學校好耗電，從學生宿舍省電競賽可行嗎？─節電新竹市篇

本文與 Panasonic 合作，泛科學撰文 

●以下科學研究內容作為知識分享，不直接與Panasonic A La Uno全自動洗淨馬桶產品功能連結

在做家務的痛苦排行榜上，「刷馬桶」絕對名列前茅。明明天天都在沖水，但過不了幾天，馬桶內壁邊角總會浮現黃黃的水垢、角落發黑的霉斑，甚至是那些刷掉又長出來的粉紅色污垢（黏質沙雷氏菌）。

許多市售衛浴設備常標榜「神奇抗污」或「永久不沾」，讓人誤以為安裝後便能永保潔淨。然而從材料科學的角度來看，世上並無能使污垢憑空消失的魔法。所謂「耐污」的實質機制，並非打造完全不沾染髒污的材質，而是調整表面的物理與化學屬性，使水垢和微生物難以強力附著。一旦降低了污垢與內壁之間的附著力，透過日常水流沖刷，便能輕易地將髒污帶走。

為什麼污垢「黏不住」？ 

要搞懂為什麼某些特殊表面能做到「耐污」，我們得先像偵探一樣，拆解馬桶裡的髒污究竟是怎麼「抓緊」材料表面的。馬桶內壁的污垢主要有兩大難纏的元兇：

1. 水垢與礦物沉積*1：我們日常使用的自來水中含有鈣、鎂等金屬離子。當水滴在表面經歷反覆的濕潤與蒸發乾燥循環時，這些離子會逐漸結晶析出，變成硬度極高、緊緊「卡」在微觀縫隙裡的礦物質水垢。
2. 生物膜與有機物*2：包含尿液中的無機鹽、油脂殘留，以及細菌入侵後分泌出像超強膠水一般的聚合物，所組成的黏滑防禦大本營。

這兩大類污垢想要在材料上「落腳」，前提是它們必須能在表面找到足夠的附著點與黏合力。那麼，材料科學家是如何讓這些髒污「站不穩」的呢？答案就藏在「表面能（Surface Energy）」與「濕潤性（Wettability）」這兩個核心概念中。

當我們把水滴在某個表面上時，水滴會聚成一顆圓滾滾的水珠，還是迅速攤平開來？這取決於表面的特性：

• 疏水路線（Hydrophobic）*1：具備低表面能的疏水表面，能顯著減少水分子或污染物與表面之間的極性作用力與氫鍵。水滴在這種表面上會因為表面張力而收縮成水珠，當水珠滾動滑落時，就能順便把表面的灰塵與礦物質顆粒帶走，這就是著名的「自清潔效應」。
• 親水路線（Hydrophilic / Superhydrophilic）*2：相反地，極度親水的超親水表面則會強烈地吸引水分子，在材料最外層形成一層薄薄的「水化層（Hydration Layer）」。這層水化層就像是實體的液體盾牌，讓油污、蛋白質或細菌無法直接接觸到材料基底，只能漂浮在水膜上方。

如果要用攀岩來比喻：傳統粗糙的表面就像是有許多凹槽的攀岩牆，髒污就像攀岩者，需要找到落腳點並用力撐住才能攀附；而我們做的是抽掉把手點，或是在把手上塗上潤滑油，讓髒污找不到施力點，自然難以停留。

不給細菌「握手」的機會

解決了水垢，下一個更棘手的對手是「細菌」。

馬桶內壁那些黑黑粉粉、摸起來滑滑的污垢，在微生物學中被稱為「生物膜（Biofilm）」。細菌並不是孤立生長的，當單顆細菌落在表面後，如果覺得環境舒適，它就會開始分泌胞外聚合物（EPS），這是一種天然的超強膠水。細菌們用這種膠水把自己與同伴緊緊黏在一起，並築起堅固的防禦堡壘，這時一般的沖水就很難把它們沖洗乾淨了。

根據《Nature Communications》與《Microsystems & Nanoengineering》的學術期刊研究指出，要阻止生物膜形成，除了化學上的抗菌，材料的「表面微幾何結構」扮演了至關重要的角色。

材料科學領域中有一個著名的「附著點理論（Attachment Point Theory）」：

1. 粗糙與微孔洞表面：如果材料表面存在許多微小的裂縫、氣孔或微米級凹洞，細菌（體積通常約 1 到 3 微米）就會興高采烈地鑽進這些小凹槽裡。這些凹槽不僅提供了極佳的機械咬合支點，還能幫細菌擋掉水流的沖刷。
2. 極致平滑與微結構表面：相反地，如果材料表面做到極致平滑，完全沒有微米級的缺陷；或者反過來設計出尺寸遠小於細菌的奈米結構，細菌的足跡構造（如鞭毛或纖毛）就無法在表面找到穩固的「接觸附著點（Contact Points）」。

當細菌發現自己在這個表面上連「手都握不緊」、隨時會被水流吹走時，它就無法順利定殖並分泌膠水築巢。此外，現代衛浴結構在設計時，也越來越強調「一體成形」與「無接縫工藝」。消除接縫與死角，等於直接拔除了細菌與水垢最喜歡的避風港。

當材料、結構與流體科技組隊聯防 

了解了材料化學與微觀幾何，我們就能勾勒出一座現代耐污馬桶的完整防禦體系：【材料層（低附著力）】+【結構層（無縫平滑）】+【動態流體層（泡沫與水流剪切力）】= 高效清潔！

以市面上備受矚目的 Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶為例，就是將材料科學、結構工程與流體力學發揮到極致的典型代表：

1. 材料層：有機玻璃系新素材

A La Uno 全自動洗淨馬桶採新開發的「有機玻璃系新素材」（以壓克力高分子為基礎研發的衛浴專用材料，這類高分子成形技術亦被廣泛運用於大型水族館高壓觀景窗與飛機機艙罩）。這種材料表面具備極佳的疏水性與耐水垢特性，水滴不易長時間攤平停留；材質堅固、不易破裂，耐刮、不易造成細小傷痕。通過實驗測試，這種素材配合泡沫洗淨，在沖洗後能有效沖刷掉高達 99.99% 的大腸桿菌，從源頭阻斷細菌定殖。

2. 結構層：無接縫工藝與三重防濺防護

在宏觀結構上，A La Uno 全自動洗淨馬桶採用無水箱沖水與便器、溫水洗淨便座一體成型設計，減少傳統水箱與座體之間的結構層次及接縫，並搭配可動迴轉式排水系統完成沖洗。更貼心的是其「三重防護」設計：

• 泡沫防護：在水面上製造一層充沛的泡沫緩衝層，有效抑制男性站立小便時的尿液與污水飛濺；
• 外圍防護：馬桶邊界特別設計了高約 3mm 的水檔，防止液體延著外壁滴落至地板；
• 測漏防護：便座與馬桶本體採用不外露的防護設計，避免液體從縫隙飛濺滲漏。

3. 動態流體層：雙效泡沫洗淨、漩渦水流與 nanoe™ X

當污垢降落在馬桶內壁時，A La Uno全自動洗淨馬桶 的動態流體科技便接手進行徹底打掃。其「雙效泡沫洗淨」會先釋放直徑約 5mm 的「毫米泡沫」包裹並帶走大塊髒污，再透過直徑約 60微米的「微米泡沫」深入微觀縫隙，徹底溶解殘餘的油脂與細微污垢。接著，配合高度清潔力的「漩渦型強力水流」，利用旋轉產生的流體剪切力，一口氣將附著力已被削弱的污垢剝離並沖走。此外，Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶還搭襯了 nanoe™ X 健康科技，釋放氫氧離子有效抑制異味與髒污，維持空氣與內壁的良好衛生狀態。

科技讓生活變輕鬆，但物理法則依然誠實

從材料化學的低表面能設計，到微觀幾何的附著點控制，再到流體力學的水流沖刷，一座現代抗污馬桶的演進，縮影了人類如何運用基礎科學來解決日常生活痛點的智慧。

我們習慣將衛生清潔想像成一場與細菌髒污的硬碰硬死鬥。然而，A La Uno全自動洗淨馬桶 等現代衛浴技術的突破，展示了材料科學的另一種聰明思維：不靠強酸強鹼硬打，而是透過物理與化學邏輯，將「污垢固著」的機率降到最低。

當材料科學與現代衛浴技術結合，刷馬桶不再是一件令人頭痛的辛苦瑣事。透過這些前沿科技的加持，我們得以從繁重的家務勞動中解放，享受更加乾淨、舒適且有品質的日常生活。

*1 參考論文：A metallic anti-biofouling surface with a hierarchical topography containing nanostructures on curved micro-riblets

*2 參考論文：Brushing up functional materials

國科會首度向全國高中職及大專院校廣下英雄帖，舉辦「Open Call 科普 創意松」，得獎名單已揭曉，並將於今（112）年 5 月 26 日在臺北松山文創園區一號倉庫進行頒獎及展示得獎作品，當日將結合國科會科普活動計畫及科普產品製播計畫成果一同展出，讓各界能藉此機會相互激盪對科普的想像！

兼顧科普傳播與社會需求，將學生科普創意轉換為未來社會影響力

聚焦校園年輕世代所舉辦的「Open Call 科普創意松」徵件活動，分「科普創意提案」及「科普短片徵件」兩類，鼓勵高職中職及大專院校學生，透過多元科普傳播模式和影音創作發揮社會影響力。

自去（111）年 8 月底啟動徵件，有將近 90 所學校、400 多隊報名、超過 1200 人次的師生參與。在學子創意孵化的過程中，國科會也邀請業界各領域執牛耳的輔導業師，透過業師陪伴及前後世代的交流互動，優化學子的提案創意並強化其作品未來之可行性。

「科普創意提案」獲獎案例展現出青年學子對於科學教育、環境永續、生 態保育、偏鄉孩童心理輔導等議題的關注與熱情，並嘗試透過創新的科普傳播手法為在地社會議題尋求新解方。

大專組金獎由來自臺北醫學大學及中國醫藥大學合組團隊「醫線教育」獲得，該團隊跨區域、跨校號召志同道合夥伴，針對疾病診斷邏輯，設計互動式教具與課程，幫助國內外大學生模擬情境以銜 接基礎知識在臨床的應用，獲評審們一致認同是難能可貴的社會實踐行動。

高中職組金獎，由彰化二林工商的「哇哈哈科學服務團」團隊獲獎，該團隊以在地高中職學生為出發點，率先成立科學服務社團，學習科技教育知識，再教導鄰近國中小學童，達到自助人助，進一步儲備種子志願團，由受助者變成助人者，形成良善循環機制，不僅將科學教育資源帶入偏鄉，培養在地科學人才， 且結合科學教育與地方文化，對地方經濟和社會發展有正面且積極的影響。

科普短片類大專組金獎作品為清華大學「清大天文社」之〈進擊的黑洞：類星體〉，該創作短片從熱門的科學新聞切入，呼應天文迷對於黑洞的好奇心， 片中穿插許多令人會心一笑的譬喻與橋段，風趣又不失其意涵。

高中職組金獎作品，是由虎尾高中「動感光波」團隊所創作之短片〈光通訊〉，主要講述以 發射器（燈泡）產生之光訊號，經由接收、轉換成電訊號，進而發出特定音階， 透過生動活潑的表演和拍攝手法，故事情節可愛清新，搭配簡易動畫和資訊圖卡，讓影片具知識性及趣味性。

當日除了展示 21 個來自校園學子的獲獎科普創意，下午在舞台區會放映獲獎的 11 支科普短片及科普產品製播計畫影片，內容生動更兼具知識性與教育性，讓民眾沉浸於深入淺出的科學知識寶庫與科普視聽饗宴。

精選年度科普活動計畫作品及科普產品製播影片成果同步展出

國科會為持續推動全民科普，使科學教育不僅走入校園、更深入大眾生活，今年首度集結科普相關計畫 45 個團隊共同展出成果，國內長期推動科普、第一線面對學子的科普推手，為本次展覽設計豐富多元的科學演示，將深奧的科研成果轉化為各年齡層易懂的手作互動實驗等，包括循環材料與物件微展覽、 原住民文化數學數位教材、科普桌遊、AI 自駕車模擬行駛、植物染手作體驗、 蝴蝶科普解謎遊戲等有趣又豐富的科普體驗；此外，「數感盃中英文數學詩創作競賽」的創作成果，也將在展場中幻化為 24 公尺長的「數學詩牆」，當縝密精準的數學與柔軟詩意的文學交會，迸發出跨域創作的科普新火花！歡迎大小朋友帶著好奇心一同共襄盛舉！

活動官網

「Open Call 頒獎典禮暨科普成果展」活動資訊

• 時間：2023 年 5 月 26 日（星期五）上午 10:00 ～ 下午 5:00
• 地點：臺北松山文創園區一號倉庫（信義區光復南路 133 號）
• 展覽活動詳情請上活動官網：www.opencall-nstc.org.tw

本文由經濟部能源局贊助

「有人問我，做一個經濟部長，心裡壓力最大的是什麼事？」經濟部部長鄧振中在 4 月 26 日的智慧節電計畫成果分享發表會說：「臺灣的電力問題絕對是其中之一。除了在供應面要持續拓展替代能源、需求面也要鼓勵全民共同養成好的用電習慣。」

為了養成良好的用電習慣，主打「自己的電自己省」的智慧節電計畫志在讓各地方縣市以節電 2% 為目標，這一年來共有基隆市（-1.92%）、新北市（-1.00%）、新竹市（-0.96%）、臺北市（-0.27%）、桃園市（-0.22%）、台中市（-0.00%）六個縣市達成「用電零成長」的成績。

經濟部部長鄧振中表示，雖然這一年來全臺灣的整體用電仍微幅成長 0.05%，但各縣市低度的用電成長仍值得鼓勵，也可藉著「智慧節電計畫成果分享發表會」和節電有成的縣市互相取經。

分享會中的新北市政府分別以節電參與式預算、媽省理工與節電認同券、機關雲端空間和 PFI 採購模式這三個主題向其他縣市分享經驗。

由下而上的草根民主實驗

「節電參與式預算」是嘗試讓公民智慧進入城市治理的新典範，改變了過去「市府請市民配合」的模式，讓市民有機會從政策設計就開始關心、參與自己所在城市的能源未來。

「節電參與式預算重點不在產出偉大計畫，而是讓市民開始學習、關注自己住區的用電情形，整個過程本身就是政策宣傳。」這場由下往上的草根民主實驗，以永和區和蘆洲區的社區大學為示範區，期程共約三個月，兩區市民發展出的提案風格也很不同。

「蘆荻社大節電中」的參與者從小學生到新住民都有，因此提案也充滿不同居民的生活經驗和發想特色——例如巡守隊腳踏車、小學生漫畫、家庭主婦圍裙、新住民野餐等等。蘆洲過去從工業區起家，如今也有不少新住民的加入。說明會開始前，蘆荻社大就深入菜市場、公園、神將腳、市場攤商等「庶民出沒地」進行宣傳，最後的宣傳也結合蘆洲大拜拜和神將文化祭，以「人人來參與、投票審預算」為號召，在園遊會設攤讓民眾親身認識不同提案並且現場投票。

同樣是參與式民主，在以住宅區為主、且上班族和高教育族群居多的永和區，過程中的說明會和工作坊的知識溝通成分也更多，產出不少往公園路燈、集合式住宅等公共場域思考的提案方向。最後的審議形式，除了紙本也開放了網路投票，因此獲得更高人次的參與；在投票設計上，永和區也允許市民一次投給四個中意的提案、並且從九個提案中選出前七名共享經費額度。

同樣著墨於市民參與，臺北市資訊局則以「創意節電黑客松實證計畫」為主打，引進科技圈日益廣泛的「黑客松」活動，吸引許多具有資訊工程背景的大學生參加，發想出許多智慧監測家庭耗電裝置的提案。這些提案多半強調「對使用者友善」，例如利用手機一鍵關燈、以APP統一多個家電的操控介面、或是設計視覺化圖表取代冰冷無感的電費帳單。

節電認同券，比帳單減免更有感

在地的區里是縣市政府嘗試對住宅部門經營節電宣導的必爭之地。「相較於服務業等產業部門可以利用法規去要求節電，一般市民是地方政府比較難觸及和要求的對象。」很多地方政府舉辦以里為單位的節電競賽，新北市環保局則更推出「媽省理工」的頭銜，希望推廣不要集中在里長等少數人的肩上、而能吸引更多婦女和里志工加入節電輔導員的行列，做「有感情」的串門子輔導。

2008 位的「媽省理工」經過培訓和資格認證，對自己節電輔導員的身分更具有認同感、也讓鄰居們更信任他們，2.5萬戶以上的家庭都完成了居家節電輔導。如果做好資源回收，也可以去里長那裡累積點數、免費換取 LED 燈。除了區里，新北市也直接開放所有居住（包括租屋）在新北市的居民參加「節電認同券」計畫。同樣是從電費來評估省電的進步程度，新北市環保局表示回饋超商購物券的方式比電費帳單直接減免「更有感」。

https://www.youtube.com/watch?v=44TMSrhaXJU

「也許只是兩百元的獎勵，但是我太太帶著鄰居好友們一起去超商喝下午茶，好友們好奇問她為什麼有購物券……無形之中讓更多人認識了這個計畫。市民反映這個計畫和抽獎相比更踏實，因為是幾分努力就會換得幾分成果（購物券額度）；有簡訊主動提醒也很貼心有感。有參與認同券計畫者，節電率比起新北市整體平均節電率高了 1~2%。」

新北市環保局也深入分享，節電認同券的參加者以 30~50 歲擅長資訊操作者居多，和媽省理工以 50~60 歲的年齡分布恰好相反；觀察居住型態，套房的節電率可達 37%，遠遠超出華廈大樓，而小家庭與單身者也比起大家庭與三代同堂更容易達成省電目標。

創新採購模式

為了達成機關節電目標，新北市除了為市府建築引進雲段智慧管理系統，還採用了創新的 PFI 採購模式（Private Finance Initiative，民間財務主導公共建設），突破傳統採購限制，徵求民間融資提案、全面換裝 LED 節能路燈，在不增加政府財政負擔的狀況下快速提公共服務水準（6 年縮短為 1 年），在換裝後的一年來已經節省 1 億元的電費、在機關部門創下了 13.5% 的漂亮節電率。

新北市政府分享經驗，過去的採購契約是「多裝多拿」的付款方式，每當遇上天災等不可抗力的路燈維修因素，地方政府就必須無止盡的吸收成本、逐年編列預算分批換裝；現在 PFI 採購模式改採固定支付金額，使承包商在平時就會努力維護路燈壽命、減少重複裝設的成本。市府方採分期付款機制，且依路燈服務效果「先享用後付費」，在全額付款前就可讓全市獲得一次性的換裝成果。

同樣從機關財政的角度切入，高雄市政府重點分享導入 ESCO（Energy Service Company，能源服務公司）採購的推動模式，此模式允許市府機關無需先編列採購經費，而是將節省下來的電費作為支付 ESCO 廠商的費用。因為採「先服務、後付款」模式，更保證節能績效，估計一年可節省 157 萬度電、相當於 486 萬的電費。

汰換水銀路燈，基隆節電第一名

節電總成績以 1.92%（約 2204 萬度電）奪得第一名的基隆市，關鍵就在於汰換全市 80% 以上的水銀路燈為 LED 燈泡。以七堵區為例，換裝 4,818 盞LED路燈後，節電效益可達一年 719.9 萬度電。

基隆市政府同時補助社區及公寓大樓推動節能、為提出需求的單位提供現場輔導的服務、重點診斷市立醫院的用電設備、媒和在地 ESCO 公司替社區與服務業者改善節能效益等等。公家機關為了帶頭示範，也開展屋頂太陽能光電系統、屋頂風力發電系統等計畫，在機關部門取得 16.19% 的節電成績。

新竹市取得總節電率的全國第三名，在住宅部門強調「用電行為改變」和「老久電器汰換」兩大重點，除了從集合式住宅公設的照明系統更新下手，也以各里為單位舉辦節電績優競賽、將節電經驗橫向擴散至各里，在住宅部門達到了 2.11% 的高節電率。

新竹市過去一年來新設的運動中心、水資源回收中心、文化局演藝廳、以及增設實驗機組的國家同步輻射研究中心，共替新竹市增加了約 200 萬度的年用電；但其他政府機關的節電率達到了 2.34%～4.53%。市政府亦推動了 LED 路燈的換裝，新設的 23,736 盞路燈，為新竹市節省了 1,007 萬度電。

因地制宜，鼓勵寺廟汰換神明燈泡

臺南市政府考量到市區和郊區的用電特質差異大，推出「節電 37 區，區區有意思」，讓各行政區各自施展身手，每個月的節電達標行政區也都越來越多。比較有趣的是，因為臺南寺廟多，區公所特地協助寺廟汰換 LED 神明燈泡，讓節電政策更走入在地。除此之外，也鼓勵市民汰換老舊家電即可抽獎送 LED 燈泡、輔導服務業用電大戶和大專校園、協助 40 處低碳社里更換節能燈具。

從服務業能源大戶下手

臺中市在服務部門針對市內能源大戶下手，包括大型量販店、觀光旅館和百貨公司，協助量身打造節能方案；在居民方面則選擇住宅屋齡較高者為優先執行對象、依住宅特性設定照明時間以節省用電；並汰換公有停車場、公有市場、區公所等場所的燈具為 LED 燈，一年下來大幅節省了 14 萬度電，整體節電 0.00%，達成了用電「零」成長的初步成績。

本預期服務業部門比起住宅部門更容易節電的桃園市，針對能源大戶舉辦節能診斷輔導、並且補助智慧節電服務業，不過從全國的服務業部門用電率不減反增了 0.8% 便可窺知，要提昇業者更換老舊設備的意願仍是未來的桃園挑戰。儘管桃園市遇到人口和店家新增，但在住宅部門仍有節電佳績，達成了 0.22% 的整體節電率、成為全台第五名的節電縣市。

開拓替代能源的工作是從供應端控制節電，而使用端無論是一般民眾、服務業或製造業者、甚至是公家機關，也都有能力達成自己能做的節電工作。各縣市從智慧節電計畫中絞盡腦汁薈萃出的方案，證明了節電好習慣不只是隨手關燈這麼單純，地方的智慧自會發展出符合地方條件的節電特色，替遙遠的北極熊敬上一份心意。