三、 研究方法
3.1 應用程式消耗電能研究方法
本研究著眼於一般使用者在使用電腦執行各項常用應用程式時，所消耗的電 能為主要目標，以便在遇到電源不足時能適時找到替代能源完成既定工作，避免 發生有電腦沒電無法完成工作之窘境。本研究主要是透過觀察量測法，實地記錄 電腦系統在各種狀態中，及執行各類應用程式時所需的電能，如表 9。
一開始用瓦時計來量測，但在測量時發現，因為電腦耗電量太低，造成瓦時 計完全不動，再試另一個規格之瓦時計，仍無法確實記錄。最後找到變電家－電 源監測器，因其量測靈敏度較高，所以才能完成本研究之各項數據之量測。
本研究設計量測記錄電腦在執行各種應用程式時所消耗的電量，以做為日後 開發替代能源的數據，原本計劃是以各種狀態量測 1 小時為基準來記錄耗電量。
但實地量測後發現有時候因電腦的耗電量太低，無法啟動瓦時計計數最小值（0.01 度），所以將實驗方法改為以讓瓦時計累計到 0.01 度的時間來記錄，例如休眠狀 態，最後發現需持續量測到 2 至 3 小時才看到 0.01 度的數據。也有些實驗項目因 耗電量大，所以不到 1 小時便消耗 0.01 度電量，所以實驗出來的數據便詳列各項 實驗之時間及累計耗電量。
經比較各實驗記錄後，發現只記錄消耗 0.01 度電量的時間，看不出各項實驗 間的差異性，為求實驗數據的可信度；將實驗的記錄數據改為從 0.01 度到 0.10 度 之間，在做完所有目後發現到 0.03 度以後量測到各電量花費時間的變化量均等故 本記錄表以 0.06 度，目的是要找到各實驗項目的時間穩定變化值。
另在電腦進入休眠狀態後，消耗電流值為 0.02A，消耗電能為 2WATT，量到 消耗 0.01 度電時花費 159 分鐘（其中包含電腦開機，待機到進入休眠），量到 0.02 度電時累積花費 460 分鐘（全程休眠），在休眠期間電腦消耗電能的變化不多，所 以未再量測下去。
在做休眠狀態量測時，量到 0.01 度中包含開機、進入系統、待機、進入休眠，
當進入休眠時量得消耗功為 2 WATT，觀察到電腦主機的各項燈號，發現電腦在 進入待機狀態及休眠狀態時仍會定時啟動硬碟運轉，但因螢幕未啟動，僅看到硬 碟指示燈顯示有存取動作，也可聽到硬碟存取的聲音，此時耗電量會上升到 20 WATT，動作時間約 2 分鐘，屬於瞬間值，而且屬於週期性動作，對耗電量的時 間累積值影響不大。
表 9：量測電腦在執行各種應用程式時所消耗的電量記錄表範本 實驗一不加電池, wlan off, 待機, 休眠
電壓(V) 111 No 工作 電流
I(A)
消耗 電能 (W)
累計時 間(min)
時間 (min)
耗電量 (W-min)
累積耗 電量 (W-min)
累積耗電量 (KW-HR) A C D E F=C*E G H=G/(1000*60)
1 通電 0.02 2 0 0 0 0 0
2 開機 0.47 24 1 1 24 24 0.0004 3 進入 OS 0.45 24 2 1 24 48 0.0008 4 LCD OFF 0.36 20 13 11 220 268 0.0045 5 待機 1.13 7 21 8 56 324 0.0054 6 休眠 0.02 2 159 138 276 600 0.01 7 休眠 0.02 2 460 301 602 1202 0.02
3.2 各類型應用程式消耗電能量測案研擬
依使用者對電腦的使用習慣，針將日常使用的應用軟體及所需的電腦硬體，
擬訂出下列的測試項目如表 10。
表 10：針將日常使用的應用軟體，擬訂出實驗測試項目表
分類 編號 測試項目 項目說明 , (不加電池, WLAN ON 時強度 100%,54Mbps) 待機 1 休眠狀態 wlan off , 待機 , 進入休眠狀態
待機 2 待機狀態 wlan off , 待機 , 未進入休眠狀態 待機 3 待 機 狀 態 ,
啟動 wlan wlan on 100% 54Mbps , 待機 , 未進入休眠狀態
資料處理軟體 4 PPT wlan off , MS PowerPoint 2007 ,內含 52 頁圖文,換頁音效,自動 換頁, 每頁間隔 30sec, 音量 100% , 內建喇叭
資料處理軟體 5 WORD wlan off , MS WORD 2007 純文字內容 資料處理軟體 6 EXCEL wlan off , MS EXCEL 2007 純文字內容 影音 7 MP3_1 wlan off , MP3 , 音量 100% , 外接耳機 影音 8 MP3_2 wlan off , MP3 , 音量 50% , 內建喇叭
影音 9 DVD wlan off , 外接式 dvd ,看 dvd 光碟影片,用軟體 POWER DVD 6 ,音量 100%
網路 10 FTP wlan on , FTP(交大 FTP SERVER) 網路影音 11 網路即時新
聞 wlan on , hinet 網路影音即時新聞, 電視台, 音量 100%
網路影音 12 網路串流影 片
wlan on , hinet adsl , kfsh , web mmv 長時間串流影音 , 音量 100%
各項目的出現時機說明如下：
１． 待機狀態：依 MS-Windows 系統設計，當使用者未操作電腦時，只要閒 置超過十分鐘，系統會自動進入待機狀態；當閒置超過二十分鐘，則會 進入休眠狀態，所以本測試項目可分為進入休眠狀態及只待機未進入休 眠狀態兩種項目。依 MS-Windows 系統預設是進入休眠狀態，目的是為 了減少電力消耗，不需關閉電腦，當使用者返電腦工作時，只需經由滑 鼠或鍵盤喚醒即可。另針對筆記型電腦的無線網路卡可以透過開關予以 關閉，所以設計無線網路卡開啟及關閉兩種項目。
２． 微軟套裝應用軟體(WORD、EXCEL、POWERPOINT)，針對現行目前大部 分的使用者處理資料所需使用的軟體進行測量。依現行使用者安裝之 MS-OFFICE 2007 版本規劃。
3.3 各類型應用程式消耗電能量測模型建立
配合各項軟體所需硬體組件不同，其所消耗的電能也有所不同，以累積消耗 電量所需花費時間為實驗之量測數據，以 0.01 度單位，量測每個單位消耗電能所 花費的時間，記錄表如表 11 所示。藉以瞭解各應用軟體在累積單位消耗電能的時 間差，以比較各種軟體對電能的需求量。
表 11：各類型應用程式消耗電能量測統計表
耗電量 0.01 度 0.02 度 0.03 度 0.04 度 0.05 度 0.06 度 編
號 測試項目 累積時間
(分)
累積時間 (分)
累積時間 (分)
累積時間 (分)
累積時間 (分)
累積時間 (分) 1 休眠狀態
2 待機狀態
3 待機狀態,啟動 wlan 4 PPT
5 WORD 6 EXCEL 7 MP3_1 8 MP3_2 9 DVD 10 FTP
11 網路即時新聞 12 網路串流影片
3.4 消耗功率推算公式之建立
Lenovo ThinkP Aspire ONE
各項規格說明：
1.15 1.15
1.325 1.3625
1.175
Intel core 2 DUO T7100
Intel core 2 DUO T6500
Intel core 2 DUO T7500
Intel atom core 1 N270
Intel atom core 1 N270
Intel core 2 DUO E6300
INTEL core 2 QUARD Q9400 Lenovo
ThinkPad X61
ASUS PRO88Q ASUS W7S ACER Aspire ONE
ASUS EeePC 1008HA
DELL 745 ASUS D770
筆記型 筆記型 筆記型 精簡省電型 精簡省電型 桌上型 桌上型 CPU 消耗電量(WATT)
圖 11：各電腦之硬體耗電參數比較圖
在此推演出 3 個公式消耗功率推算公式，以透過樣本機之測量值為基準，進 行推算各實驗機型電腦的消耗功率，再實際測量記錄測量值做比較，找出最適合 的計算公式。
3.4.1 推算公式一
3.4.2 推算公式二
3.4.3 推算公式三
四、 研究結果
4.1 樣本機之測量結果
本研究以一Lenovo ThinkPad X61 為標準機型，做完整的測量。各項軟體每消耗 0.01 度所需時間的累積值如表 13 所示。
表 13：樣本機之各測試項目於累積消耗電量所花費之時間測量值
耗電量 0.01 度 0.02 度 0.03 度 0.04 度 0.05 度 0.06 度 編
號 測試項目 累積時間
(分)
累積時間 (分)
累積時間 (分)
累積時間 (分)
累積時間 (分)
累積時間 (分)
1 休眠狀態 159 460 761
2 待機狀態 34 71 113 155 197 239
3 待機狀態,啟動 wlan 31 65 99 133 167 201
4 PPT 35 76 116 156 196 236
5 WORD 35 74 115 154 193 232
6 EXCEL 34 74 113 152 191 230
7 MP3_1 25 52 79 106 133 160
8 MP3_2 26 53 80 107 134 161
9 DVD 25 50 77 104 131 158
10 FTP 28 56 83 110 137 164
11 網路即時新聞 24 50 76 104 132 160
12 網路串流影片 22 44 66 88 110 132
將表 13 之累積時間表，計算出各測試項目，在每一段消耗 0.01 度耗電量所需 的時間，如表 14。再從表 14 中，找出各測試項目消耗 0.01 度電力所需時間的眾 數為此測試項目之基準值。做為後續研究之依據。
表 14：樣本機之各測試項目每消耗 0.01 度電之所需時間
耗電量 0.01 度 0.02 度 0.03 度 0.04 度 0.05 度 0.06 度
編
號 測試項目 單段時間
(min)
單段時間 (min)
單段時間 (min)
單段時間 (min)
單段時間 (min)
單段時間 (min)
消耗 0.01 度電時間 之眾數
(min)
1 休眠狀態 159 301 301 301
2 待機狀態 34 37 42 42 42 42 42
3 待機狀態,啟動 wlan 31 34 34 34 34 34 34
4 PPT 35 41 40 40 40 40 40
5 WORD 35 39 41 39 39 39 39
6 EXCEL 34 40 39 39 39 39 39
7 MP3_1 25 27 27 27 27 27 27
8 MP3_2 26 27 27 27 27 27 27
9 DVD 25 25 27 27 27 27 27
10 FTP 28 28 27 27 27 27 27
11 網路即時新聞 24 26 26 28 28 28 28
12 網路串流影片 22 22 22 22 22 22 22
各測試項目採用眾數值，換算使用 1 小時之耗電量，依台灣電力公司公告之 98 年度電力排碳係數 0.623 公斤CO2e/度為基準計算碳排值，如表 15。
表 15：樣本機之各測試項目測量結果平均使用 1 小時之耗電量及排碳量
編號 測試項目
消耗 0.01 度 電之時間
(min)
換算 1 分鐘 之耗電量
(度)
換算 1 分鐘 之碳排值
(公克)
換算 1 小時 之耗電量
(度)
換算 1 小時 之碳排值
(公克) 1 休眠狀態 301 0.000033 0.020 0.0019 1.183 2 待機狀態 42 0.000238 0.148 0.0142 8.846 3 待機狀態,啟動 wlan 34 0.000294 0.183 0.0176 10.964
4 PPT 40 0.000250 0.155 0.015 9.345
5 WORD 39 0.000256 0.159 0.0153 9.531 6 EXCEL 39 0.000256 0.159 0.0153 9.531 7 MP3_1 27 0.000370 0.230 0.0222 13.830 8 MP3_2 27 0.000370 0.230 0.0222 13.830 9 DVD 27 0.000370 0.230 0.0222 13.830 10 FTP 27 0.000370 0.230 0.0222 13.830 11 網路即時新聞 28 0.000357 0.222 0.0214 13.332 12 網路串流影片 22 0.000454 0.282 0.0272 16.945
電腦執行各項軟體消耗0.01度電力所需時間 (分鐘)
28 22 27 27 27
39 27 40 39
42 34 301
0 50 100 150 200 250 300 350
休眠狀態 待機狀態 待機狀態,啟動wlan PPT WORD EXCEL MP3_1 MP3_2 DVD FTP 網路即時新聞 網路串流影片
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
測試項目 時
間 ( 分
)
圖 12：樣本機之各測試項目每消耗 0.01 度電之所需時間
電力排碳量係數依台電公告的 98 年碳排值(0.623 公斤CO2e/度)來計算 各項目計算方式如下：
消耗 0.01 度電之平均數(min)的計算= MODE () 函數計算
消耗 0.01 度電之眾數 (min) = INT((0.01/消耗 0.01 度電之平均數)*1000000)/1000000 (取小數後第六位)
換算 1 小時之耗電量(度)=INT((0.01/消耗 0.01 度電之平均數)*60*10000)/10000 (取小數後第四位)
換算碳排值(公克))=INT(換算 1 小時之耗電量*0.623*1000*1000)/1000 (取小數後第三位)
4.2 應用程式對硬體因素之研究結果
在一般運作狀態，整個電腦設備運作，包括 CPU、記憶體、硬碟機、螢幕、
鍵盤、滑鼠及主機板上元件。
在使用 POWER POINT 播放簡報時，因為是使用檔案播放，且以一般使用者 習慣為著眼點，所以未加入影音動畫片段，僅以純文字簡報為主，以記錄普遍性 使用習慣為實驗目的。
在離線執行中，觀看 DVD 影片時，則因持續地使用了 DVD 光碟機、顯示卡、
音效卡，加上 CPU 執行影像解壓運算（MPEG2），所以可看到耗電量是所有測試 實驗項目中較大的。
測試項目中耗電量最大的是上網看長時間串流影片，因為測試用電腦是用筆 記型電腦，所以透過無線網路連上網路，加上長時間的網路串流影片，觀看時是 邊下載影片、邊解碼、邊播放；整個過程中，CPU 及無線網路卡全程運作，所以 其耗電量為整個研究項目中耗電量最高的一項。
將各測試項目中，CPU 及 DRAM 的平均使用率整理如表 16，由其中可比較 各項軟體對於 CPU 及 DRAM 的平均使用率。
表 16：樣本機於各測試項目之 CPU 及 DRAM 平均使用率
CPU 平均使用率 DRAM平均使用率
編號 測試項目 開啟軟體 執行2 開啟軟體 執行2
1 休眠狀態 15% 3% 41% 46%
2 待機狀態 15% 3% 41% 46%
3 待機狀態,啟動 wlan 15% 3% 41% 46%
4 PPT 70% 27% 36% 37%
5 WORD 30% 27% 36% 37%
6 EXCEL 34% 27% 36% 37%
7 MP3_1 12% 25% 43% 38%
8 MP3_2 33% 25% 32% 39%
9 DVD 47% 25% 36% 33%
10 FTP 70% 24% 36% 37%
11 網路即時新聞 74% 23% 34% 44%
12 網路串流影片 75% 34% 43% 51%
各測試項目之CPU及DRAM平均使用率
34%
12%
34%
43%
30%
33%
47%
74% 75%
70%
34%
15% 15%
15%
34%
24% 23%
25% 25%
25%
27%
27% 27%
3% 3%
3%
43%
32% 36%
36% 36%
36% 36%
41% 41%
41%
51%
37% 44%
33%
39%
38%
37% 37%
46% 46% 46% 37%
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
測試項目 平
均 使 用 率
開啟軟體_CPU 平均使用率 15% 15% 15% 34% 30% 34% 12% 33% 47% 70% 74% 75%
執行軟體_CPU 平均使用率 3% 3% 3% 27% 27% 27% 25% 25% 25% 24% 23% 34%
開啟軟體_DRAM平均使用率 41% 41% 41% 36% 36% 36% 43% 32% 36% 36% 34% 43%
執行軟體 DRAM平均使用率 46% 46% 46% 37% 37% 37% 38% 39% 33% 37% 44% 51%
休眠狀態待機狀態待機狀態PPT WORD EXCEL MP3_1 MP3_2 DVD FTP 網路即時網路串流
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
圖 13：樣本機於各測試項目之 CPU 及 DRAM 平圴使用率比較圖
4.3 應用程式之耗電研究結果
將 4.1 節之實測結果依每小時耗電量排序如表 17 及圖 14，由其中可看出耗電 量由大到小序分別為：
1. 用無線網路連網，上網看長時間串流影片 2. FTP，看 DVD 影片，聽 MP3 音樂檔
3. 上網看網路影音即時新聞（HINET 的 HICHANNEL）
4. 待機，開啟無線網路卡，未連網存取，未進入休眠狀態 5. 使用 WORD、 EXCEL、POWER POINT 應用軟體 6. 待機，關閉無線網路卡，未進入休眠狀態
4. 待機，開啟無線網路卡，未連網存取，未進入休眠狀態 5. 使用 WORD、 EXCEL、POWER POINT 應用軟體 6. 待機，關閉無線網路卡，未進入休眠狀態