《國家地理雜誌》中文版回來了！

本文由 建研所 委託，泛科學企劃執行。 

根據聯合國統計數據，全球每年 38% 的溫室氣體排放，並非來自道路上的交通工具，而是由「現代都市與建築」所造成的。

我們如今站在兩條路徑的十字路口。一條是依賴更多水泥建築與空調系統來抵禦夏季酷暑，然而這樣的選擇只會加劇室外大氣的惡化。另一條則是徹底改革建築、用電、設計與都市規劃，不僅尋求低碳排放的建築方式，還要找出節能降溫的解決方案，實現事半功倍的效果。

然而，我們是否真的能將建築業的碳排放歸零？

建築的溫室氣體哪裡來？

在建築物 60 年的生命週期中，建材的碳足跡其實只佔 9.8%，因為建築一旦完成後，材料不會頻繁更換。相反，日常生活中的用電才是主要的碳排來源，占了 83.4%，其中大部分來自冷氣、照明和各種電器。

當然，讓大家集體關燈停用電器「躺平」來拯救地球，顯然不切實際。既然完全不消耗能源是不可能的，我們應該尋找更現實的解決方案。

現在就來看看全球七棟零碳建築之一——成大的「綠色魔法學校」，臺灣首座淨零建築，如何運用建築技術，成為當代永續建築的典範。這些技巧中，有哪些能應用到你我家中呢？

為了省電要把煙囪塗黑、吸收更多太陽光？

都市裡，我們最大的挑戰之一就是夏天的高溫，水泥建築群在陽光的烘烤下，變成一個個巨大的窯爐。為了解決這個問題，綠色魔法學校在國際會議廳裝了一個煙囪，不過這不是為了讓窯爐更熱，而是用來降溫的。

煙囪為什麼都都要蓋的那麼高？原來煙囪越高，上下的溫差越大。熱空氣因為密度低而向上移動，產生熱對流。溫差越大，這個熱對流就越強烈，這就是所謂的「煙囪效應」。在要幫室內降溫的情況下，我們的目的是產生更強的煙囪效應，抽走熱空氣，讓室溫下降。但這棟建築裡沒有火爐，而溫差不夠大時，這效應會變得微弱，那該怎麼辦？

_{浮力通風效應。圖 / 泛科學自製動畫截圖}

綠色魔法學校提出了一個大膽的解法：在煙囪南面下半部改裝透明玻璃窗，並將煙囪內部塗成黑色，還加裝了黑色烤漆鋁板，這樣可以最大限度地吸收太陽光。每當艷陽高照，這個不插電的的「自然通風系統」就能自動啟動，創造局部的熱對流，帶動整根煙囪的熱氣向上移動，為室內降溫，達到節能效果。以熱制熱，完全反常識。

幫室內降溫的最大原則是：通風。

實際上，不是人人家裡都有煙囪。但如果建築的高處沒有任何窗戶或通風設備，熱空氣就是會從屋頂一路往下蓄積在室內。因此，你也一定在許多工廠或民宅的屋頂看過一個不斷旋轉的小風扇，它們也是有異曲同工的效用。雖然不是高聳的煙囪，但特殊的渦輪構造，風吹過就會開始轉動，並連帶空氣排出室外。是個不用插電的通風球。

綠色魔法學校的煙囪就是個效能更強的換氣機，足以讓 300 人大型會議廳的換氣次數，高達每小時 5 到 8 次，甚至能在室內颳起風速每秒 0.5 公尺的微風，是最舒適的環境。這些利用熱氣密度的差異來改善室內溫度的方法，又稱為「浮力通風」。

為了把通風貫徹到底，綠色魔法學校在建築的兩面裝設大量窗戶以及吊扇，來讓水平也能通風。這些我們習以為常的裝置，其實才是關鍵。靠吊扇的一點點電力讓自然風可以自由進出，耗費的能源，遠比冷氣還要少得多。

幫空調省電的最後一招，就是微環境控制。

實際上魔法學校內還是找的到空調設備，並不是完全拔除不用。除了選用最高效率的主機，以及把室內循環做到最好以外，降低周遭環境溫度才能減低冷氣的負擔。要降低水泥叢林的熱島效應，需要植被與水體來做溫度調適。

在太陽照射下，水泥屋頂表面最高可以達到攝氏 70 度，如果屋頂有種植植栽，室內頂層樓板的表面溫度就可以維持在攝氏32 度以下。不用開電就先幫室內降溫。

水也是關鍵的一環。一是水的比熱高，想打破水分子之間的氫鍵，需要大量的熱量，要讓一千克水的溫度升高一攝氏度，需要 4,200 焦耳的熱量，這可以避免溫度因為烈陽就快速上升。二是當溫度真的過高，水也會透過蒸發帶走熱量，讓溫度不至於向上飆。

魔法學校的屋頂花園使用水庫淤泥，研磨後燒製成的再生陶粒，裡頭混合了稻穀，結構極細，不會像有機土一樣分解消失，可以涵養水源，還不用動不動補土壤，不只降低屋頂植被的澆水次數，還能達到降溫效果。地面也採用透水鋪面，讓每一滴水都不浪費。

綠色魔法學校本名是成功大學的「孫運璿綠建築研究大樓」

2013 年被英國知名出版社羅德里其評為「世界最綠的建築」，並獲選為聯合國全球七棟零碳建築之一。

除了表彰之外，在認證上也確實取得了臺灣最高等級的「鑽石級綠建築」認證，以及美國最高級的「白金級綠建築」兩個綠建築認證。

為了讓相同的成效可以陸續在全臺的所有建築上實現，臺灣在既有的綠建築標章體系上，擬定出了「建築能效評估系統 BERS」，針對關鍵的空調、照明、插座電器的用電狀況訂出明確的耗電密度指標得分。簡單來說，就是每平方公尺的面積上，每年平均的用電量。

要打造一棟淨零建築，需要設計與材料硬體的相互配合。在日常用電這最大耗能項目上，能透過前面的淨零設計與智慧能源管理來減低能耗。而我們還沒提到的最後一塊拼圖，則是回到建築的建材本身。這部分減碳的方法有很多種，例如將傳統施作工法改為在工廠就完成模組化建材製造的「預鑄工法」，減少現場搭建鷹架、施工的步驟，達成減碳。又或是將部分建材更換為木、竹等負碳建材，甚至使用零廢棄物、能「循環使用」的建材。例如 2018 年亮相的臺中花博荷蘭館、或是 2021 年台糖在沙崙啟用的循環聚落。

建築物能夠完全不用電嗎？……電從哪裡來？

沒錯，連全球最綠的建築——綠色魔法學校，也無法做到完全不使用電力。正如前面提到的，建築的最大能源消耗來自日常使用，而這所「魔法學校」的成就，是成功將日常能源消耗降低，讓溫室氣體排放減少超過 50%。

這就是關鍵，減少一半後，剩下的部分就靠周邊的造林、太陽能和風能等綠色能源來補足。

2022 年 3 月，國發會公佈了 2050 淨零排放的路徑圖，參考美國、日本、歐盟等國，制定了 2050 年達成淨零建築的目標。

這條路徑包含兩個核心目標：第一，所有建築物要在建築能效評估系統（BERS）中達到 1 級節能，甚至進一步達到「1+ 級」近零碳建築的標準，減少至少 50% 的能源消耗。第二，同步發展再生能源，讓這些近零碳建築朝淨零邁進。

這個目標比你想像的要容易實現。比如，2023 年 12 月，台達電的瑞光大樓 II 就成功取得了「1+ 級」近零碳建築認證，並符合 0 級淨零建築規範。而在 2024 年 7 月，國泰人壽在臺中烏日的商辦大樓經過改造後，也達到 0 級淨零建築標準。這些案例證明了綠色魔法學校的成功經驗可以複製，不論是新建築還是舊建築，都能達成甚至超越淨零目標。

為了不讓每一年的夏天都是你我餘生最涼的夏天，碳排歸零是必須要實現的目標。現在你知道，這個任務的關鍵就掌握在你我手中。就像選擇能源標章電器一樣，只要選擇符合 BERS 能效標準的建築，我們不僅能降低冷氣的依賴，也能節省電費，讓地球和你的荷包都雙贏。

把整隻結凍的火雞一口氣丟到熱油裡會怎麼樣？把家裡的熱水瓶鎖死並不斷加熱會怎麼樣？把各種髮膠、定型液、香水點燃會怎麼樣？這些你可能老早就想在家裡試試看卻不敢做的瘋狂實驗，全都能在國家地理頻道《街頭科學實驗室》裡看個過癮！

主持人提姆蕭（Tim Shaw）善於引爆各種生活中常見的易燃物，並把各種意想不到的東西放進微波爐、急速冷凍、加熱、壓縮、從高處拋下，讓人看了膽戰心驚，卻有一種從小到大的心靈渴望獲得滿足的感覺，究竟這些神奇又瘋狂的實驗是如何被設計，又怎麼確保安全與實際操作呢？帥氣高大的Tim到底是怎麼樣的人呢？

台灣最大科學社群－泛科學很榮幸可以和專訪到提姆蕭，就讓從小就有從高樓拋摔物品、引爆火藥嗜好的J編（好孩子不要學）替各位揭露Tim Shaw的瘋狂實驗秘辛吧－（請自行切換雙語頻道）

J：在《街頭科學實驗室》裡的大型科學實驗中包含了不同領域的科學原理，請問製作團隊是怎麼設計那些大型科學實驗的呢？

提姆：我們節目團隊共四個人，我們設計了超多大型科學實驗。事實上，很多實驗是利用類似的科學原理，用各種不同的方式來包裝這些科學讓民眾易於理解。

（舉滅火器冰淇淋的例子）我們一直都知道你可以把CO₂收集在袋子裡，滅火器噴射之後你就會得到乾冰。好的，現在有了乾冰，我就會想：我們該怎麼利用這個乾冰來設計一個可以讓民眾印象深刻的科學表演？然後我們就想到大家都愛冰淇淋！太好了，我們來個乾冰冰淇淋！所以我們就從滅火器裡取得的乾冰做出冰淇淋，就出現了這個令人印象深刻的表演。

J：所以你們怎麼確定那些實驗的安全性呢？

提姆：喔！我們不確定啊！

（J編大驚）

提姆：工作團隊中有些經驗比較豐富的人，會在正式開拍前測試，但即使如此還是無法預測在開拍當下會發生什麼事，而且大型實驗的成本很高，不可能測試太多次。所以正式來的時候你必須躲得遠遠地－安全距離的兩倍遠，特別是會爆炸的實驗！有時候你甚至覺得自己退太遠了，但這是必要的，因為我們節目中還包含了路過來觀賞實驗的民眾，他們可能不知道那些滾燙的水或冷凍的氣體有多危險！

我們很擔心一件事，就是觀眾看完之後想自己在家裡面嘗試這些實驗。一些實驗我們在節目中不去公開做法就是這個原因，科學非常有趣，但你必須謹慎行事。

有時候我們也會出錯，（這時提姆喊了一下坐在隔壁桌的技術顧問吉米，問他搞錯的機率大概多少），大概兩成或一成的機率會猜錯實驗結果，有些表演在實行前我們也不完全知道會發生什麼事。你知道的，我們沒有那麼多錢去做同一個實驗三次（動輒燒掉一台車子）然後再實際拍攝，所以有些實驗我們只試驗一次，看會發生甚麼事，然後就在錄影的時候向觀眾解釋其中的科學原理，這就是我主要的工作。

這節目本質上是個秀，我們會在街上邀請路人來參與，也會有人看到就主動過來參與；我現在就可以在餐廳裡（提姆指向對面桌陌生的用餐民眾）找幾個人對他們說：「嘿！快來看我在做什麼！你們看這裡有滅火器，我要用滅火器做冰淇淋喔！蹦！」

 J：請問你在和其他領域的科學家合作時有沒有遇到什麼困難呢？

提姆：常常會遇到困難，但我非常享受找尋答案的過程，我並不會（因為自己是工程學出生）對其他科學感到害怕，我也不害怕向別人坦承「我不知道」；承認自己「並不知道」是一件很酷的事情。我知道自己的知識事實上很有限，如果你問我太過深入的物理原理，我大概完全沒有頭緒，但我會去閱讀，然後我就能理解它。

我知道我的長處在哪裡，我善於解決問題、有縝密的邏輯、有自己的創意。我和其他工程師的思考方式不太一樣，有時候我跟他們溝通也有一些問題，你知道有些工程師的腦袋常是這個樣子（敲桌子），他們常常沉浸在自己的領域裡面，在既有的框架裡思考。但我不喜歡被既有的知識限制，我喜歡跳脫既有框架思考，但有些工程師太不懂變通了，他們常常只專注於前人的發現和理論，但我認為有些事情就是要多去玩、多去試，然後你才知道會發生什麼事。

J：你曾經在玩實驗時出過錯嗎？

提姆：當然，我年輕時做的實驗不勝枚舉，而且常常發生意外。

J：談談最糟的一次經驗吧！

提姆：呃……（提姆停頓了兩秒，似乎因為太多事例不知道該講哪一個）…實在太多了，我曾經想要試驗不同的化學反應；以前上學的時候可以在學校取得鉀、鎂……各種你想要的化學物品，學校感覺就一副「來拿吧！拿去吧！」完全都不擔心會發生恐怖行動。我的科學老師幾乎什麼都給我，隨我們高興地實驗，所以我常常燒掉自己的眉毛。還有一次我想在我房間裡用釘子做實彈射擊，然後他就穿透了我房間的磚牆，我就眼睜睜看著它穿透牆壁，傻在那裡。

J：你有什麼實驗計畫是你一直想做但還沒有真的試過的嗎？

提姆：有一個我很想做做看的計畫，我稱它為「飛天掛勾」（skyhook），我甚至已經把草圖畫好了，你可以抓著它飛在天空上就這樣（提姆伸直左手做出超人飛翔的姿勢）。它最酷的地方是你可以像超人一樣憑空固定在一個沒有任何接著點的掛鈎，要做這個實驗我們需要超導體；當你用液態氮把它的溫度降低到一定的溫度的時候它就會產生磁性，所以我們就像做漢堡一樣，把超大磁鐵放在超導體上，然後降低超導體的溫度，磁鐵就會飛起來，然後我們再讓一個人抓住浮起來的磁鐵，他就會飛在半空中，挂在一個完全懸空的物體上。

但這個實驗非常危險，要是溫度沒有控制好，大磁鐵就會掉下來，然後你就會在大磁鐵和超導體間被夾成肉餅，所以我們到現在都還沒有做這個實驗，但我真的超想做的！

J：假如我下星期要去參加一場派對，我超想讓所有人對我印象深刻，有沒有甚麼可以現學現賣的速成科學表演呢？

提姆：喔！我要講其中一個我最喜歡的實驗，但它有點危險，你先拿一支點燃的火柴，把它放進微波爐裡再倒扣杯子蓋住，然後啟動微波爐，它開始加熱時候你就會看到火焰飛升到杯子頂端。

J：我看過那一集耶！

提姆：好，那我再教你另一招，你可以把燈泡放到微波爐裡，然後點亮燈泡。

喔，對了！還有一招，你需要一杯威士忌，還有一杯水，還有一個紙杯墊（或者名片）–最好使用shot glass效果比較好。把水倒扣在杯墊上，然後在疊在威士忌的杯子上，小心抽掉杯墊之後你就會看到兩種液體在互換。這只是運用非常簡單的科學原理，但看起來超酷！

經過了這次的採訪，我們發現原來《街頭科學實驗室》並沒有太過艱深的科學原理，有許多甚至可以應用在在家裡自己試試看，設計實驗的重點其實還是要跳脫思考框架，也可以用相同的科學原理嘗試多種變化，接觸不同領域的知識，並且不斷去試、去玩，或許你也可以設計出令人印象深刻的科學表演喔！（但天馬行空的同時也要注意安全，謹慎地看待科學實驗）

最後想請大家分享一下，無論是在生活中、實驗室或是舞台表演，有看過哪些精彩的科學實驗表演呢？那些表演是不是都偷偷用了相同的科學原理呢？