歡迎來到「能源與能源資源」！
在這一章，我們將探索驅動科技運作的「燃料」。無論是你口袋裡的智能手機，還是馬路上的單車，所有事物的運作都需要能源。對於設計與應用科技 (DAT) 的同學來說，理解能源不只是科學知識，更是關於在設計產品時做出明智的選擇，確保產品既高效、實用，又對環境友善。
1. 能源來源與天然資源
一切都始於我們從哪裡獲得能源。我們一般根據能源的持久性及來源，將其分為兩大類。
不可再生能源
這些資源的數量是有限的。一旦耗盡，它們就會永遠消失，或者至少需要數百萬年才能重新生成。例子包括化石燃料，如煤、石油和天然氣。雖然目前它們非常普及，但會引發環境問題，且終有耗盡的一天。
可再生能源
這些能源來自持續不斷的自然過程。它們是持續發展的關鍵，因為不會枯竭。
• 太陽能：利用太陽能板（光伏電池）收集。
• 風能：利用風力發電機收集。
• 水力發電：利用流水的動力。
重點複習：現今的設計師正轉向使用可再生能源，以達成環保責任目標並推動綠色設計。
2. 產品運作中的能源消耗
當你設計產品時，必須考慮它在使用過程中會「吃掉」多少能源。這被稱為能源消耗。
為什麼耗能對設計師很重要？
1. 便攜性：如果產品耗電量大，就需要更大的電池，這會增加重量（想像一下手提電腦與計算機的分別）。
2. 成本：高能源消耗意味著消費者的運行成本更高（例如一部舊款且低效率的冷氣機）。
3. 熱能：未被用於主要任務的能源通常會轉化為「廢熱」，這可能會損壞零件，或需要吵鬧的散熱風扇。
計算功率
在「電子學」部分，我們使用一個簡單的公式來了解電子產品消耗的電量：
\(P = V \times I\)
其中：
• \(P\) 是功率（以瓦特 Watts 為單位）
• \(V\) 是電壓（以伏特 Volts 為單位）
• \(I\) 是電流（以安培 Amperes 為單位）
比喻：把電力想像成在水管中流動的水。電壓就是水壓，電流就是流動的水量。而功率就是這些水所能做的總功！
3. 設計影響：能源如何改變設計
能源需求並非在設計結束時才考慮，它會改變整個設計過程。如果你知道產品必須符合「綠色」標準，你的設計選擇將會在以下方面有所改變：
材料選擇
設計師會選擇加工過程耗能較低的材料。例如，回收鋁材所需的能源僅為從原礦石製造新鋁材的 \(5\%\)！
效率
良好的設計能將能源浪費降至最低。例如，在機械系統中，使用滾珠軸承代替滑動軸襯可以減少摩擦。摩擦力越小，轉化為廢熱的能量就越少，從而提高機器的效率。
產品生命週期
我們必須考慮資源保護。這意味著設計易於維修或回收的產品，這樣在產品壽命結束時，當初投入製造的能源才不會被浪費。
4. 個案研究：能源的實際應用
課程大綱重點列出了兩個特定案例，以幫助我們理解這些原則。
個案 A：單車
單車是人力系統的完美例子。
• 輸入：來自騎行者的化學能（食物）。
• 過程：機械系統（鏈條、齒輪和踏板）將其轉化為運動。
• 設計影響：為了節省騎行者的體力，設計師會使用輕量化材料（如鋁合金或碳纖維）和流線型的空氣動力學形狀，以減少「阻力」（空氣阻力）。
個案 B：飲料容器
想像一下汽水罐與玻璃樽的分別。
• 生產能源：製造塑膠 (PET) 樽所需的能源水平與玻璃樽或鋁罐不同。
• 運輸：沉重的玻璃樽在運輸過程中比輕便的鋁罐需要更多燃料（能源）。
• 回收：回收材料的難易度如何？鋁材的回收「能源效率」極高，使其成為持續發展設計的熱門選擇。
5. 創新與科技
在討論新的能源解決方案時，區分兩個關鍵術語非常重要：
• 發明：創造出以前從未存在過的全新節能裝置。
• 創新：改良現有的想法（如電池），使其變得更好，或以新的方式應用（如將電池放入電動車中）。
核心要點：現代科技專注於微型化（將物件體積縮小）和先進生產技術，以節省能源並改善我們的生活質素。
總結清單
☐ 可再生 vs. 不可再生：你知道它們的分別嗎？
☐ 能源消耗：你能解釋為什麼高能源消耗可能是「設計缺陷」嗎？
☐ 設計影響：對能源效率的需求如何改變我們使用的材料？
☐ 功率公式：記住基本電能消耗公式 \(P = V \times I\)。
☐ 持續發展：在你的設計任務書 (Design Brief) 中，務必考慮「綠色」因素！