小變化大「紋」章 千變萬化的摩爾紋

本文與 冠軍磁磚 合作，泛科學企劃執行

夏天早已不是可以輕忽的季節巨獸，就連位於中高緯度的歐洲也深受其威脅。然而，在德國漢堡，有一棟建築不僅不用付電費，還能自行發電，同時維持室內恆溫。它的秘密武器，不是屋頂上的太陽能板，而是長在牆壁上的「太陽能葉片」（SolarLeaf）。

這面牆不是冰冷的水泥，而是一片片富有生命力的綠色面板，正式名稱是「光合生物反應器」。它由四層玻璃製成，僅 2 公分寬的玻璃空腔內，充填著 24 公升的微藻培養液。為了讓藻類保持活力，系統會定時從底部打入回收自鄰近設施的二氧化碳。產生的大量氣泡不僅提供光合作用所需的原料，還產生「氣舉效應」（airlift effect）：向上浮力會帶動周圍的液體一起向上運動，產生液體流動、持續攪動培養液，就像為藻類進行 SPA 按摩，確保每顆藻都能均勻曬到陽光。

在這過程中，微藻吸收日光，提供了動態的遮陽效果，並透過光合作用將能量轉化為可儲存的生物質。與僅能吸熱的水泥牆不同，這片牆真正「存住」了太陽能，同時避免城市熱島效應。更重要的是，這些反應器還能蒐集住家與周邊建築燃燒或煮菜所排放的二氧化碳，將其迅速封存於藻類體內。

聽起來像科幻小說？別急，這才只是今天要介紹的第一種前衛建築。接下來，還有用真菌「種」出來的隔熱磚、會隨太陽軌跡跳舞的窗花，以及在台灣就能落實的降溫磁磚設計。在這些千變萬化的創新方法中，總有一款會讓你眼睛一亮。它們不僅節能省錢，更代表一種與環境共生的全新可能。

不只種藻，還能「種磚」

要讓建築自我降溫，科學家的靈感往往向自然界取經。前面提到的 SolarLeaf 是極致案例，但如果不想大動工程，也可以從「建材本身」著手。最常見的方法是鋪設隔熱磚，而有些科學家則做出更環保的版本，不是培養微藻，而是「種真菌」。

作法是先將稻殼、稻草、鋸末或紙漿廢料滅菌，去除雜菌後再將這些基材混入菌種，灌入特定形狀的模具。接著在攝氏 20～25 度、濕度控制良好的條件下，菌絲體便會自行生長，像一種有生命的「超級膠水」，分泌酵素分解廢料當作養分。並將它細長的纖維網絡穿透、包裹、纏繞所有廢棄物顆粒，把所有廢棄物緊緊地固化成一塊緻密的隔熱板 。整個過程約需 5 至 21 天。

這種材料的熱傳導係數介於 0.03～0.07 W/m·K之間，性能已能與常見的保麗龍板或礦棉相媲美。原因在於菌絲體本身是由真菌生長出的細長纖維所構成，纖維之間會自動交織形成一個三維網絡。當它「吃掉」農業廢料並填滿模具後，就會生成密實卻輕盈的纖維結構，材質類似「天然泡棉」，但更為堅固。

想像一座由菌絲長出的「無限城」：熱能被困在層層彎曲的通道裡，難以迅速穿過。熱走得越慢，隔熱效果就越好。這種材料最大的優勢在於生命週期完整，它以廢棄物為食、生產過程低耗能，最後還能完全被生物分解，回歸大地。

目前這項技術最成熟的應用來自美國 Ecovative Design 公司，他們利用大麻稈或玉米莖等農業廢棄物培養菌絲。2024 年，該公司啟動「鳳凰計劃」（The Phoenix），在加州奧克蘭打造一個含有三百間住宅的社區，外牆便採用這種菌絲材料。由於原料取得容易，只要有農業廢棄物與菌種，就能培養出建材，應用範圍從建築延伸到日常使用的包裝材料，潛力無窮。

生物混凝土：讓苔蘚在牆上自然降溫

藻類、真菌還不夠？那就再「種」苔蘚。

西班牙加泰隆尼亞理工大學的研究團隊開發出一種名為 「生物混凝土」 的創新材料，其設計宗旨在於支持苔蘚、地衣等微生物的生長。

這種材料是一個多層系統：第一層是結構層，也就是標準混凝土，負責承重；第二層是防水層，保護內部結構不受水分侵蝕；第三層則是最外面的生物層，經特殊處理的外層，其孔隙率和表面粗糙度經過調整，利於捕捉和保持雨水，為微生物的定殖提供一個理想的生活環境。 

這個「活的」表面帶來多重效益：植被層本身形成了一層隔熱層，更關鍵的是，其保水能力使其可以透過蒸發冷卻（evaporative cooling）來主動降低牆體表面溫度，從而顯著減少建築的熱增益 。   

不過，從藻類到真菌，再到苔蘚，這樣住個房子還要考慮陽光、空氣、水，難道沒有更方便的方法嗎？

外牆乾掛系統：利用空氣與模組化磁磚實現隔熱

如果不想「種生物」，也可以透過工程手法和巧妙設計來降溫，那就是第四種方法「外牆乾掛系統」。

它的原理，其實就是用了最便宜的隔熱材料：空氣。傳統牆壁中，磁磚是用水泥直接黏死，但乾掛系統透過金屬骨架，將外層飾面板「掛」在建築結構外，中間刻意留出一個連續的空氣腔。

為什麼有效？普通水泥的導熱係數約在 1.5–2.0 W/(m·K)，而靜止空氣在標準條件下約 0.025 W/m·K，兩者相差了 70 倍。也就是說，傳統水泥建築在太陽照射下，熱量會直接傳入室內；而使用外牆乾掛系統的建築，就像多了一層隔熱盾，從一開始就將大部分熱量隔絕在外。這種方法的最大優勢，是不需研發複雜的新材料或製程，關鍵在於將瓷磚模組化，只要能安裝到外牆乾掛系統上，磁磚的樣式、顏色和種類也可以一樣多元。

在台灣，磁磚龍頭「冠軍建材」便推出了應用這原理的系統。該公司委託成功大學實驗室進行隔熱試驗，結果顯示：2 公分厚磚搭配特定乾掛工法，熱傳透率（U 值）可達 1.66 W/m²K，符合高性能綠建材 U 值需低於 1.8 的標準。這不僅能讓室內降溫約 4°C，空調用電還可減少 24–36%。

屋頂同樣是最曬重災區。全球建築師常用屋頂綠化或太陽能板降低陽光的熱吸收，而冠軍建材提供更簡單的方法：將屋頂磁磚架高。他們的架高節能工法，採用義大利 ETERNOIVICA 架高器，將磁磚架高 15 公分。別小看這 15 公分，就能阻絕 90% 的熱傳導，並讓樓板降溫 15°C。

這種降溫方式不影響美觀與安全性。冠軍建材推出了大理石、石紋等多種質感的磁磚，價格約為天然石材的 3 到 5 成。同時，其外牆乾掛節能工法也通過了17級風雨試驗、50 公斤多次撞擊測試，即便在地震、颱風頻繁的台灣，也能安心使用。產品具高抗折強度、低吸水率，可抵抗酸雨、風化等問題引起的剝落風險，並兼具耐火、防水、耐磨、防滑及易保養等優點。

雖然不是生物建材，但冠軍製造的建材仍符合廢棄物減量（Reduce）、再利用（Reuse）及再循環（Recycle）的3R原則。他們在生產中使用廢陶瓷粒料、無機污泥及非有害廢集塵灰等回收料，並與大型建設公司合作回收工地廢磚。產品運至工地後，切割產生的邊角料亦會回收再利用。冠軍建材將永續理念融入生產，產品使用了50％的生產循環回收料、6.5％的廢陶瓷粒料與43.5％的天然原料，有效減少了廢棄物並降低碳排。

顛覆想像：三大建築降溫策略

到這裡，我們介紹的都是利用被動方式將熱量隔絕在外的方法。接下來，來看看幾種由工程師顛覆傳統想像、腦洞大開的「讓建築主動降溫的策略」。

1. 水源熱泵：讓水域成為建築的低耗電恆溫空調

第一個方法，是用更大尺度的環境系統來調節建築溫度—水源熱泵（Water‑Source Heat Pump, WSHP）。

想像一台超大的冷氣機，冷媒在密閉管路裡吸收室內的熱量後蒸發，再進入壓縮機被壓縮後凝結，並釋放熱量。依照熱力學定律，熱總是從高溫流向低溫，如果想要讓熱量逆向流動，就需要消耗能量。也就是說，當室外空氣溫度越高，要再把熱量搬到空氣中，就需要耗費更多電力。

工程師們想到，比起氣溫會隨季節劇烈起伏，水體的溫度相對穩定，冬暖夏涼。像河川、湖泊，甚至城市污水系統，都能當作一個大型的「散熱水冷排」。如果熱量不是排進空氣中，而是排進溫度較低的水中，需要消耗的電力就可以下降。

研究顯示，空氣源熱泵的性能係數（COP）約為 2.33，每消耗 1 焦耳的電力，可搬運 2.33 焦耳的熱能；而使用水作為冷卻源的水源熱泵的平均 COP 可穩定在 3.9左右，比空氣源熱泵高出 67%。更棒的是，水源熱泵不只在夏天吹冷氣省電，只要反過來運作，讓熱泵把熱量從室外搬到室內，也能在冬天開暖氣時幫你省電。等於整個水域都是我家的低耗電恆溫空調。

2. 動態遮陽外牆：讓建築自己追著太陽動

第二個方法，是讓建築的外牆自己能動起來。位於阿布達比的 Al Bahar Towers，它的整個外牆被超過1000個獨立的、傘狀的六角形遮陽單元所覆蓋，這些單元的設計靈感來自傳統伊斯蘭窗花「Mashrabiya」。

每個單元由 PTFE（聚四氟乙烯）面板構成，並由線性致動器驅動，整個系統由電腦集中控制，程式會追蹤太陽軌跡，在東、南、西向立面上，於最需要遮陽的時刻與位置提供蔭蔽。系統還配備感測器，在強風或陰天時自動收回遮陽單元以保護結構。

這套動態系統可減少超過 50% 的太陽熱增益，顯著降低空調負荷，使整體空調設備規模減少 20%，資本成本降低 15%，冷氣負載下降 15%，每年更能減少超過1750公噸的二氧化碳排放。

3. 電致變色智慧玻璃：光與熱量隨心控制

最後，概念相同但更簡潔的方法，那就是「電致變色智慧玻璃」（EC Glass）。這種內部，有一層由氧化鎢製成的電致變色層 。只需施加 3–5 伏特微弱電壓，玻璃中的鋰離子就會開始移動，改變材料的光學特性，讓玻璃從透明變成深色，進而阻擋陽光與熱量 。

它最大的優點，就是只有在「切換顏色」的那一瞬間才耗電，一旦固定在透明或深色狀態，耗電量就是零 。研究顯示，在炎熱氣候下，這種玻璃可以節省10%-58%的空調耗能 。

結語

從會呼吸的藻類牆、運用大地熱能的水源熱泵，到巧妙駕馭空氣流動的通風帷幕，以及能追蹤太陽軌跡的智慧窗花，我們可以看到，未來建築的趨勢已不再只是「遮風避雨」，而是一個個高度整合、能與環境互動的複雜系統。

展望未來，建築不太可能依賴單一技術主宰，而更可能透過多種技術的智慧整合，創造出更高效、可持續且環境友善的建築方案。