abstract: In geographical locations with hot-arid climates, sun control in buildings is one primary problem to solve for the building envelope design. Today's technological advances in building science bring with them the opportunity to design dynamic façade systems for sun radiation control and daylighting. Although dynamic systems can become an attractive visual element, they can be costly and challenging to maintain for building owners. Alternatively, fixed solar-shading systems can be designed to create dynamism in the façade of the building, while providing similar functionalities for sun control. The work presented in this project focuses on the use of a visual scripting editor for modeling software, Grasshopper, to develop a Solar Control Visual Script that evaluates building envelope surfaces with planar and non-uniform rational basis-spline (NURBS) forms and provides projections for fixed sun control systems. The design platform of Grasshopper allows individuals with no experience or prior computer coding education to build up programming-like capabilities; this feature permits users to discover new design possibilities within flexible frames that can contribute to the overall design being pursued, while also having an environmental response. The Solar Control Visual Script provides minimum sizing geometries that achieve shading in openings at a particular date and time of the year. The model for this method of analysis makes use of three components to derive the appropriate values for the projections of shading geometries: typical meteorological year (TMY) data, irradiation isotropic equations and shading profile angles equations for vertical and tilted surfaces. Providing an automatic visual of generated geometries uncovers the opportunity to test several model forms and reiterates the analysis when modifying control parameters. By employing building science as a set of environmental parameters, the design outcome bears a dynamic form that responds to natural force conditions. The optimized results promote an efficient environmental design solution for sun control as an integral alternative into the building envelope. / Dissertation/Thesis / M.S. Built Environment 2012

As cortinas verdes caracterizam-se pelo plantio e desenvolvimento de uma vegetação trepadeira, com auxílio de suportes, posicionada em frente e afastada das superfícies verticais da edificação. Seu aspecto funcional mais relevante está associado à capacidade de proporcionar sombra, atuando como dispositivo de controle solar em arquitetura. Diferente dos sistemas convencionais, o uso da vegetação apresenta benefícios em termos de desempenho, na medida que responde de forma dinâmica às variações do clima e das estações, além de ser um elemento natural e de baixo impacto ambiental, o que vai ao encontro às premissas de uma arquitetura mais sustentável. Desta forma, o objetivo principal desta tese consiste no estudo da aplicabilidade das cortinas verdes como elemento de controle solar em arquitetura, com ênfase em sua contribuição para a eficiência energética de edificações, no contexto climático brasileiro. Para tanto, primeiro foi realizado o embasamento e a discussão teórica sobre o tema, reforçando sua pertinência e relevância, observando o atual estado da arte das pesquisas científicas na área e apresentando exemplares arquitetônicos executados com as cortinas verdes. A seguir, um estudo experimental foi conduzido, com vistas a gerar parâmetros médios sobre a capacidade de sombreamento de quatro diferentes espécies trepadeiras, determinando o Percentual de Transmissão Solar em cada mês, durante um ano de avaliação. Por fim, foram realizadas simulações computacionais de eficiência energética em uma edificação genérica de escritórios, utilizando os dados originados no experimento e comparando o desempenho das cortinas verdes com outros sistemas de sombreamento convencionais. Os resultados do experimento demonstraram o comportamento dinâmico e particular de cada espécie no que diz respeito à capacidade de proporcionar sombra, dependendo da época do ano e de suas características formais. Já quanto aos dados obtidos com as simulações, a maioria dos resultados foi favorável ao uso das cortinas verdes no controle solar da edificação, resultando em economia de energia para refrigeração ou aquecimento artificial, dependendo da região climática e da espécie considerada. Assim, as principais conclusões desta pesquisa estão relacionadas ao potencial positivo do uso das cortinas verdes em arquitetura, atendendo ao duplo propósito da funcionalidade e da expressão formal. As espécies de trepadeiras apropriadas dependerão de cada região, embora, de uma forma geral, as decíduas serão mais favoráveis em climas com estação quente e fria, enquanto as perenes serão mais adequadas para uso em edificações de climas com predomínio de altas temperaturas o ano todo. / Green curtains are characterized by planting and development of climbing vegetation, by the use of supports, positioned in front of vertical surfaces of a building and away from these. Its most important functional aspect is associated to the ability to provide shade, acting as a solar control device in architecture. Different from conventional systems, the use of vegetation shows benefits in terms of performance, as it responds dynamically to changes in climate and seasons, besides it is a natural and low environmental impact element, which is coherent regards to the assumptions of a more sustainable architecture. Thus, the main goal of this thesis is the analysis of the applicability of green curtains as solar control element in architecture, with emphasis on their contribution to the energy efficiency of buildings in the context of Brazilian climate. For this, first of all it has been accomplished the theoretical basement and discussion on the subject, by enhancing its relevance and pertinence, observing the current context of scientific research in the area and presenting architectural projects executed using green curtains. After, an experimental analysis was conducted in order to generate mean parameters on the ability of shading of four different species of climbing plants, determining the Solar Transmission Percentage in each month during a year of observing. Finally, computer simulations of energy efficiency were executed in a generic office building, using data derived in the experiment and comparing the performance of green curtains with other conventional shading systems. The results of the experiment demonstrated the dynamic and particular behavior of each species in relation to the ability of providing shade, depending on the season of the year and its formal characteristics. Regards to the data obtained from simulations, most of results were favorable to the use of green curtain sinthe solar control of the building, which saves energy for artificial heating or cooling, depending on the climatic region and the species concerned. Thus, the main conclusions of this research are related to the positive potential of using green curtains in architecture, serving both purposes of functionality and formal expression. The fact of one or more species of climbing plants be appropriate depend on each region, although, in general, the deciduous plants are more favorable in climates with hot and cold seasons, while perennial plants are more appropriate for the use in buildings with a predominance of high temperatures throughout the year.

Solar control has been used as a bioclimatic strategy in buildings located in hot climates. It is used to block direct solar radiation and to reduce the admission of light and heat through windows. Such effects occur simultaneously, so that a given device configuration that meet the criterion of thermal performance may reduce natural light and vice versa, depending on the shading device configuration. This conflict can cause visual and thermal discomfort that can lead to the need of artificial lighting and air conditioning systems. The goal of this dissertation is comparatively evaluate the luminous and thermal performance of different external shading devices configuration in office buildings located in the city of Maceió-AL. The methodology is based on several parametric analysis, regarding to illuminance, light uniformity and solar heat gains. Computer simulation has been carried out using Troplux 5 and DesignBuilder 3 softwares. A typical office room model was used, where louver parameters has been examined (slat spacing, slope and reflectance), considering windows oriented to North, South, East and West. The annual performance variation has also been studied, such as and the unshaded condition. The effect of each configuration has been analyzed concerning lighting and thermal performance as well its integrated performance. Shading devices produced an average reduction of 34% varying to 92% in comparison to the unshaded condition, for the illuminance, and 29% varying to 51% for the solar gains. Configurations with more favorable combined thermal and luminous results were identified for each orientation analyzed. Finally, it was observed that the choice between different configurations of shading devices, even with the same shadow-mask, changes the luminous and thermal performance. The information here produced can help to architect and design shading devices in practice. In addition, the work produced an important knowledge concerning integrated performance of openings of buildings in hot climates. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O sombreamento de aberturas é uma estratégia bioclimática adequada para edificações em regiões de clima quente e úmido. Seu uso diminui a admissão de luz e de calor no ambiente. Tais efeitos ocorrem simultaneamente, de forma que uma determinada configuração de dispositivos que atenda ao critério do desempenho térmico pode afetar negativamente a iluminação natural e vice-versa, a depender das características formais do brise utilizado. Esse conflito pode ocasionar desconforto (visual e/ou térmico) e dependência de sistemas artificiais de condicionamento e iluminação. Diante de tais aspectos, o objetivo desta dissertação de mestrado é avaliar comparativamente o desempenho luminoso e térmico de diferentes configurações de brises externos, em edificações de escritório, na cidade de Maceió-AL. A metodologia utilizada consistiu de análises paramétricas, com base em dados referentes à iluminância interna, uniformidade da luz e ganhos térmicos solares, obtidos por simulação computacional nos softwares TropLux 5 e DesignBuilder 3. Foi elaborado um modelo de ambiente representativo da tipologia de escritórios em Maceió, a partir do qual foram analisados os parâmetros referentes à configuração do brise (espaçamento, inclinação e refletância das aletas), considerando a janela orientada a Norte, Sul, Leste e Oeste e a variação anual dos índices registrados, bem como as situações de janela exposta. As comparações foram feitas em dois níveis: entre os diferentes parâmetros e entre os desempenhos (térmico e luminoso). As diferentes configurações de brise foram classificadas, sendo identificadas aquelas mais favoráveis em relação ao desempenho térmico, luminoso e ao desempenho conjunto, para cada uma das fachadas analisadas. Os resultados obtidos permitiram a descrição do efeito do espaçamento, inclinação e refletância para cada fachada. Também foram quantificados os percentuais de redução dos índices analisados, em relação aos modelos com janela exposta. Obteve-se redução média de 34% a 92% para a iluminância, e de 29% a 51% para os ganhos solares. Quanto aos resultados conjuntos: na orientação Norte, todas as configurações de brise analisadas apresentaram desempenho conjunto equilibrado. Com a janela orientada a Sul, apresentaram-se restrições para as configurações que combinem cor clara e pouca inclinação, que resultariam em excessos de luz e calor. Já nas orientações Leste e Oeste, os brises de desempenho conjunto mais favorável foram aqueles com aletas de cor clara e pouco inclinadas ou aletas de cor de refletância média e maior inclinação em relação à horizontal. A alteração do espaçamento não apresentou influência significativa na variação da quantidade de luz e calor, mas alterou a uniformidade da iluminação. Por fim, observou-se que a escolha entre diferentes configurações de brise, mesmo com máscaras de sombra iguais, modifica o desempenho térmico e luminoso resultante. Esse conhecimento pode auxiliar o projeto arquitetônico. Além disso, o trabalho apresentado caracteriza um passo no conhecimento acerca do desempenho integrado de sistemas de abertura em localidades de clima quente e úmido.

As cortinas verdes caracterizam-se pelo plantio e desenvolvimento de uma vegetação trepadeira, com auxílio de suportes, posicionada em frente e afastada das superfícies verticais da edificação. Seu aspecto funcional mais relevante está associado à capacidade de proporcionar sombra, atuando como dispositivo de controle solar em arquitetura. Diferente dos sistemas convencionais, o uso da vegetação apresenta benefícios em termos de desempenho, na medida que responde de forma dinâmica às variações do clima e das estações, além de ser um elemento natural e de baixo impacto ambiental, o que vai ao encontro às premissas de uma arquitetura mais sustentável. Desta forma, o objetivo principal desta tese consiste no estudo da aplicabilidade das cortinas verdes como elemento de controle solar em arquitetura, com ênfase em sua contribuição para a eficiência energética de edificações, no contexto climático brasileiro. Para tanto, primeiro foi realizado o embasamento e a discussão teórica sobre o tema, reforçando sua pertinência e relevância, observando o atual estado da arte das pesquisas científicas na área e apresentando exemplares arquitetônicos executados com as cortinas verdes. A seguir, um estudo experimental foi conduzido, com vistas a gerar parâmetros médios sobre a capacidade de sombreamento de quatro diferentes espécies trepadeiras, determinando o Percentual de Transmissão Solar em cada mês, durante um ano de avaliação. Por fim, foram realizadas simulações computacionais de eficiência energética em uma edificação genérica de escritórios, utilizando os dados originados no experimento e comparando o desempenho das cortinas verdes com outros sistemas de sombreamento convencionais. Os resultados do experimento demonstraram o comportamento dinâmico e particular de cada espécie no que diz respeito à capacidade de proporcionar sombra, dependendo da época do ano e de suas características formais. Já quanto aos dados obtidos com as simulações, a maioria dos resultados foi favorável ao uso das cortinas verdes no controle solar da edificação, resultando em economia de energia para refrigeração ou aquecimento artificial, dependendo da região climática e da espécie considerada. Assim, as principais conclusões desta pesquisa estão relacionadas ao potencial positivo do uso das cortinas verdes em arquitetura, atendendo ao duplo propósito da funcionalidade e da expressão formal. As espécies de trepadeiras apropriadas dependerão de cada região, embora, de uma forma geral, as decíduas serão mais favoráveis em climas com estação quente e fria, enquanto as perenes serão mais adequadas para uso em edificações de climas com predomínio de altas temperaturas o ano todo. / Green curtains are characterized by planting and development of climbing vegetation, by the use of supports, positioned in front of vertical surfaces of a building and away from these. Its most important functional aspect is associated to the ability to provide shade, acting as a solar control device in architecture. Different from conventional systems, the use of vegetation shows benefits in terms of performance, as it responds dynamically to changes in climate and seasons, besides it is a natural and low environmental impact element, which is coherent regards to the assumptions of a more sustainable architecture. Thus, the main goal of this thesis is the analysis of the applicability of green curtains as solar control element in architecture, with emphasis on their contribution to the energy efficiency of buildings in the context of Brazilian climate. For this, first of all it has been accomplished the theoretical basement and discussion on the subject, by enhancing its relevance and pertinence, observing the current context of scientific research in the area and presenting architectural projects executed using green curtains. After, an experimental analysis was conducted in order to generate mean parameters on the ability of shading of four different species of climbing plants, determining the Solar Transmission Percentage in each month during a year of observing. Finally, computer simulations of energy efficiency were executed in a generic office building, using data derived in the experiment and comparing the performance of green curtains with other conventional shading systems. The results of the experiment demonstrated the dynamic and particular behavior of each species in relation to the ability of providing shade, depending on the season of the year and its formal characteristics. Regards to the data obtained from simulations, most of results were favorable to the use of green curtain sinthe solar control of the building, which saves energy for artificial heating or cooling, depending on the climatic region and the species concerned. Thus, the main conclusions of this research are related to the positive potential of using green curtains in architecture, serving both purposes of functionality and formal expression. The fact of one or more species of climbing plants be appropriate depend on each region, although, in general, the deciduous plants are more favorable in climates with hot and cold seasons, while perennial plants are more appropriate for the use in buildings with a predominance of high temperatures throughout the year.

As cortinas verdes caracterizam-se pelo plantio e desenvolvimento de uma vegetação trepadeira, com auxílio de suportes, posicionada em frente e afastada das superfícies verticais da edificação. Seu aspecto funcional mais relevante está associado à capacidade de proporcionar sombra, atuando como dispositivo de controle solar em arquitetura. Diferente dos sistemas convencionais, o uso da vegetação apresenta benefícios em termos de desempenho, na medida que responde de forma dinâmica às variações do clima e das estações, além de ser um elemento natural e de baixo impacto ambiental, o que vai ao encontro às premissas de uma arquitetura mais sustentável. Desta forma, o objetivo principal desta tese consiste no estudo da aplicabilidade das cortinas verdes como elemento de controle solar em arquitetura, com ênfase em sua contribuição para a eficiência energética de edificações, no contexto climático brasileiro. Para tanto, primeiro foi realizado o embasamento e a discussão teórica sobre o tema, reforçando sua pertinência e relevância, observando o atual estado da arte das pesquisas científicas na área e apresentando exemplares arquitetônicos executados com as cortinas verdes. A seguir, um estudo experimental foi conduzido, com vistas a gerar parâmetros médios sobre a capacidade de sombreamento de quatro diferentes espécies trepadeiras, determinando o Percentual de Transmissão Solar em cada mês, durante um ano de avaliação. Por fim, foram realizadas simulações computacionais de eficiência energética em uma edificação genérica de escritórios, utilizando os dados originados no experimento e comparando o desempenho das cortinas verdes com outros sistemas de sombreamento convencionais. Os resultados do experimento demonstraram o comportamento dinâmico e particular de cada espécie no que diz respeito à capacidade de proporcionar sombra, dependendo da época do ano e de suas características formais. Já quanto aos dados obtidos com as simulações, a maioria dos resultados foi favorável ao uso das cortinas verdes no controle solar da edificação, resultando em economia de energia para refrigeração ou aquecimento artificial, dependendo da região climática e da espécie considerada. Assim, as principais conclusões desta pesquisa estão relacionadas ao potencial positivo do uso das cortinas verdes em arquitetura, atendendo ao duplo propósito da funcionalidade e da expressão formal. As espécies de trepadeiras apropriadas dependerão de cada região, embora, de uma forma geral, as decíduas serão mais favoráveis em climas com estação quente e fria, enquanto as perenes serão mais adequadas para uso em edificações de climas com predomínio de altas temperaturas o ano todo. / Green curtains are characterized by planting and development of climbing vegetation, by the use of supports, positioned in front of vertical surfaces of a building and away from these. Its most important functional aspect is associated to the ability to provide shade, acting as a solar control device in architecture. Different from conventional systems, the use of vegetation shows benefits in terms of performance, as it responds dynamically to changes in climate and seasons, besides it is a natural and low environmental impact element, which is coherent regards to the assumptions of a more sustainable architecture. Thus, the main goal of this thesis is the analysis of the applicability of green curtains as solar control element in architecture, with emphasis on their contribution to the energy efficiency of buildings in the context of Brazilian climate. For this, first of all it has been accomplished the theoretical basement and discussion on the subject, by enhancing its relevance and pertinence, observing the current context of scientific research in the area and presenting architectural projects executed using green curtains. After, an experimental analysis was conducted in order to generate mean parameters on the ability of shading of four different species of climbing plants, determining the Solar Transmission Percentage in each month during a year of observing. Finally, computer simulations of energy efficiency were executed in a generic office building, using data derived in the experiment and comparing the performance of green curtains with other conventional shading systems. The results of the experiment demonstrated the dynamic and particular behavior of each species in relation to the ability of providing shade, depending on the season of the year and its formal characteristics. Regards to the data obtained from simulations, most of results were favorable to the use of green curtain sinthe solar control of the building, which saves energy for artificial heating or cooling, depending on the climatic region and the species concerned. Thus, the main conclusions of this research are related to the positive potential of using green curtains in architecture, serving both purposes of functionality and formal expression. The fact of one or more species of climbing plants be appropriate depend on each region, although, in general, the deciduous plants are more favorable in climates with hot and cold seasons, while perennial plants are more appropriate for the use in buildings with a predominance of high temperatures throughout the year.

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:21:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Erika Ciconelli de Figueiredo.pdf: 19944207 bytes, checksum: a41457dbf4fa5d2e118844c77234cf6e (MD5) Previous issue date: 2011-08-09 / Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de São Paulo / This work has as goal to study the resultant daylight from International Style buildings openings in São Paulo, in Avenida Paulista and Berrini axis, analyzing illuminance distribution. The approach was done from the solar geometry and glass types point of view. The use of daylight and natural ventilation in buildings has always been part of architects challenges, nevertheless with the beginning of energetic crises during the 1970s, these issues became more important. However the concern with energy saving and use of natural resources are not usually demonstrated in the finished building. As São Paulo has a subtropical climate, the biggest concern is to avoid buildings inner heat, and the typical solution is the use of solar control glasses to reduce costs with air conditioning. Nevertheless even high performance glasses block a substantial part of daylight, beyond the heat. The compensation for low interior luminousness is done by artificial means, increasing unnecessarily buildings use and maintenance costs. Buildings from São Paulo, Brazil, Berlin and Frankfurt, Germany, were studied with local measurement and with floor modeling in Relux Professional 2010. Daylight distribution characteristics of each building were identified with the purpose of delineating potential projects improvements, focusing São Paulo daylight availability throughout the year The analysis results showed that international style façades have limitations to increase the use of daylight since the whole shell has a single treatment. Both in German and Brazilian buildings the daylight distribution followed a trendline, indicating the need of using other means to obtain illuminance levels with fewer variations between room endings / Este trabalho tem por finalidade estudar a luz natural resultante dos vãos dos edifícios de Estilo Internacional da cidade de São Paulo, nos eixos da Avenida Paulista e Avenida Engenheiro Luís Carlos Berrini, analisando a distribuição da iluminância. A abordagem foi feita do ponto de vista da geometria da insolação e dos tipos de vidros. O uso da iluminação e ventilação natural em edifícios sempre fez parte dos desafios enfrentados por arquitetos; no entanto, com o início da crise energética, na década de 70, essas questões ganharam maior importância. Contudo, a preocupação com a economia de energia e o uso de recursos naturais nem sempre se traduzem na obra finalizada. Como São Paulo é uma cidade de clima subtropical, a preocupação maior acaba sendo evitar o aquecimento interno dos edifícios, e a solução mais comum é o uso de vidros de controle solar para redução de gastos com ar-condicionado. Mesmo em vidros de alto desempenho, há o bloqueio de parte considerável da luz natural, além do calor. A compensação para a baixa luminosidade no interior do edifício se faz por meio da iluminação artificial, o que eleva desnecessariamente o custo do uso e da manutenção do edifício. Foram estudados edifícios de escritórios das cidades de São Paulo, no Brasil, Berlim e Frankfurt am Main, na Alemanha, com medições in loco e por meio da modelagem de pavimentos no programa Relux Professional 2010. As caracterísitcas da distribuição da luz natural de cada edifício foram identificadas com o objetivo de delinear possíveis melhorias projetuais, tendo em vista a disponibilidade de luz natural em São Paulo o ano todo. Os resultados das análises mostraram que as fachadas de modelo internacional apresentam limitações para aumentar o uso da luz natural por terem uma única solução plástica em toda a sua extensão. Tanto nos edifícios brasileiros como nos alemães, a distribuição luminosa acompanhou a mesma linha de tendência, indicando a necessidade de utilizar outros meios para obter níveis de iluminâncias internas com variações menores entre os extremos dos ambientes

This thesis focuses on one important component of the energy system - the window. Windows are installed in buildings mainly to create visual contact with the surroundings and to let in daylight, and should also be heat and sound insulating. This thesis covers four important aspects of windows: antireflection and switchable coatings, energy simulations and optical measurements. Energy simulations have been used to compare different windows and also to estimate the performance of smart or switchable windows, whose transmittance can be regulated. The results from this thesis show the potential of the emerging technology of smart windows, not only from a daylight and an energy perspective, but also for comfort and well-being. The importance of a well functioning control system for such windows, is pointed out. To fulfill all requirements of modern windows, they often have two or more panes. Each glass surface leads to reflection of light and therefore less daylight is transmitted. It is therefore of interest to find ways to increase the transmittance. In this thesis antireflection coatings, similar to those found on eye-glasses and LCD screens, have been investigated. For large area applications such as windows, it is necessary to use techniques which can easily be adapted to large scale manufacturing at low cost. Such a technique is dip-coating in a sol-gel of porous silica. Antireflection coatings have been deposited on glass and plastic materials to study both visual and energy performance and it has been shown that antireflection coatings increase the transmittance of windows without negatively affecting the thermal insulation and the energy efficiency. Optical measurements are important for quantifying product properties for comparisons and evaluations. It is important that new measurement routines are simple and applicable to standard commercial instruments. Different systematic error sources for optical measurements of patterned light diffusing samples using spectrophotometers with integrating spheres have been investigated and some suggestions are made for how to avoid such errors.

L'antagonisme entre les besoins croissants d'énergie au niveau mondial et l'obligation de ralentir le réchauffement climatique fait partie des défis auquel l'humanité fait face. Dans le but d'assurer un confort thermique suffisant, les domaines de l'habitat, de l'automobile ou encore des bâtiments agricoles consomment de grandes quantités d'énergie. Pour réduire ces besoins, une des solutions proposées vise à améliorer l'isolation thermique de ces bâtiments grâce à l'utilisation de matériaux innovants. Un des objectifs majeurs est d'améliorer l'isolation des fenêtres qui représentent une partie importante des pertes énergétiques. Les recherches décrites dans cette thèse ont permis de développer des matériaux transparents aux rayonnements solaires visibles tout en étant des boucliers efficaces contre les rayonnements ultra-violets et proche-infrarouges. De tels matériaux sont le fruit de la combinaison entre des motifs à clusters de métaux de transition présentant des propriétés d'absorption recherchées et une matrice hôte permettant la mise en forme de ces matériaux (processabilité). La synthèse, ainsi que la méthodologie de modulation des propriétés d'absorption et d'intégration des clusters dans différentes matrices de type sol-gel ou polymères sont présentées. Un intérêt tout particulier est porté sur les relations qui s'établissent entre la structure des motifs à clusters et leurs propriétés d'absorption grâce aux comparaisons faites entre des études expérimentales et des études de chimie quantique utilisant la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT). In fine, l'augmentation du niveau de compréhension des relations structures-propriétés d'absorption des motifs à clusters étudiés permettra d'envisager l'étude de nouvelles compositions pour des matériaux encore plus efficaces à l'avenir pour le contrôle solaire. / The antagonism between growing global energy needs and the obligation to slow the global warming is one of the challenges humanity faces. In order to ensure sufficient thermal comfort, the housing, automotive or agricultural buildings sectors are major energy consumers. To reduce these needs, one of the proposed solutions aims to improve the thermal insulation of these buildings through the use of innovative materials. One of the major objectives is to improve the insulation of the windows which represent a significant part of the energy losses. The research described in this thesis has made it possible to develop transparent materials for visible solar radiation while being effective shields against ultraviolet and near-infrared radiation. Such materials are the result of the combination between transition metal cluster patterns having desired absorption properties and a host matrix for shaping these materials (processability). The syntheses as well as the methodology for modulating the absorption and integration properties of clusters in different sol-gel or polymer matrices are presented. Of particular interest is the relationship between the structure of cluster pattern and their absorption properties through comparisons between experimental studies and quantum chemistry studies using density functional theory (DFT). In fine, the increase in the level of understanding of the structure-absorption properties of the clusters studied will make it possible to consider the study of new compositions for even more efficient materials in the future for solar control.

Climate change will affect many human activities and sectors. Among those, the built environment will face several challenges with respect to the varying climate conditions. The present study investigated the global warming impacts on energy demand and indoor climate comfort for an office building in Stockholm. Considering a service life of 50 years, the future climate conditions were investigated for the only air temperature increase in 2070, in accordance with the medium forecasted greenhouse gas emissions scenario provided by the International Panel on Climate Change (IPCC). Another climate morphing approach was adopted to develop the climate file for the year 2080 considering the variation of all the weather parameters. Three different passive cooling solutions, such as external roller shade, electrochromic glazing, and internally ventilated shading, have been implemented in the case study building to decrease the cooling demand. The characteristics of the strategies were preliminarily assessed and then implemented into the building energy simulation software IDA-ICE to evaluate the energy performances with respect to the different climates. The results indicated that an increment of the cooling demand and a reduction of the heating usage will be experienced in the future. The different morphing approaches displayed the inherent uncertainties when future evaluations are performed, although similar weather patterns were found. The improvement of the solar and optical properties, such as the introduction of the exhaust air extraction and the electrochromic technology, implied a lower cooling and ventilation usage. The EC technology reported the lowest cooling demand, while the internally ventilated shading option outperformed the others in terms of annual energy consumption. / Klimatförändringar kommer att påverka många mänskliga aktiviteter och sektorer. Bland dem kommer den byggda miljön att möta flera utmaningar med avseende på de olika klimatförhållandena. Denna studie undersökte effekterna av den globala uppvärmningen på energibehovet och inomhusklimatkomforten för en kontorsbyggnad i Stockholm. Med hänsyn till en livslängd på 50 år undersöktes de framtida klimatförhållandena för ökningen av lufttemperaturen utomhus till 2070, i enlighet med det medelprognoserade växthusgasutsläppsscenariot som tillhandahålls av International Panel on Climate Change (IPCC). En annan klimatförändringsmetod antogs för att utveckla klimatfilen för år 2080 med tanke på variationen i alla väderparametrar. Tre olika passiva kyllösningar, såsom utvändigt solskydd (vertikalmarkis med screenväv), elektrokromt glas och invändigt ventilerat solskydd, har implementerats i fallstudiebyggnaden för att minska kylbehovet. Karaktären av strategierna utvärderades preliminärt och implementerades sedan i programvaran för byggenergisimulering IDA-ICE för att utvärdera energiprestanda med avseende på de olika klimaten. Resultaten indikerade att en ökning av kylbehovet och en minskning av värmeanvändningen kommer att ske i framtiden. De olika klimatförändringsmetoderna visade de inneboende/medföljande osäkerheterna när framtida utvärderingar utförs, även om liknande vädermönster hittades. De passiva kyllösningarnas reducering av total solenergitransmission, såsom införandet av frånluftsutsug och den elektrokroma tekniken, innebar en lägre kyl- och ventilationsanvändning. EC-tekniken rapporterade det lägsta kylbehovet, medan det invändiga ventilerade solskyddet överträffade de andra när det gäller årlig energiförbrukning.