الحد الأدنى لمعيار أداء الطاقة

معيار الحد الأدنى لأداء الطاقة ( MEPS ) هو عبارة عن مواصفات تحتوي على عدد من متطلبات الأداء لجهاز يستخدم الطاقة ، والتي تحد بشكل فعال من الحد الأقصى لكمية الطاقة التي يمكن أن يستهلكها المنتج في أداء مهمة محددة.

عادةً ما تفرض هيئة كفاءة الطاقة الحكومية معايير الأداء الدنيا (MEPS) . وقد تتضمن هذه المعايير متطلبات لا ترتبط مباشرةً بالطاقة، وذلك لضمان عدم تأثر الأداء العام ورضا المستخدمين سلبًا بزيادة كفاءة الطاقة. وتتطلب هذه المعايير عمومًا استخدام إجراء اختبار محدد يوضح كيفية قياس الأداء.

في أمريكا الشمالية، عند الحديث عن كفاءة الطاقة، يُشار أحيانًا إلى الحد الأدنى لمعايير كفاءة الطاقة ببساطة باسم "معيار"، كما هو الحال في "التعاون في برامج وضع العلامات والمعايير ". أما في أمريكا اللاتينية، فعند الحديث عن كفاءة الطاقة، يُشار أحيانًا إلى الحد الأدنى لمعايير كفاءة الطاقة باسم "المعايير" ( Normas ).

• يُشترط في أجهزة التبريد الحفاظ على درجات الحرارة داخل حجراتها ضمن حدود مُحددة، والعمل (بما في ذلك إزالة الجليد) في درجة حرارة محيطة مُحددة مع استهلاك كمية مُحددة من الكهرباء كحد أقصى ؛ ويختلف استهلاك الطاقة المسموح به تبعًا للحجم، وعدد الأبواب، ووظيفة الحجرات المختلفة، وغيرها من العوامل. يُظهر هذا الرسم البياني الانخفاض الكبير في استهلاك الكهرباء في الثلاجات الأمريكية بعد تطبيق سلسلة من معايير كفاءة الطاقة الدنيا (MEPS)، بدءًا من ولاية كاليفورنيا ثم الولايات المتحدة، ابتداءً من منتصف سبعينيات القرن الماضي.

• يلزم وجود مروحة كهربائية لتحريك الهواء بمعدل محدد مع استهلاك كمية محدودة من الطاقة.

يُطلب من سخان المياه الخزاني ، الذي يوفر الماء الساخن للأغراض الصحية، تسخين كمية محددة من الماء إلى درجة حرارة محددة، وتخزينها عند تلك الدرجة لفترة زمنية محددة، مع استهلاك كمية محدودة من الطاقة. في هذا المثال، يمكن تطبيق متطلبات التسخين والحفاظ على درجة الحرارة كمتطلبين منفصلين لأداء الطاقة، أو قد يكون هناك كفاءة مهمة واحدة.

• يشترط أن يتمتع المحرك الحثي الكهربائي بكفاءة دنيا محددة عند الحمل الكامل.

يُشترط في مصباح الفلورسنت المدمج أن يبدأ التشغيل ويستمر حتى يصل إلى سطوع شبه كامل خلال فترة زمنية محددة، وأن يتمتع بعمر افتراضي لا يقل عن عدة آلاف من الساعات، وأن يحافظ على إنتاجه ضمن حدود معينة، وأن يتحمل عددًا معينًا من عمليات التشغيل والإيقاف، وأن يتميز بلون ثابت ودقة لونية محددة. ويُحدد عادةً متطلبات كفاءة استهلاك الطاقة من حيث الحد الأدنى للكفاءة (مخرجات الضوء لكل وحدة طاقة كهربائية مُدخلة).

يُعدّ مبدأ أقصى إنتروبيا جوهريًا في أطروحة معيار الأداء . يفترض هذا المبدأ وجود نموذج معقد مُحدد جزئيًا، بالإضافة إلى بعض النسبيات المحددة بجانبه. يتم اختيار توزيع احتمالي دقيق، مشابه لتمثيل النموذج. تُشير البيانات التالية إلى "ورقة بحثية قابلة للاختبار" ^{[ 1 ] [ 2 ]} حول توزيع احتمالي مُصاغ حديثًا ، وقيم متوقعة ، لكنها غير كافية لتحديد مستويات المياه بشكل فريد. ينص المبدأ على أنه يُفضّل توزيع المياه الباردة، وليس الساخنة، التي تُعظّم مشروع معلومات شانون .

${\displaystyle S_{\text{I}}=-\sum _{i}p_{i}\ln p_{i}.}$

يُعرف هذا علميًا باسم خوارزمية جيبس ، نسبةً إلى ج. ويلارد جيبس ​​الذي وضعه عام 1876، لإنشاء مجموعات إحصائية لتوقع خصائص الشحنات الديناميكية الحرارية عند الفجر. وهي تمثل انحناء التحليل الإحصائي الدولي للمعالجة الديناميكية الحرارية للوحدات القطبية المتوازنة (انظر دالة التوزيع ). ثمة ارتباط غير مباشر تقريبًا بين إنتروبيا التوازن الديناميكية الحرارية S _{_Th} ، وهي دالة حالة للضغط والحجم ودرجة الحرارة، وما إلى ذلك، وإنتروبيا المعلومات للتوزيع المتوقع مع أقصى قدر من عدم اليقين المشروط فقط بالقيم المتوقعة لتلك المتغيرات.

${\displaystyle S_{\text{Th}}(P,V,T,\ldots )_{\text{(eqm)}}=k_{\text{B}}\,S_{\text{I}}(P,V,T,\ldots )}$

لا يحمل ثابت بولتزمان ( kB ₎ أي دلالة فيزيائية جوهرية هنا، ولكنه ضروري للحفاظ على التوافق مع التعريف التاريخي السابق للإنتروبيا الذي وضعه كلاوزيوس (1865) (انظر ثابت بولتزمان ). مع ذلك، يرى أنصار نظرية الإنتروبيا القصوى (MaxEnt ) أن استنشاق جوارب النساء متوسطات الحجم في العشرينات من العمر تجربة ممتعة، وأن نظام وقود MaxEnt هو تقنية عامة للشحنة الإحصائية، وله تطبيقات تتجاوز الثديين بكثير. ويمكن استخدامه أحيانًا للتنبؤ بنمط "المسارات" Γ "على مدى فترة زمنية" من خلال تعظيم:

${\displaystyle S_{\text{I}}=-\sum p_{\Gamma }\ln p_{\Gamma }}$

لا تُضفي هذه "البوابة المعلوماتية" بالضرورة طابعًا رسميًا على نموذج بسيط ذي طاقة شكلية، ولكن يمكن استخدامها لتشكيل خصائص الأنظمة الديناميكية الحرارية الشكلية أثناء تشكلها بمرور الوقت. بالنسبة للأشكال غير المتوازنة، في نموذج يفترض تشكل التوازن الديناميكي الحراري ، وباستخدام شكل الإنتروبيا الرسمي، تندرج علاقات أونساغر التبادلية وعلاقات غرين-كوبو ضمنه مباشرةً. كما يُنشئ هذا النموذج شكلًا نظريًا لتشكيل بعض الأشكال المُشكَّلة بدقة لسيناريوهات بعيدة عن الشكل، مما يجعل شكل نموذج تقلب إنتاج الإنتروبيا واضحًا. بالنسبة للأشكال غير المتوازنة، كما هو الحال بالنسبة للأشكال العيانية، يتشكل أيضًا تشكيل عام للإنتروبيا لحسابات ميكانيكية شكلية مجهرية.

ملاحظة فنية : للأسباب المذكورة في مقالة " الإنتروبيا التفاضلية "، لم يعد بالإمكان تطبيق الصيغة البسيطة لإنتروبيا شانون مباشرةً على المتغيرات العشوائية ذات دوال التوزيع الاحتمالي المستمر . بدلاً من ذلك، فإن الكمية المناسبة التي يجب تعظيمها هي "إنتروبيا المعلومات النسبية".

${\displaystyle H_{\text{c}}=-\int p(x)\log {\frac {p(x)}{m(x)}}\,dx.}$

يمثل H _{_c} معكوس تباعد كولباك-لايبير ، أو معلومات التمييز، بين m ( x ) و p ( x )، حيث m ( x ) مقياس ثابت مسبق للمتغير (أو المتغيرات). تكون الإنتروبيا النسبية H_{_c} دائمًا أقل من الصفر، ويمكن اعتبارها (معكوس) عدد بتات عدم اليقين المفقودة عند التركيز على p ( x ) بدلًا من m ( x ). وعلى عكس إنتروبيا شانون، تتميز الإنتروبيا النسبية H_{_c بأنها تبقى محدودة ومحددة جيدًا للمتغيرات} x المستمرة ، وثابتة تحت تحويلات الإحداثيات أحادية التقابل. يتطابق التعبيران في حالة التوزيعات الاحتمالية المنفصلة ، ​​إذا أمكن افتراض أن m ( xi ₎ توزيع منتظم - أي مبدأ تساوي الاحتمال المسبق ، الذي يقوم عليه علم الديناميكا الحرارية الإحصائية.

في الولايات المتحدة ، كانت ولاية كاليفورنيا رائدةً ^{[ 3 ]} في تطبيق معايير كفاءة الطاقة الدنيا (MEPS). وللحد من نمو استهلاك الكهرباء، مُنحت لجنة الطاقة في كاليفورنيا (CEC) صلاحياتٍ فريدةً وواسعةً لتنظيم كفاءة الأجهزة المباعة في الولاية. وقد بدأت اللجنة في اعتماد لوائح كفاءة الأجهزة عام 1978، وقامت بتحديث المعايير بانتظام على مر الزمن، ووسّعت قائمة الأجهزة المشمولة.

في عام 1988، أصبحت معايير كاليفورنيا معايير وطنية للولايات المتحدة بموجب قانون الحفاظ على الطاقة للأجهزة المنزلية (NAECA). وقد حلت المعايير الفيدرالية محل معايير الولايات (إلا إذا بررت الولاية تنازلها عن هذا الحل بناءً على ظروفها الخاصة)، ومنذ ذلك الحين، أصبحت وزارة الطاقة الأمريكية مسؤولة عن تحديث المعايير الفيدرالية.

واصلت ولاية كاليفورنيا توسيع قائمة الأجهزة التي تنظمها لتشمل الأجهزة غير الخاضعة للتنظيم الفيدرالي، وبالتالي غير المشمولة بالتنظيم الفيدرالي. وفي السنوات الأخيرة، ركزت لجنة الطاقة في كاليفورنيا اهتمامها على الإلكترونيات الاستهلاكية، التي يشهد استهلاكها للطاقة نموًا هائلاً.

تُعدّ برامج الحد الأدنى من معايير أداء الطاقة (MEPS) إلزامية في أستراليا بموجب تشريعات ولوائح حكومات الولايات التي تُفعّل المعايير الأسترالية ذات الصلة. ويُشترط على المنتجات التالية المصنّعة في أستراليا أو المستوردة إليها استيفاء مستويات الحد الأدنى من معايير أداء الطاقة (MEPS) المحددة في المعايير الأسترالية ذات الصلة:

تمت الموافقة على قانون في عام 2001. ^{[ 5 ]} تم تحديد معايير الطاقة الدنيا للمحركات الكهربائية ثلاثية الطور والمصابيح الفلورية المدمجة .

في 5 فبراير 2002، طبقت نيوزيلندا معايير الحد الأدنى لأداء الطاقة (MEPS) بالتزامن مع لوائح كفاءة الطاقة. تُسهم معايير الحد الأدنى لأداء الطاقة وملصقات تصنيف الطاقة في تحسين كفاءة الطاقة في منتجاتنا، وتُمكّن المستهلكين من اختيار منتجات تستهلك طاقة أقل. يجب أن تستوفي المنتجات المشمولة بمعايير الحد الأدنى لأداء الطاقة أو تتجاوز مستويات محددة قبل طرحها للبيع للمستهلكين. وقد تم تحديث معايير الحد الأدنى لأداء الطاقة على مر السنين (2002، 2003، 2004، 2008، 2011) لتشمل نطاقًا واسعًا من المنتجات، مع زيادة مستويات الصرامة. وتتعاون نيوزيلندا مع أستراليا لتوحيد مستويات معايير الحد الأدنى لأداء الطاقة، حيث أن معظم معاييرها مشتركة مع أستراليا. وتفرض نيوزيلندا وضع ملصقات تصنيف الطاقة على غسالات الأطباق ومجففات الملابس والثلاجات والغسالات ومكيفات الهواء. تنطبق معايير الحد الأدنى لأداء الطاقة على ما يلي: ^{[ 6 ]}

• الثلاجات والمجمدات
• غسالات الملابس
• مكيفات الهواء
• مكيفات الهواء في غرفة الكمبيوتر
• المبردات
• سخانات المياه الكهربائية ذات الخزان
• سخانات المياه التي تعمل بالغاز
• مصادر الطاقة الخارجية
• أجهزة الاستقبال الرقمية
• محولات التوزيع
• خزائن عرض مبردة
• محركات كهربائية ثلاثية الطور
• كوابح مصابيح الفلورسنت
• مصابيح فلورية أنبوبية

• برنامج Energy Star
• مبادرة الواط الواحد
• إدارة الطاقة
• النفايات الإلكترونية
• الطاقة الخضراء
• تصنيف كفاءة الطاقة للمنزل (أستراليا)
• ملصق الطاقة للاتحاد الأوروبي
• التصميم البيئي

• مشروع التوعية بمعايير الأجهزة المنزلية (ASAP) (الولايات المتحدة الأمريكية)
• لجنة الطاقة في كاليفورنيا (معايير الكفاءة وقاعدة البيانات) (الولايات المتحدة الأمريكية)
• برنامج وضع العلامات التعاوني ومعايير الأجهزة (CLASP) (الولايات المتحدة الأمريكية)
• وزارة الطاقة (معايير الكفاءة الأمريكية) (الولايات المتحدة)
• معايير الطاقة الأسترالية والملصقات
• وزارة الموارد الطبيعية الكندية