first industrial  revolution was based on steam generated by burning coal, the second was based on petroleum, and  the third on electricity and concentrated electricity production. The current one, i.e., the fourth, is  based on distributed energy sources combined with information technology.  Keywords: energy efficiency; building automatic control; energy use under field conditions; two‐ stage construction process; cost‐benefit evaluation; deep retrofit of residential buildings  1. Creating Building Physics (1925–1950)  In 1919, a commercial thermal insulation called “Pal‐O‐Pack” was manufactured in Saskatoon,  Canada.  It  used  shredded  newsprint  with  a  small  admixture  of  lime  solution  [2].  In  1926,  this  insulation was pneumatically applied using the discharge of air from an “Electrolux” vacuum cleaner  into a wood frame house. This event, a first recorded retrofitting of a wood frame house, can be  considered as the birth of the new endeavor that became very popular 50 years later.  Within  the  1930s,  the  University  of  Minnesota  introduced  the  weather  barrier  (asphalt  impregnated kraft paper), and the University of Wisconsin introduced the first water vapor retarder,  because adding thermal insulation in the wall cavity created a new problem. It lowered a dew point  inside the wall causing a winter condensation of water vapor. So, in 1950, we had all the elements of  building physics: materials for environmental control, moisture problems created by condensation of  water vapor, and first methods for calculating the drying rates of walls.  2. Simplification and Stagnation in Building Physics (1950–1975)  The  theoretical development of building physics  took place  in Germany and Russia, where  several published books dealt with the thermal stability of buildings [3,4] and calculations of masonry  drying  [5].  As  the  post‐war  construction  boom  introduced  changes  in  housing  and  new  wood  products increased the airtightness of wood frame houses (called timber houses in Germany), the  presence of excessive condensation became apparent.    In 1958, Glaser explained, with help of simple graphics, what scientists had known since 1939  [6]. Yet, his explanation, in a time of visible condensation, was translated from German into different  Energies 2020, 13, 1027  2 of 12  languages and enshrined in various standards. The condensation actually happens, but water and  vapor continue moving on, making the calculations based on Glaser theory null and void.    This situation highlights that an easy to understand explanation of a perceived problem stays in  the mind better than a description of the problem’s complexity. To explain the real phenomena in  materials, over the course of a decade (until the mid‐1970s), the Lund University team [7,8] published  experiments, and developed two simultaneous heat and moisture transfer models, but to no avail.  The era of building physics stagnation was firmly established.  The simultaneous transfer of heat and mass (the latter being: moist air, water vapor, liquid water  attached to material surface, and liquid water with entrapped air bubbles in large voids of material),  i.e., a standard interacting heat and mass transfer in porous materials, was too complex in comparison  to the simple graphics of Glaser’s. In 1972, during the meeting of the international heat and moisture  transfer committee (CIB W40) in Washington, USA, delegates from all countries tried to convince  German colleagues that one cannot use Glaser theory, even with a variable vapor transfer coefficient.    The rescue came 20 years later, when a model [9] that was close to 1970s Swedish models got  commercial recognition, sufficient enough to make an impact in this field. As a curiosity, in 2016, the  author, who was  invited  to  teach a course of building physics  in Poland, was  told  that  the EU  curriculum requires teaching Glaser’s theory—he replied: “Of course, I always teach it, as an example  that you cannot simplify the nature of phenomena, before you understand it.”  3. New Objectives Give Building Physics New Life (1975–2000)  With building physics following a group of ignorant people, North America followed professor  Neil B. Hutcheon [10], who, in 1971, when invited to give a talk at building research institute in India,  said:  “Knowledge about building, called, for convenience, building science is valuable largely  because  it  is useful  in predicting  the outcome of  the result of some building situation.  Rational design is possible only when there is a capability to establish, each time a choice is  made, the probability of a particular result.”  Hutcheon explained that predictability of performance requires both the trained professional  (buildability depends on the designer) and a method (that can be based on tradition, testing or an  integrated test and model), but this method must involve:   The environment   Adjacent materials in the assembly   On‐site factors (workmanship)  Nevertheless, the impulse for a real change came from another unusual event highlighted in  Figure 1.  The energy crisis of 1973 brought to people’s attention that petroleum, while plentiful today,  must be considered as a finite resource. The gloom that it forecasted in 1973 did not happen; yet the  people’s attitude to energy was slowly changing. While the airtightness of houses in Canada in the  years 1946 to 1960 and 1961 to 1976 was practically the same, varying in the range of 2 to 10 ACH,  that measured in the years 1977–1980 was between 0.5 and 3 ACH, when tested at 50 Pa pressure  difference.  This implies that the energy crisis brought the northern housing (Sweden, Canada) to an average  1.4–1.5 ACH at 50 Pa pressure. Using exponent n = 0.71 in the pressure equation for recalculation,  one obtains 0.30 to 0.35 ACH at 3 to 4 Pa pressure difference (i.e., a practical service range), that  describes a requirement for people’s breathing.    In 1976, researchers at Illinois TU designed a low energy house and in 1977, in the province of  Saskatchewan in Canada, 10 houses were built along their concepts. A demonstration house for this  new technology (Figure 2) was built in Regina, province of Saskatchewan, Canada.  Energies 2020, 13, 1027  3 of 12  Figure 1. For a few days during so‐called energy crisis, all private cars were banned in some EU  countries (Holland is shown in this picture, source unknown).    Figure 2. Saskatchewan Energy Conservation house designed by the Illinois U demonstrated passive  technology in 1978 (Regina). Solar exposed surface with large windows is slightly inclined. Evacuated  solar  pipes  are  placed  on  the  attics  level.  It  was  provided  with  air‐sourced  heat  pump  and  polyethylene‐based heat recovery ventilator. Reprinted with permission of Harold Orr.  One may be surprised to see that 40 years ago we had almost current technology. This then begs  the question: Why was this technology not used in the market place?    Primarily because there was no real contact between the building science and the socioeconomic  forces driving the evolution of building construction. The design and construction shown in Figure  2 represented the idea of building science leaders in North America, but the construction industry  was not prepared  to  follow, because  it did not see  the need. The gap between building science  (physics) and builders was then, and is today, a critical issue that slows progress in climate change  reduction [11]. Builders, however, respond to what the public wants them to do. Effectively, as our  university does not teach a holistic view of society and technology, it takes time to develop a grass  root understanding. Recently, while talking with Harold Orr, we agreed that 40 years ago we had the  knowledge of the technology, but not the understanding of building performance.  This question was analyzed in the paper [12] and the following observations summarize the  difference between then and now:    1. Heat, air and moisture transports are inseparable and cannot be assessed in separation from each  other. Today, we talk about “environmental control”.  2. Often, when in practice one modifies materials or construction details, one finds that the cost of  repairs following these minute changes is significant. This happens each time when we analyze  Energies 2020, 13, 1027  4 of 12  only the detail itself and forget about its interaction with the other elements of the system [13].  In other words, we fail when we lose track of the holistic approach.  3. The modification of details in the building enclosure is slow but continuing. Note that leaky  and  poorly  insulated  walls  dried  quickly.  Airtight,  insulated on exterior, walls are drying  slowly. If water enters around the window frame, it will stay inside the wall. This highlights the  need for an environmental control design.  4. Building physics followed the evolution of practice [14] and lessons from any solution of the  encountered problems enhanced understanding of construction performance.  Yet, in the 1980s there was no practice of low energy housing construction and, Timusk [15],  when reviewing moisture control issues of the previous decade, stated:  “At  the moment we are  in a position where  the  traditional approach of  learning  from  failures  and  copying  what  worked,  has  broken  down.  ….it  is  extremely  difficult  to  accommodate all of the new information in view of the rapid changes in materials, details  and performance expectations.”  The paper [12] refers to the Canadian R‐2000 and Build America programs as a guide for the  future design of housing, highlighting that university education must be complemented by seminars  for consultants and building practitioners. Indeed, this became the widespread practice in the USA.  Furthermore, the white paper [12] states:    “We need to expand the approach of environmental control in two dimensions:   Improve the tools of field monitoring and field diagnostics and integrate them with  user‐oriented, computer‐based design tools,   Stress the objective‐based design process much in the same manner as it is done in the  structural engineering.”  Note, in the legal language of Canadian code, the word “performance” is replaced by the word  “objective” to avoid separation between the concepts of properties and performance. We, however,  use “performance”, as it is defined for high performance buildings in the 2005 US Congress “energy  act”. The new performance expectations emerged slowly, and mainly as an effect of the accelerated  pace of building physics discoveries. Here are a few critical performance issues:  1. Discovery of interstitial air pressure fields [16–18]    2. Introduction of air barrier systems [19,20]  3. The need for exterior insulating sheathing [21]  4. An ecological complex in the field performance [22]  5. Introduction of an integrated design process [23]  6. Capillary active technology to modify humidity in indoor air [24]  The key observations in Item 1 were:     There may be several airflow paths between any two points in a structure     The total airflow resistance is a sum of all local airflow resistances,     The total airflow resistance decides in which way most air goes,   The presence of interstitial airflows permits the mechanical equipment to modify air pressure in  the indoor spaces, as well as to modify the thermal performance of walls   As airflows carry water, they further impact the thermal performance of walls  In summary, we have the following four types of airflows in building [18]:  (1)  Exterior (caused by wind)    (2)  Interior (HVAC operation and ducts)  (3)  Across the walls (stack effect)  (4)  Interstitial (connectivity walls, rooms, staircases, ventilation plenum)  Energies 2020, 13, 1027  5 of 12  One should observe that the impact of interstitial pressure field became significant only when  the building enclosure becomes more airtight. Figure 3 highlights the effect of interstitial air pressure  field in mold growth on an interior wall in Florida.      Figure 3. Interstitial airflow results in mold growth on the interior in a Florida hotel Reprinted with  permission of dr. J. W. Lstiburek.  Another practical observation is explained in Figure 4.    Figure 4. Effect of a thermal insulating sheathing compared with the case of cellulose fiber insulation  discussed in stage 1 (from author archive). Effectively, during the third development stage, the difference between building physics and  science disappeared; on  the request of  the Architect General  for  the US, soon  this discipline of  knowledge will be taught in American schools. Hopefully, in Europe, more attention will be paid to  the practical know‐how necessary for an academic discipline to have an impact and an engineering  value.  The  introduction  of  integrated  design  processes  and  post‐occupancy  commissioning  is  a  breakthrough that has initiated a new development of building science.  At the moment, the framework for the quality assurance in construction is very shallow. In the  author’s opinion, there  is a  legal framework, but also a  lack of field performance modeling and  testing. Nevertheless, the mere recognition of the need for a holistic approach to the integration of  technology and the request to map the quality assurance in design stage is the step forward necessary  to continue the progress of building performance based QA.  Figure 5 presents the last of the critical elements in the progress of building physics, namely,  introduction of the capillary active layers.    Energies 2020, 13, 1027  6 of 12    Figure 5. Explanation of the capillary active layer (CAL) Reprinted with permission of Peter Haeupl  [25].  Effectively, the wide scope of technological developments in stage 3 permits us to define stage 4  as  the opportunity  for ensuring  that  the holistic  technology  is going  to reach  the needed socio‐ economic impact.  4. Towards the Socio‐Economic Impact of the Building Science (2000–2025)  Modern buildings have eliminated the effect of thermal mass on energy consumption through:   Large areas of glazing, combined with leaky wall window interfaces that increased both air and  solar energy transfer across the wall     A high precision in the control of indoor air temperature that eliminated dynamic performance  We must observe that a large area of glazing delivers solar radiation to the floor and an effective  air re‐circulation system is needed to remove this heat. As air has a much smaller heat capacity than  water, one recommends employment of hydronic systems built into the floors or walls. This is more  efficient than airborne systems [26].    Forty years ago, energy consumption in new residential buildings in North America was 200– 300 kWh/(m2∙y), and today this is about 50% less, and advanced buildings use about 25% of the  original number—70 kWh/(m2∙y). Such a high efficiency of the building enclosure will make solar  exposed rooms over‐heated while other rooms still require heating. For simultaneous heating and  cooling, the best method is a heat pump with one or two buffer tanks. The hot tank is also integrated  with solar thermal panels that are typically placed as an outer skin in the wall facade, or as a shading  device above the solar‐exposed windows.  The integrated design process (IDP), in the conceptual design stage, should include four critical  steps:    Step 1 includes space organization, passive measures and factors affecting indoor environment  such as thermal comfort, indoor air quality, acoustics, daylight, illumination, hot and sewer water  management, aesthetics and building resilience.  Step  2  deals  with  the  building  automatic  control  system  that  integrates  heating,  cooling,  ventilation, and other indoor climate controls including the geothermal and solar means for energy  generation and storage.    Step 3 provides an economic analysis to determine the level of investment that limits the 1st  stage of new construction or retrofitting.    Step 4 develops a comprehensive operational manual for the building and provides the design  and cost for stage 2 of the new construction or retrofitting.    Energies 2020, 13, 1027  7 of 12  4.1. Example of a New Technology  Engineering practice prefers to highlight technology on its application examples. Even though  this example may be modified each time when a new design is made, the example discussed in the  following section provides a better insight into the significance of different factors.    We propose the use of an adaptable interior climate that allows temperature changes of 1 °C per  hour and up to 6 °C per day, during either summer or winter. Experience with some zero energy  buildings in the US indicated that air re‐circulation is a critical component needed for temperature  equalization in different rooms. To this end, we discuss:   Individual ventilation on‐demand in rooms with solar heating.   Using a hybrid ventilation system with overpressure of the supply air. In this case, one must  improve the moisture management in the walls.  Using a periodic overpressure on the supply air induces airflow from the supply point to the  kitchen and bathroom exhaust points and the natural ventilation, as long as a pressure difference  exists  in  the  indoor space. After  the air pressure equalization, both  the supply and  the exhaust  ventilation will start operating. An air handling unit delivers a part of the return air to the supply air.    The fraction of outdoor air needed for the supply air depends on several factors such as number  of people  in the space, function of the space, floor area, temperature of the outer air, difference  between outdoor and indoor air, or difference between preheated and indoor air, and even the season  of the year. The latter is because we use minimum ventilation in some periods of the year but over‐ ventilation in others. Experience from the high environmental performance house [27,28] indicated  that fresh air could be delivered only for 20 min during each hour, and for 20 min the air should be  re‐circulated and the natural ventilation could also last for up to 20 min.  During the building retrofitting, one provides a partial air gap between the old wall and the  additional thermal insulation on the interior that will be used for ventilation channels. We are talking  about dynamic or ventilated walls. This concept is not new and studies on dynamic walls in Centre  Recherche’ Industrielle de Rantigny (CRIR), France, in the 1980s, showed that the difference between  thermal resistance of the wall exposed to static or dynamic performance was negligible.  So, when the wall acts as a ventilated heat exchanger, covering the wall surface with capillary  active materials can create a new method for moisture management. The air gap is contained between  a capillary active layer on the exterior side, and interior thermal insulation is provided with a water‐ vapor retarder. In cold climates, in the winter, the interior relative humidity is typically below 50%,  so air passing through a major part of the wall height will slowly remove moisture from the old wall  after the retrofit has been completed. At the same time, the capillary‐active layer is designed so that  it enables the transport of moisture from the existing wall to the ventilated space [24].  Dynamic operation of heating, cooling and ventilation systems is controlled by a control system,  but there is a major control problem, namely a lack of field performance models. As we discussed  elsewhere [29], currently used energy models are parametric and the EQM technology requires a real‐ time control under variable climatic conditions. The EQM control system collects information from  all subsystems and uses advanced control algorithms to set parameters for heating, cooling, and  ventilation based on indoor and outdoor climatic conditions.    As heating/cooling pipes are located in the walls, the water flow and temperature sensors must  also be placed there. Some rudimentary control algorithms may be delivered with the equipment,  but fine tuning (optimization of the heating/cooling or ventilation devices) will be done during the  operation of the system. For this purpose, the building automatic specialist must be incorporated in  the design team.  4.2. Two‐Stage Design Process  Figure 6 shows that the integrated design process (IDP) invariably starts with lowering utility  bills without cost increase and that all passive measures create only a small increase in the ownership  cost that is here expressed as mortgage [30]. With increased use of these measures, the ownership  cost (mortgage cost plus utilities) passes through a minimum. There is another characteristic point  Energies 2020, 13, 1027  8 of 12  on the curve shown in Figure 6, namely a point of equilibrium in which the use of photovoltaic (PV)  panels is the same as traditional passive measures.  One may continue until reaching zero energy at a substantial mortgage investment, typically  about 50–70% increase of the minimum cost. The typical investor will not go that far, and one stops  after placing a few solar panels.    Thus, the rational design of low energy buildings hinges now on the capability of selecting the  reference point for the photovoltaic (PH) technology. In line with this need, the American PH Institute  selected reference buildings based on  the ASHRAE/DOE climate zones  [28] and considered 115  locations for cost optimization that included air tightness, window upgrades with a 15°C minimum  interior surface temperature, heating and cooling demands, and peak heating and cooling loads.    Statistical models were fit so that the cost of the target properties can be generated for any  location from parameters such as degree–days and design temperatures. In this manner, both the  German  and  American  PH  developments  moved  housing  toward  the  goal  of  sustainable  development, but have not yet reached the goal.    Figure 6. Costs of utilities (green) and mortgage (blue) versus energy savings from zero to 100%  savings.  Point  1  denotes  the  start,  2  the  passive  measures  alone,  and  3  the  beginning  of  PV  contribution (With permission of Wright & Klingenberg [31]).  Figure 6  illustrates  that  investors making  the cost–benefit analysis stop  investing when  the  return on investment reaches a prescribed level. This is typically somewhere between 10 and 15 years  and in Figure 6, it falls between points 3 and 4. Yet, this is far below that of the zero‐energy building.  The best way to alleviate this conflict would be to introduce a two‐stage construction process.    In such a process, stage one is designed to achieve a performance level limited by a selected cost,  while stage two continues to the selected performance level and has a predefined scope of work and  cost. In the first stage, the building is completed at a minimum performance level that is acceptable  to both the building code and the investor, yet the design predicts continuation of construction to the  zero energy level.    The second stage starts a few years later, and completes already designed actions to the required  performance level. In many instances, the zero level will also include the night charging vehicles used  in the household. For the two‐stage solution to be successful, one must design both stages at the same  time, and the construction process is only divided into two parts to secure funding when the basic  level of the building is in existence.    Figure 7 shows the application of a multi‐stage construction process in a building cluster called  “Atelier Rosemount” in Montreal [32], that included a mix of different types, e.g., social or ecological  dwellings.  Initial  construction  began  in  2008  and  stepwise  upgraded  until  reaching  92%  of  the  cumulative reduction 10 years later. The retrofitting included the following steps:     High performance enclosure; common water loop; solar wall—36% reduction     Gray water power, the cumulative energy reduction grows to 42%  Energies 2020, 13, 1027  9 of 12   Heat pump heating—all passive measures give a 60% reduction   Domestic hot water with evacuated solar panels, a further 14%   Photovoltaic panels reduce the total energy to a total of 92%  This project highlights that modern thinking in construction eliminates the boundary between  new construction and the retrofitting of old buildings.    Figure 7. Stages of improvements from 2008 to 2018 in Atelier Rosemount, Montreal [22] (Reprinted  with permission of CMHC and credit L’OeuF s.e.n.c.)  Assume that in the first stage of building, or before retrofitting program, your heating/cooling  bill is US$330 a month or US$3960 a year, and you intend to upgrade to zero energy in two years. In  stage one, or in retrofit estimate, you have the total cost of the retrofit equal to US$88,800.00, and you  will be asking for a US$90,000 loan. Taking US$90,000 out on and a 4% 25‐year second mortgage gives  you a monthly payment of US$175, but your saving is US$330–175 a month, i.e., US$155.00 a month.  Your borrowing cost is US$37,475, so it is paid after 20 years and 2 months.  Currently in the US, a number of financial institutions will provide a loan based on existing  capital resources and the federal government is in the process of revising the appraisal documents  for buildings. All that a homeowner needs is a detailed cost of stage two to reduce energy expenses.  As lenders calculate a borrower’s expenses as principal, interest, taxes, and insurance (PITI), adding  energy bills to their calculation (PITI+E) opens up an interesting new investment opportunity.    We must observe that this investment does not increase the cost of living, as the local economy  gets a boost, and yet CO2 emissions are dramatically reduced. A win‐win‐win situation.  Finally, Figure 8, published 12 years ago, reminds us that to reach 2030 targets, one must put  retrofitting as a priority. We are glad that Horizon 2020 in Europe came to this conclusion and would  like to highlight that while a permit for new buildings requires a lot of decisions, interior retrofitting  requires only one—when to start it.    Energies 2020, 13, 1027  10 of 12  Figure 8. The need for retrofitting existing buildings. Reprinted with permission of Lawrence Berkeley  National Laboratory.  5. Steps to the Scientific Revolution  Kuhn [1] spoke about a small step that makes the previous development take a new form, calling  it a scientific revolution. In the opinion of the author, a two‐stage construction approach combined  with a dynamic operation of functionally integrated (or smart) buildings is also going to provide a  scientific revolution. The two‐step construction approach links the financial security of investment  with the social need for the accelerated reduction of carbon dioxide.    To the previously listed technology development, namely:     Discovery of interstitial air pressure fields   Introduction of air barrier systems     The need for exterior insulating sheathing     An ecological complex in the field performance   Introduction of an integrated design process     Capillary active technology to modify humidity in indoor air  We are adding the following measures of the occupant centered control (OCC) of the indoor  climate:  The  dynamic  characteristics  of  buildings  that  comply  with  the  environmental  control  management (EQM) technology are as follows.   Use  of  an  adaptive  comfort  approach  in  the  indoor  environment  and  improved  comfort  measures [33]   Use of heat pump technology for simultaneous heating and cooling   Integration of heating, cooling and ventilation within the building fabric   Integrated control systems to operate and optimize the HVAC operation    For EQM details look [34 to 37] and for neural networks in [38 to 40]  Thus, a development that started about 30 years ago with integrated design process, is now  formulated as a strong technological package that can lead the fourth scientific revolution. With the  path now evident, we propose adding new expertise to the IDP team, namely a building automatic  control (BAC) expert.    Author Contributions: MTB building science, AR‐Z automatics, DWY writing text  Funding: This research received no external funding  Conflicts of Interest: The authors declare no conflict of interest    References  1. Kuhn, T. The Structure of Scientific Revolutions; University of Chicago Press: Chicago, USA, 1970.  2. Bomberg, M.; Solvason, K.R. How to ensure good thermal performance of cellulose fiber insulation. Part 1.  Horizontal applications. J. Build. Phys. 1980, 4, 93.  3. Szklowier, A.M.; Wasiliew, B.F.; Uszkow, F.B. The Foundations of Building Thermal Science of Residential and  Public Buildings; Architectural Academy of Soviet Union: 1956. (In Russian)  4. Luikow, A.W. Stroitielna Teplotiechnika (Building Thermal Technology); 1966. (In Russian)  5. Uszkow, F.B. Methods for Calculation of Wetting of Components of the Exterior Enclosure in Buildings; Ministry  of communal matters: Moscow, Russia, 1955. (In Russian)  6. Rowley. F.B.; Algren, A.B.; Lund, C.E. Condensation within walls. ASHVE Trans. 1938, 44. see also Rowley,  F.B.;  Algren,  A.B.;  Lund,  C.E.  Condensation  and  moisture  in  relation  to  building  construction  and  operation. ASHVE Trans. 1938, 44, and Rowley, F.B. A theory covering the transfer of vapour through  materials. ASHVE 1939.  Energies 2020, 13, 1027  11 of 12  7. Bomberg,  M.  Moisture  Flow  through  Porous  Building  Materials.  Ph.D.  Thesis,  Lund  Institute  of  Technology, Lund, Sweden, Report 52, 1974; pp. 1–188.  8. Sandberg, P.I. Water vapor transport calculations. Ph.D. Th., Lund Institute of Technology, Sweden,1973.  9. Kuenzel, H.M. Simultaneous Heat and Moisture Transport in Building Components, One‐ and TWo‐ Dimensional  Calculations Using Simple Parameters; IRB Verlag: 1995.  10. Hutcheon, N.B. The utility of building science, reprint of the 1971 lecture. J. Build. Phys. 1998, 22, 4.  11. Romanska‐Zapala,,A.,  Bomberg,  M.,  Yarbrough  D.,  Towards  reduction  of  the  impact  of  residential  buildings on climate change ,in preparation for publication  12. Bomberg, M.; Onysko, D. (Eds.) Energy Efficiency and Durability of Buildings at the Crossroads. 2008.  Available online: http://thebestconference.org/BEST1(accesed on 25 February 2020).  13. Kwasnowski, P.; Fedorczak‐Cisak, M.; Knap, K. Problems of technology of energy‐saving buildings and  their impact on energy efficiency in buildings. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering; IOP  Publishing: 2017; Volume 245, p. 072043.  14. Kisilewicz, T.; Fedorczak‐Cisak, M.; Barkanyi, T. Active thermal insulation as an element limiting heat loss  through external walls. Energy Build. 2019, 205, 109541.  15. Bomberg, M.; Kisilewicz, T.; Mattock, C. Methods of Building Physics; Timusk 1992; Cracow University Press:  Cracow, Poland, 2016; pp. 1–300.  16. Sasaki, J.R.; Wilson, A.G. Air leakage for residential windows. ASHRAE Trans. 1965, 71, 81–88.  17. Bomberg, M.; Kisilewicz, T.; Nowak, K. Is there an optimum range of airtightness for a building? J. Build.  Phys. 2016, 39, 395–420.  18. Lstiburek, J.W. Toward an Understanding and Prediction of Air Flow in Buildings. Ph.D. Thesis, University  of Toronto, Toronto, ON, Canada, 1999.  19. Quirouette, R.L. The difference between a vapor barrier and an air barrier. In Building Practice Note 54; IRC,  NRC: Ottawa, Canada, 1985.  20. Perrault, J.C. Air barrier systems: Construction applications. In An Air Barrier  for the Building Envelope;  Building Science Insight; NRC: Ottawa, Canada, 1986; pp. 20–24.  21. Kumaran, M.K.; Ojanen, T.R. Effect of exfiltration on hygrothermal behavior of a residential wall assembly.  J. Build. Phys. 1996, 19, 215–228.  22. Hutcheon, N.B.; Handegord, G.O. Building Science  for A Cold Climate; Construction Technology Centre  Atlantic Inc.: Ottawa, Canada, 1983.  23. IDP. Available online: https://www.stategiaconseil.ca/en/2018/ (accessed on February 2, 2020).  24. Bomberg,  M.  A  concept  of  capillary  active,  dynamic  insulation  integrated  with  heating,  cooling  and  ventilation, air conditioning system. Front. Architect. Civ. Eng. China 2010, 4, 431–437.  25. Häupl, P.; Grunewald, J.; Fechner, H. Moisture behavior of a “Gründerzeit”‐house by means of a capillary  active interior insulation. In Proceedings of the Building Physics in the Nordic Countries, Gothenburg,  Sweden, 24–26 August 1999; pp. 225–232.  26. Mattock, C.H. Harmony House EquilibriumTM project, Canada Green Building Council. In Proceedings of  the Annual Conference, Vancouver, BC, Canada, 8–10 June 2010.  27. Brennan, T.; Henderson, H.; Stack, K.; Bomberg, M. Quality Assurance and Commissioning Process in High  Environmental  Performance  (HEP)  demonstration  house  in  NY  State.  2008.  Available  online:  www.thebestconference.org/best1 (accessed on October 12 , 2019).  28. Wallburger, A.; Brennan, T.; Bomberg, M.; Henderson, H. Energy Prediction and Monitoring in a High‐ Performance  Syracuse  House.  2010.  Available  online:  http://thebestconference.org/BEST2  (accessed  on  October 2, 2019).  29. Karagiozis, A.K.; Kumaran, M.K. Computer Model Calculation of the Performance of Vapor Barriers in  Canadian Residential Buildings. ASHRAE Trans. 1993, 99, 991–1003.  30. Klingenberg, K.; Kernagis, M.; Knezovich, M. Zero energy & carbon buildings based on climate specific  passive building standards for North America. J. Build. Phys. 2016, 39, 503–521.  31. Wright, G.; Klingenberg, K. Climate‐Specific Passive Building Standards; U.S. Department of Energy, Building  America, Office of Energy Efficiency and Renewable Energy: USA, 2015.  32. Rosemount, A. Information Notesp; Canadian Mortgage and Housing Corporation: Ottawa, Canada, 2016.  33. Piasecki, M.; Fedorczak‐Cisak, M.; Furtak, M.; Biskupski, J. Experimental confirmation of the reliability of  Fanger’s thermal comfort model—Case study of a near‐zero energy building office building. Sustainability  2019, 11, 2461.  Energies 2020, 13, 1027  12 of 12  34. Bomberg, M.; Yarbrough, D.; Furtak, M. Buildings with environmental quality management (EQM), part  1: Designing multi‐functional construction materials. J. Build. Phys. 2017, 41, 193–208.  35. Romanska‐Zapala,  A.;  Bomberg,  M.;  Fedorczak‐Cisak,  M.;  Furtak,  M.;  Yarbrough,  D.;  Dechnik,  M.  Buildings with environmental quality management (EQM), part 2: Integration of hydronic heating/cooling  with thermal mass. J. Build. Phys. 2018, 41, 397–417.  36. Yarbrough, D.W.; Bomberg, M.; Romanska‐Zapala, A. Buildings with environmental quality management  (EQM), part 3: From log houses to zero‐energy buildings. J. Build. Phys. 2018, 42, 672–691.  37. Romanska‐Zapala, A.; Bomberg, M.; Yarbrough, D. Buildings with environmental quality management  (EQM), part 4: A path to the future NZEB. J. Build. Phys. 2018, 43, 3–21.  38. Gadek, K, Dudzik, M, Strek, A, A Novel Three‐Head Ultrasonic System for Distance Measurements Based  on the Correlation Method. Meas. Sci. Rev, 2014, 14:6, 331–336.  39. Dudzik, Marek Drapik, Slawomir, Jagiello, Adam, Prusak, Janusz, The selected real tramway substation  overload analysis using the optimal structure of an artificial neural network. In Proceedings of the 2018  International Symposium on Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion (Speedam), 20– 22 June 2018, Amalfi, Italy. WOS:000445031300069  40. Dudzik, Marek, Mielnik, Ryszard, Wrobel, Zofia, Preliminary analysis of the effectiveness of the use of  artificial neural networks for modelling time‐voltage and time‐current signals of the combination wave    generator. In Proceedings of the 2018 International Symposium on Power Electronics, Electrical Drives,  Automation and Motion (Speedam), 20–22 June 2018, Amalfi, Italy. WOS:000445031300179      © 2020 by the authors. Licensee MDPI, Basel, Switzerland. This article is an open access  article distributed under the terms and conditions of the Creative Commons Attribution  (CC BY) license (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).