Yes / Fresh water is crucial for life, supporting human civilizations and ecosystems, and its production is one of the global issues. To cope with this issue, we evaluated the performance and cost of a solar-powered direct contact membrane distillation (DCMD) unit for fresh water production in Karachi, Pakistan. The solar water heating system (SWHS) was evaluated with the help of a system advisor model (SAM) tool. The evaluation of the DCMD unit was performed by solving the DCMD mathematical model through a numerical iterative method in MATLAB software®. For the SWHS, the simulation results showed that the highest average temperature of 55.05 ◦C and lowest average temperature of 44.26 ◦C were achieved in May and December, respectively. The capacity factor and solar fraction of the SWHS were found to be 27.9% and 87%, respectively. An exponential increase from 11.4 kg/m2 ·h to 23.23 kg/m2 ·h in permeate flux was observed when increasing the hot water temperatures from 44 ◦C to 56 ◦C. In the proposed system, a maximum of 279.82 L/day fresh water was produced in May and a minimum of 146.83 L/day in January. On average, the solar-powered DCMD system produced 217.66 L/day with a levelized water cost of 23.01 USD/m3 / This research was funded by the Researcher’s Supporting Project Number (RSP-2021/269), King Saud University, Riyadh, Saudi Arabia.

A matriz energética mundial atual gera inúmeros impactos ambientais e, com isso, fontes de energia alternativas são necessárias para um futuro imediato. Desta forma, a energia solar se apresenta como uma das possíveis alternativas. A energia solar, principalmente quando utilizada para o aquecimento de água, ou seja, na sua forma térmica, não apresenta impactos ambientais durante sua produção e possui um funcionamento simples. Devido aos seus benefícios, sistemas de aquecimento solar de água já são muito utilizados em diversos países e, inclusive, incentivados por leis, como na cidade de São Paulo. Mesmo este sistema já tendo sido muito estudado, quando a sua aplicação é destinada a residências unifamiliares, ainda há algumas lacunas quando se trata da aplicação em residências multifamiliares. Um exemplo de lacuna é a questão da medição individualizada dos sistemas prediais, incluindo da energia solar. Sendo assim, o objetivo da presente pesquisa é encontrar um sistema de aquecimento solar mais apropriado quanto à medição individualizada. Para tanto, são analisados, teoricamente, diferentes sistemas e suas caraterísticas. Além disso, é realizado um estudo de caso para se avaliar as características de um sistema em funcionamento em um edifício localizado na cidade de São Paulo. Utilizando-se da junção dos conhecimentos adquiridos na seção teórica e na seção prática, são simuladas algumas propostas de alternativas do sistema, visando avaliar o comportamento da produção dos mesmos em situações distintas. Ao final é possível identificar que o sistema Solar coletivo com acumulação privado e auxiliar instantâneo privado foi o que atendeu a um maior número dos requisitos gerais de sistemas de aquecimento solar e dos requisitos de individualização, e não apresentou problemas de perdas térmicas significativas, apesar de inovações, vislumbradas para um futuro próximo, terem potencial para elevar ainda mais a qualidade do sistema. / The current global energy matrix generates many environments impacts and, thereby, alternative energy sources are required by an immediate future. Indeed, solar energy is presented as one of the possible alternatives. Solar energy, as more when it heats water, or in other words, when its thermal form is used on the system, does not generate environment impacts during its use and has a simple operation. Due its benefits, solar water heating systems are already widely used in many countries and even encouraged by laws, for example in São Paulo city. Even though this system has already been studied by many scientific researches regarding its application for single family dwellings, there are some gaps when it is related to multifamily dwellings. One example of it is the individualization of the building systems aspect, including the individualization of the solar energy use. Therefore, the aim of this research is find a solar water heating system more appropriated regarding the individualization aspect. Thereunto, different systems from various places are theoretically analyzed by their characteristics. Furthermore, a study case is held to evaluate characteristics of a working system in a residential building located in São Paulo city. Using the junction of both, theoretical and practical studies, some alternative proposals are simulated to evaluate how the production of the systems are in different situations. As a conclusion, it is possible to define the system with a shared solar energy, private boiler and instantaneous auxiliary energy heating as the system that meet a larger number of the general solar heating system requirements and of the individualization requirements and do not have significative thermal loss issues, although, prospected near future innovations have potential to further improve the system.

[pt] Esta dissertação analisa aspectos da utilização da energia solar para aquecimento de água. Dois são os aspectos abordados: O primeiro é quanto à utilização de valores médios mensais ou diários de temperatura e insolação utilizados por diversos métodos de dimensionamento ou simulação de sistemas de aquecimento solar, e o segundo é a utilização de múltiplos tanques de armazenamento de água quente ao invés de um único reservatório de maior volume. Assim, este estudo tem como objetivo formular, simular e analisar diferentes cenários de configurações de sistemas de aquecimento solar de água, variando-se o número de reservatórios térmicos para um mesmo volume total do sistema. Tem-se por finalidade atender um mesmo padrão de consumo de água quente, condicionado a um mesmo perfil climático, visando otimizar a contribuição da energia solar ao sistema e consequentemente minimizar o consumo de energia auxiliar elétrica. / [en] This dissertation examines aspects of the use of solar energy for water heating. Two aspects are handled: The first is regarding the use of average monthly or daily values of temperature and insolation used by different scaling methods or simulation of solar water heating systems, and the second is the use of multiple hot water storage tanks instead of a single larger volume reservoir of water. Thus, this study aims to formulate, simulate and analyze different configurations of solar water heating systems scenarios, varying the number of thermal reservoirs for the same total volume of the system. It intends to satisfy the same standard of hot water consumption, under same climatic conditions to optimize the contribution of solar energy to the system and consequently minimize the consumption of electric auxiliary energy.