把冷泉加熱，就會得到溫泉嗎？ 關於柴山湧泉的那些事

本文由 高柏科技 合作，泛科學撰文

林唯耕剛回台灣任教時，曾在清華大學的實驗室裡用一立方公分的「氨」做實驗。沒想到氨氣意外洩漏，那股刺鼻的氣味瞬間瀰漫整棟大樓，引來眾多師生抗議。

「從此以後，我再也不敢在實驗室裡用氨了。」他在《思想實驗室》的訪談中，帶著笑意回憶這段往事。

這段插曲聽來像是一則工程師的寓言：在理論模型中，氨是太空熱控系統的理想介質；但在現實的辦公大樓裡，它首先是逼人逃竄的臭味。公式本身沒有錯，但現實世界永遠比公式更複雜——它包含了人、成本、風險，以及必須為後果負責的工程師。

高柏科技技術專家、清華大學榮譽退休教授林唯耕 ，曾任職於美國 OAO 工程部熱流組，深耕電子構裝散熱與熱管技術多年。隨著 AI 浪潮席捲全球，他鑽研一輩子的老問題再次被推向科技產業的核心：當晶片運算速度無止境攀升，那股伴隨而生的熱，究竟該往哪裡去？

熱不會讀新品發表會

科技巨頭在發表會上熱衷於談論大型語言模型、GPU 規格與驚人的算力。這些詞彙在投影片上光鮮亮麗，彷彿進步毫無邊界。然而，每一次數位運算都紮實地發生在實體晶片上。晶片會發熱、材料會疲勞老化，一旦設備過熱，系統便會降頻保護。在物理現實面前，再動聽的發表會敘事也必須低頭。

回顧個人電腦發展早期，晶片幾乎不需專屬散熱元件。隨後，鋁製鰭片、風扇、熱管到均溫板逐一登場。這段歷程常被視為技術升級，其實更像是對空間的極限勒索：晶片功率翻倍，發熱源的面積卻沒變大，機箱空間也不可能無限擴張。

林唯耕指出，散熱設計的核心只有三要素：功率、熱源面積與空間限制。他舉例，在標準的 1U 機箱中，若發熱面積約為三十乘三十毫米，氣冷系統在達到八百瓦時就會面臨瓶頸。這並非固定的物理常數，而是取決於空間、面積與氣流的動態平衡。最現實的代價在於，風扇轉速提升的背後，是噪音、電力損耗與空間占用。

因此，「液冷技術」的興起並非單純為了追求酷炫，而是算力密度提升後的必然選擇。它能更精準地帶走晶片廢熱，卻也將新的挑戰帶入機房：漏液風險、流道堵塞、材料相容性，以及維運時的難度。工程的進步，本質上鮮少是徹底消滅問題，更多時候是選擇一組「比較值得承擔」的新問題。

太空教他的，不是把答案搬回地面

太空熱控工程之所以迷人，是因為它剝奪了地球上最常見的散熱工具。在真空宇宙中，沒有空氣能讓風扇製造對流；受光面溫度破百度，陰影處卻極度嚴寒。工程師必須純粹仰賴熱傳導、熱輻射，以及熱管與環路型熱管（LHP）來搬移熱能。

熱管運作的關鍵在於「相變」——液體蒸發時吸收大量潛熱，冷凝後重回循環。林唯耕比較了銅與水的熱傳導能力：在他設定的特定條件下，實心銅塊約能傳導 120 瓦的熱能；但若每秒有一立方公分的水發生蒸發相變，移熱量可瞬間拉升至 2.4 千瓦（kW）。他強調「每秒」的觀念，因為散熱談的是動態流動速率，而非靜態的冷卻魔法。

儘管如此，太空科技並不能直接套用到地面。太空元件因考量重量、功耗與維修難度，偏好無馬達幫浦的被動式設計；但地面 AI 伺服器面臨更高的熱負載與環境溫度，往往仍需幫浦驅動流量。當年那場「氨氣洩漏」事故正是最好的提醒：技術是否「先進」，與它是否「適合」當下的場景，始終是兩回事。

好論文，為什麼仍可能造不出好產品

學術研究致力於證明「可行性」，而工業現場則要求「可重複性」——不僅要能運作，還得確保每台出廠的設備都不漏水。林唯耕將此定義為「從 0 到 1」與「從 1 到 100」的差別。後者涉及良率、成本、公差與客戶信任。論文中那次最完美的實驗數據，在產線上往往未必管用。

他從不避談失敗。在高柏科技早期與學界合作時，也曾遇過實驗數據無法複製，或研究方向偏離產業需求。這未必是雙方努力不夠，而是彼此對「成功」的標準不同。為了解決這道鴻溝，高柏科技推動「柏苗啟航創新培育計畫」，每年投入逾千萬資金與成大、中山、台科大等校合作，並指派專業人才在過程中持續微調、校正，確保研發貼近產線現實。

他分享了近期一項液冷工質校正專案。團隊使用非侵入式的超音波流量計進行觀測，但由於儀器預設以「水」校正，換成其他化學流體後讀數便出現誤差。最初嘗試用幫浦壓差推算，卻發現缺乏重複性，數據甚至推導出不合理的蒸發率。最後團隊回歸基本面，改用秤重法搭配能量平衡進行交叉驗證，才讓數據成功收斂。

這個故事真正的價值不在於「產學雙贏」的口號，而在於那段不夠優雅的挫折：假設失效、數據混亂、方法砍掉重練。也正是在這種時刻，企業需要的不只是會算數的人才，而是能洞察研究何時「走鐘」，並有權力喊停、要求重來的關鍵決策者。

林唯耕坦言，過去在校園裡總認為「技術第一、成本第二」，進入商界後才驚覺行銷與信任關係往往才是關鍵。這番話雖然不如科技突破那樣動聽，卻是產品能否進入市場的殘酷真相。再卓越的散熱設計，若無法穩定生產或贏得客戶信任，也僅止於一份精美的報告。

AI 會給答案，誰來負責出貨？

訪談尾聲，主持人國威提出了一個時代難題：假設 AI 能在彈指間生成散熱架構、材料配方與流道設計，企業該選擇全面擁抱 AI 的速度，還是保留緩慢但穩定的工程驗證，以規避潛在的失效風險？

林唯耕拒絕落入二選一的框架。他的觀點是：兩者並存。AI 擅長處理資訊、生成草案；但工程師仍須實作原型，進行嚴苛的性能與可靠度測試，最終由人決定是否出貨。這並非盲目崇拜人類直覺，而是基於一項事實：AI 的資料庫裡，通常沒記載下一次「意外洩漏」或「材料疲勞」的細節，且模型永遠無法為量產結果擔負法律與商業責任。

在 AI 時代，最稀缺的未必是熟練下指令（Prompt）的人，而是具備這種能力的人：能預判答案可能在哪裡出錯、能設計實驗將問題「逼」出來，並且願意為最終的量產品質負起責任。

大眾習慣將雲端想像成輕盈、無重量的空間。但現實中，雲端是由龐大的機房架構而成，裡面裝滿了晶片、管線、泵浦與冷卻液。虛擬算力的每一次擴張，都會在實體世界留下發熱的足跡。散熱工程師的價值，就是不讓這筆物理帳單，被埋沒在光鮮亮麗的投影片背後。

泛泛泛科學 Podcast 這裡聽：

當減碳、淨零排放蔚為風潮，再生能源發電成為各國積極發展的方向。2021 年 11 月，宜蘭清水地熱發電廠正式啟用，然而「地熱發電」究竟是什麼？為何火山、溫泉多的台灣，到現在才有第一座「民營」地熱發電廠？現行的地熱發電模式，竟和你家冷氣機運作原理相近？

隨著即將到來的全民公投，發電問題也再度成為議論話題。本集 y 編將與泛科學專欄作者阿樹，探討「地熱發電」能否成為台灣發展「再生能源」的新方向？

2:21 什麼是地熱發電？

近日，宜蘭清水地熱發電廠取得執照後開始啟用。此為台灣第一座「民營」地熱發電廠，但並不是台灣第一座地熱發電廠，當地過往也曾有「公營」發電廠。「地熱」能源為由地殼抽取的天然熱能，能量來自地球內部的熔岩，阿樹也提及台灣火山多，並位處板塊交接處，因此地溫梯度（Geothermal Gradient）上升得很快（平均為每 1km 上升 30℃），十分適合發展地熱發電。

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7:41 美國、東南亞也有地熱發電

全球地熱發電量排名前十名的國家，除了包含火山活動頻繁的冰島之外，美國源於其西岸位處太平洋、北美洲板塊交界處，並且亦有多座火山，地熱資源豐富，因此地熱發電量位居榜首；東南亞的印尼、菲律賓兩國也因擁有許多火山，地熱發電量可觀；相對而言，地熱資源排名全球第三的日本，則並沒有很多地熱發電廠。阿樹也分享到蓋電廠涉及層面頗廣，涉及環境評估、居民意願等，即便興建的是再生能源發電廠，取用土地並非想像中容易。

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12:35 地熱發電難以發展的原因

阿樹提及，早期的地熱發電有很多技術層面需克服，例如：抽取到的地下水內含礦物質，容易腐蝕發電機組，或管線內沉澱鈣化合物，導致能通過的水量減少，導致發電成本高、效益不佳的結果。過往，1981 年啟用的清水公營地熱發電廠，也因上述原因，裝置功能消耗至僅剩原先十分之一，最終只好關廠停用。同時，地熱發電抽取的熔岩、地下水，容易含有重金屬成份，發電產生的蒸氣也可能含有有毒氣體，工安風險頗高。

15:40 發電和冷氣機運作模式很像？

經現代技術改良後，研發出「雙循環系統」（Binary Cycle System）有助於地熱發電。該機組有「存在熱源」、「工作流體」（地下水）兩個封閉的循環系統，透過熱交換器以熱源加熱工作流體，使其汽化產生推力，推動發電機組發電。阿樹也解釋其「熱傳導」作用方式，近似冷氣機讓冷媒由液體蒸發成氣體，進而從中排出「冷氣」。

阿樹也解釋，此系統特殊在於「取熱不取水」。「存在熱源」的循環，採用較低沸點的物質，與流體經加熱後發電，不僅可在熱源降低時進行，相較於沸點高的物質能產生更多蒸汽，達到更好的發電效果；「工作流體」循環則是從地底抽取的地下水，經發電過程使用後，由回注井再送回地底，讓地底高溫區幫它「加熱」再利用。

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18:19 地底下的技術瓶頸

由於希望讓發電使用後的地下水，再送回地底「加熱」，因此需動用常出現於石化工業的「水力壓裂技術」（Hydraulic Fracturing），往地底注入高壓水打破岩石裂縫，製造「回注井」輸送地下水。然而，阿樹解釋由於難以確認岩層狀況，需透過鑽井或甚至使用炸藥、打地震波等探勘方式，判斷地下岩石類型確實能被「鑽破」，分析「水力壓裂」製造裂縫後，水源確實能回柱到地底高溫區。

22:06 地熱發電的「附加價值」

y 編問及發展地熱發電時，是否還能有其他「附加價值」，阿樹則回應多半可作為發電的地區，也可能發展為「溫泉遊憩觀光區」，也提及由於地熱發電所需條件較高，要找到適當地點並不容易，相對而言找到「溫泉」的機率還是比較大。他也提到，只要有較完整的地質架構圖，地質學家便可以判斷此處是否可能有溫泉。

25:11 溫泉是被「法規」定義出來的

日本及台灣皆各自以《溫泉法》訂定溫泉的「標準」，台灣《溫泉法》下的《溫泉標準》則明定，地下自然湧出或人為抽取之泉溫須達攝氏三十度，且具有陰離子或其他特殊成分，才可被稱為「溫泉」；三十度以下且仍具有上述成分，則可被稱為「冷泉」。

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30:46 為何日本台灣的溫泉很有名？

全世界都有地熱資源，但日本、台灣卻形成特殊「溫泉文化」，進而讓溫泉成為觀光名勝景點。阿樹從地科角度指出，日、台的溫泉其實未有特殊之處，而是歷史脈絡的發展讓它變得特別，「溫泉」也只是溫泉文化形成的「背景條件」而已。

• 作者／潘昌志；繪者／陳彥伶

火山爆發時會造成什麼災害呢？

可能會燒毀附近區域、造成山崩、地震和土石流。

火山噴出的熱氣，會與周圍岩石碎屑混合，形成「火山碎屑流」，溫度極高且流速極快，從山上滾下來時會燒毀並活埋一切。火山碎屑流遇到河水、雨水或雪水，會變成很像土石流的「火山泥流」，黏性高，易壓毀經過的樹與建築。

火山猛烈爆發時，會噴出大量溫度高達 900 ∼ 1200°C 的岩漿，容易引起大火，還可能伴隨地震和海嘯。

「火山灰」是什麼呢？

火山灰是火山噴發出的細小岩石粉末和玻璃顆粒。

火山灰比大部分的灰塵還要細，可以飄到遠方，不但會影響到飛航安全，也可能遮蔽陽光，造成天氣變冷。2010 年冰島的艾雅法拉火山（Eyjafjallajökull）爆發時，大量火山灰曾造成全球 10 萬次的航班被迫取消。

• 地科小故事：維蘇威火山和龐貝城

西元 79 年 10 月，義大利的維蘇威火山爆發。當時鄰近的龐貝城很快就被高速流動的火山碎屑流摧毀。直到超過 1500 年後，這座古羅馬城才被挖掘出來。

火山只有可怕的災害，完全沒有益處嗎？

火山的地熱可用來發電，也常形成溫泉。

火山底下的熱源，可用來作為「地熱發電」，也能將地下水加熱成「溫泉」，還常因特殊的地形景觀而成為知名的觀光景點。日本九州因為遍布眾多火山，形成許多知名溫泉。

火山那麼燙，科學家要怎麼研究它呢？

科學家會穿著特殊的隔熱防護裝備，近距離的調查火山。

火山岩漿的高溫超過 1000°C，因此火山學家研究活火山時，常穿戴特殊的防護裝備與防毒面罩，隔絕高溫和毒氣。若是快要爆發的火山，科學家就不會靠近，而是運用觀測站或人造衛星的數據，距監測火山活動以確保安全。

火山爆發有辦法提前知道嗎？

大部分火山噴發前都有徵兆，透過長期監測就能預警。

火山噴發前可能有地震、地表隆起；如果地底的岩漿很活躍，有些小噴氣孔噴出的化學成分也會有變化。臺灣的活火山很少，不曾發布火山預警。但在火山密集的日本，就將火山警戒分五級，數字越大代表越危險。

——本文摘自泛科學 6 月選書《地震100問：最強圖解X超酷實驗 破解一百個不可思議的地科祕密》，2020 年 4 月，親子天下。