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惜物是美德,但老舊電器撐著用不是──節電雲林篇

自己的電自己省_96
・2015/11/11 ・1989字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 612 ・十年級

(本系列文章由 經濟部能源局贊助,泛科學策劃執行。)

每到逢年過節要回老家時,是否總是對三不五時發著轟轟作響的冰箱,或怎麼吹都不太涼的冷氣機感到困擾?事實上這些在祖父母家賣命了多年的老舊家電除了功能不佳,還會為我們帶來其他更大的麻煩。

Old Fan
source:flikie

當惜物美德對上高齡家電

以「農業首都」為政策目標的雲林縣,基於農業為產業主體,農業用電由農戶承擔,因此雲林的住宅部門用電略高於全國的住宅部門用電比例。此外,雲林縣較少服務業能源大用戶,而以小型用電戶為主,其服務業用電比例僅 13.07%,遠低於全國平均 19.10%。

因此,雲林縣的節電計畫從村里住戶用電著手,預算編列著重在節電獎勵、節電志工組織與種子的培訓、節電教育等,其中也包含補助採購高效率家電等設備汰換措施,試圖從改變一般民眾的用電習慣,以達成節能目標。

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此外,由於青壯年人口多移居外地,雲林縣的老年人口比長年名列全台前二,截至去年底,老年人口約占總人口 16%。以高齡者為主要成員的家庭,積於對家電的惜舊心態,使得家電經常一用就是10、20年,也造成了許多家電老化造成的耗電問題。

10雲林縣
雲林縣節電目標:4311萬度;苗栗縣申請經費:5185萬元

老舊家電如何偷走你的錢

就從家裡的電冰箱說起吧!冰箱的壓縮機、馬達、冷媒系統老化通常是耗電增加的主因,其徵兆則會有製冷效果減低、冷度不夠、發出噪音等;若冷度相對變冷,可能是溫度感應器故障導致;冰箱門磁條老化後密合度不足,導致冷氣外漏,這些皆是因電器老舊產生的額外耗電量。

即使電器有定期保養,隨著使用時間日久,依舊會有效能下降的情況。不同電器有不同能源效率的指標,如冷氣以 EER(Energy Efficiency Rate, EER)代表冷氣能力與消耗電力的比值,而電冰箱經常以能源因數值(Energy Factor, EF)代表其使用效率,單位為公升 / 度 / 月,也就是每月消耗 1度電所能使用的容積大小。

根據台北市產業發展局的研究數據,冰箱使用 10年效率衰退 20%、15年衰退 50%、至 20年衰退100%;洗衣機、冷氣、冰箱等家電的平均使用年限約在 8 – 12年間。超過使用年限的電器年平均耗電量,高達能效 1級的家電產品的 2.5倍之多!

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住宅家電老舊不僅反映在效能的減低,也反映日新月異的電器技術,對能源消耗有明顯的程度差異。相關研究從案例分析中發現,使用 14年的老舊冰箱與使用 3年的的新式變頻冰箱,耗電量差距可達到 2.5倍。

工研院針對老舊冷氣機能源效率衰退的研究中,發現冷氣機每多使用一年,其 EER值衰退 0.8%,超過 10年後則急遽下降。僅管電器保養有助於能源效率的改善,但成效遠不及符合節能標章的產品。

雲林1
老舊冷氣機之能源效率改善比例(比較保養及 96年節能標章能源效率基準)source: 黃達海、傅孟臺、蘇捐儀、廖文華、高淑芳、陳永棟(2010)

不只為了節能,也要兼顧公平

有鑒於對老舊家電高耗電議題的重視,加拿大最大的電力供應商:魁北克水電公司(Hydro-Québec)指出老舊電冰箱的最高耗電量,可能會比一台新的、符合能源之星(ENERGY STAR)標章認證的冰箱還要高出 4.8倍!所以他們提出了針對低收入戶的老舊冰箱汰換計畫,希望透過提供老舊冰箱汰舊換新的機會,幫助經濟狀況較不自主的住戶也能達到家庭電器節能、減低排碳的目標。只要符合各區域低收入戶的資格,以及「高齡」冰箱的定義──2001年前製造的老舊冰箱,就能以低廉價格購入符合節能標章的全新冰箱!

節能後浪推前浪

隨著政府持續推廣能源標章、設置器具容許耗用能源基準、以及能效分級等策略,高耗能的電器產品會逐漸被市場淘汰,民眾也能透過能效分級的區分了解產品耗能程度。

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下次在煩惱要如何降低電費時,不妨先想想家中有哪些老舊家電需要更換,不僅可以汰舊換新,更何以未節能減碳出一份力,一舉數得!

雲林2
能源效率標準會依時代而持續提升,source:T.M.I Mahlia (2004)

參考文獻:

  • 台北市政府產業發展局,省1度,節能GO
  • 經濟部能源局,家庭節約能源寶典
  • 林妤蓁、蔡惠芳(2012)。家庭用電模式與節能減碳策略之探討。台南:2012第十屆資源與環境管理學術研討會
  • 加拿大低收入戶冰箱汰舊換新計畫
  • 黃達海、傅孟臺、蘇捐儀、廖文華、高淑芳、陳永棟(2010)。老舊冷氣機能源效率衰退試驗研究。工業技術研究院。
  • T.M.I Mahlia (2004). Methodology for prediction market transformation due to implementation of energy efficiency standards and labels. Energy Conversion and Management, 45, 1785-1793.
  • 何叔憶(2013)。探討住宅與服務業部門能源效率管理措施。工業技術研究院。
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自己的電自己省_96
22 篇文章 ・ 0 位粉絲
台灣能源主要都是進口的,但你知道嗎,我國有98%都是仰賴國外能源,所以節電只能靠你我做起,自己的電自己省!! http://energy-smartcity.energypark.org.tw/

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從PD-L1到CD47:癌症免疫療法進入3.5代時代
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/07/25 ・4544字 ・閱讀時間約 9 分鐘

本文與 TRPMA 台灣研發型生技新藥發展協會合作,泛科學企劃執行

如果把癌細胞比喻成身體裡的頭號通緝犯,那誰來負責逮捕?

許多人第一時間想到的,可能是化療、放療這些外來的「賞金獵人」。但其實,我們體內早就駐紮著一支最強的警察部隊「免疫系統」。

既然「免疫系統」的警力這麼堅強,為什麼癌症還是屢屢得逞?關鍵就在於:癌細胞是偽裝高手。有的會偽造「良民證」,騙過免疫系統的菁英部隊;更厲害的,甚至能直接掛上「免查通行證」,讓負責巡邏的免疫細胞直接視而不見,大搖大擺地溜過。

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過去,免疫檢查點抑制劑的問世,為癌症治療帶來突破性的進展,成功撕下癌細胞的偽裝,也讓不少患者重燃希望。不過,目前在某些癌症中,反應率仍只有兩到三成,顯示這條路還有優化的空間。

今天,我們要來聊的,就是科學家如何另闢蹊徑,找出那些連「通緝令」都發不出去的癌細胞。這個全新的免疫策略,會是破解癌症偽裝的新關鍵嗎?

科學家如何另闢蹊徑,找出那些連「通緝令」都發不出去的癌細胞。這個全新的免疫策略,會是破解癌症偽裝的新關鍵嗎?/ 圖片來源:shutterstock

免疫療法登場:從殺敵一千到精準出擊

在回答問題之前,我們先從人類對抗癌症的「治療演變」說起。

最早的「傳統化療」,就像威力強大的「七傷拳」,殺傷力高,但不分敵我,往往是殺敵一千、自損八百,副作用極大。接著出現的「標靶藥物」,則像能精準出招的「一陽指」,能直接點中癌細胞的「穴位」,大幅減少對健康細胞的傷害,副作用也小多了。但麻煩的是,癌細胞很會突變,用藥一段時間就容易產生抗藥性,這套點穴功夫也就漸漸失靈。

直到這個世紀,人類才終於領悟到:最強的武功,是驅動體內的「原力」,也就是「重新喚醒免疫系統」來對付癌症。這場關鍵轉折,也開啟了「癌症免疫療法」的新時代。

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你可能不知道,就算在健康狀態下,平均每天還是會產生數千個癌細胞。而我們之所以安然無恙,全靠體內那套日夜巡邏的「免疫監測 (immunosurveillance)」機制,看到癌細胞就立刻清除。但,癌細胞之所以難纏,就在於它會發展出各種「免疫逃脫」策略。

免疫系統中,有一批受過嚴格訓練的菁英,叫做「T細胞」,他們是執行最終擊殺任務的霹靂小組。狡猾的癌細胞為了躲過追殺,會在自己身上掛出一張「偽良民證」,這個偽裝的學名,「程序性細胞死亡蛋白配體-1 (programmed death-ligand 1, PD-L1) 」,縮寫PD-L1。

當T細胞來盤查時,T細胞身上帶有一個具備煞車功能的「讀卡機」,叫做「程序性細胞死亡蛋白受體-1 (programmed cell death protein 1, PD-1) 」,簡稱 PD-1。當癌細胞的 PD-L1 跟 T細胞的 PD-1 對上時,就等於是在說:「嘿,自己人啦!別查我」,也就是腫瘤癌細胞會表現很多可抑制免疫 T 細胞活性的分子,這些分子能通過免疫 T 細胞的檢查哨,等於是通知免疫系統無需攻擊的訊號,因此 T 細胞就真的會被唬住,轉身離開且放棄攻擊。

這種免疫系統控制的樞紐機制就稱為「免疫檢查點 (immune checkpoints)」。而我們熟知的「免疫檢查點抑制劑」,作用就像是把那張「偽良民證」直接撕掉的藥物。良民證一失效,T細胞就能識破騙局、發現這是大壞蛋,重新發動攻擊!

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狡猾的癌細胞為了躲過追殺,會在自己身上掛出一張「偽良民證」,也就是「程序性細胞死亡蛋白配體-1 (programmed death-ligand 1, 縮寫PD-L1) 」/ 圖片來源:shutterstock

目前免疫療法已成為晚期癌症患者心目中最後一根救命稻草,理由是他們的體能可能無法負荷化療帶來的副作用;標靶藥物雖然有效,不過在用藥一段期間後,終究會出現抗藥性;而「免疫檢查點抑制劑」卻有機會讓癌症獲得長期的控制。

由於免疫檢查點抑制劑是借著免疫系統的刀來殺死腫瘤,所以有著毒性較低並且治療耐受性較佳的優勢。對免疫檢查點抑制劑有治療反應的患者,也能獲得比起化療更長的存活期,以及較好的生活品質。

不過,儘管免疫檢查點抑制劑改寫了治癌戰局,這些年下來,卻仍有些問題。

CD47來救?揭開癌細胞的「免死金牌」機制

「免疫檢查點抑制劑」雖然帶來治療突破,但還是有不少挑戰。

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首先,是藥費昂貴。 雖然在台灣,健保於 2019 年後已有條件給付,但對多數人仍是沉重負擔。 第二,也是最關鍵的,單獨使用時,它的治療反應率並不高。在許多情況下,大約只有 2成到3成的患者有效。

換句話說,仍有七到八成的患者可能看不到預期的效果,而且治療反應又比較慢,必須等 2 至 3 個月才能看出端倪。對患者來說,這種「沒把握、又得等」的療程,心理壓力自然不小。

為什麼會這樣?很簡單,因為這個方法的前提是,癌細胞得用「偽良民證」這一招才有效。但如果癌細胞根本不屑玩這一套呢?

想像一下,整套免疫系統抓壞人的流程,其實是這樣運作的:當癌細胞自然死亡,或被初步攻擊後,會留下些許「屍塊渣渣」——也就是抗原。這時,體內負責巡邏兼清理的「巨噬細胞」就會出動,把這些渣渣撿起來、分析特徵。比方說,它發現犯人都戴著一頂「大草帽」。

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接著,巨噬細胞會把這個特徵,發布成「通緝令」,交給其他免疫細胞,並進一步訓練剛剛提到的菁英霹靂小組─T細胞。T細胞學會辨認「大草帽」,就能出發去精準獵殺所有戴著草帽的癌細胞。

當癌細胞死亡後,會留下「抗原」。體內的「巨噬細胞」會採集並分析這些特徵,並發布「通緝令」給其它免疫細胞,T細胞一旦學會辨識特徵,就能精準出擊,獵殺所有癌細胞。/ 圖片來源:shutterstock

而PD-1/PD-L1 的偽裝術,是發生在最後一步:T 細胞正準備動手時,癌細胞突然高喊:「我是好人啊!」,來騙過 T 細胞。

但問題若出在第一步呢?如果第一關,巡邏的警察「巨噬細胞」就完全沒有察覺這些屍塊有問題,根本沒發通緝令呢?

這正是更高竿的癌細胞採用的策略:它們在細胞表面大量表現一種叫做「 CD47 」的蛋白質。這個 CD47 分子,就像一張寫著「自己人,別吃我!」的免死金牌,它會跟巨噬細胞上的接收器─訊號調節蛋白α (Signal regulatory protein α,SIRPα) 結合。當巨噬細胞一看到這訊號,大腦就會自動判斷:「喔,這是正常細胞,跳過。」

結果會怎樣?巨噬細胞從頭到尾毫無動作,癌細胞就大搖大擺地走過警察面前,連罪犯「戴草帽」的通緝令都沒被發布,T 細胞自然也就毫無頭緒要出動!

這就是為什麼只阻斷 PD-L1 的藥物反應率有限。因為在許多案例中,癌細胞連進到「被追殺」的階段都沒有!

為了解決這個問題,科學家把目標轉向了這面「免死金牌」,開始開發能阻斷 CD47 的生物藥。但開發 CD47 藥物的這條路,可說是一波三折。

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不只精準殺敵,更不能誤傷友軍

研發抗癌新藥,就像打造一把神兵利器,太強、太弱都不行!

第一代 CD47 藥物,就是威力太強的例子。第一代藥物是強效的「單株抗體」,你可以想像是超強力膠帶,直接把癌細胞表面的「免死金牌」CD47 封死。同時,這個膠帶尾端還有一段蛋白質IgG-Fc,這段蛋白質可以和免疫細胞上的Fc受體結合。就像插上一面「快來吃我」的小旗子,吸引巨噬細胞前來吞噬。

問題來了!CD47 不只存在於癌細胞,全身上下的正常細胞,尤其是紅血球,也有 CD47 作為自我保護的訊號。結果,第一代藥物這種「見 CD47 就封」的策略,完全不分敵我,導致巨噬細胞連紅血球也一起攻擊,造成嚴重的貧血問題。

這問題影響可不小,導致一些備受矚目的藥物,例如美國製藥公司吉立亞醫藥(Gilead)的明星藥物 magrolimab,在2024年2月宣布停止開發。它原本是預期用來治療急性骨髓性白血病(AML)的單株抗體藥物。

太猛不行,那第二代藥物就改弱一點。科學家不再用強效抗體,而是改用「融合蛋白」,也就是巨噬細胞身上接收器 SIRPα 的一部分。它一樣會去佔住 CD47 的位置,但結合力比較弱,特別是跟紅血球的 CD47 結合力,只有 1% 左右,安全性明顯提升。

像是輝瑞在 2021 年就砸下 22.6 億美元,收購生技公司 Trillium Therapeutics 來開發這類藥物。Trillium 使用的是名為 TTI-621 和 TTI-622 的兩種融合蛋白,可以阻斷 CD47 的反應位置。但在輝瑞2025年4月29號公布最新的研發進度報告上,TTI-621 已經悄悄消失。已經進到二期研究的TTI-622,則是在6月29號,研究狀態被改為「已終止」。原因是「無法招募到計畫數量的受試者」。

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但第二代也有個弱點:為了安全,它對癌細胞 CD47 的結合力,也跟著變弱了,導致藥效不如預期。

於是,第三代藥物的目標誕生了:能不能打造一個只對癌細胞有超強結合力,但對紅血球幾乎沒反應的「完美武器」?

為了找出這種神兵利器,科學家們搬出了超炫的篩選工具:噬菌體(Phage),一種專門感染細菌的病毒。別緊張,不是要把病毒打進體內!而是把它當成一個龐大的「鑰匙資料庫」。

科學家可以透過基因改造,再加上AI的協助,就可以快速製造出數億、數十億種表面蛋白質結構都略有不同的噬菌體模型。然後,就開始配對流程:

  1. 先把這些長像各異的「鑰匙」全部拿去試開「紅血球」這把鎖,能打開的通通淘汰!
  2. 剩下的再去試開「癌細胞」的鎖,從中挑出結合最強、最精準的那一把「神鑰」!

接著,就是把這把「神鑰」的結構複製下來,大量生產。可能會從噬菌體上切下來,或是定序入選噬菌體的基因,找出最佳序列。再將這段序列,放入其他表達載體中,例如細菌或是哺乳動物細胞中來生產蛋白質。最後再接上一段能號召免疫系統來攻擊的「標籤蛋白 IgG-Fc」,就大功告成了!

目前這領域的領頭羊之一,是美國的 ALX Oncology,他們的產品 Evorpacept 已完成二期臨床試驗。但他們的標籤蛋白使用的是 IgG1,對巨噬細胞的吸引力較弱,需要搭配其他藥物聯合使用。

而另一個值得關注的,是總部在台北的漢康生技。他們利用噬菌體平台,從上億個可能性中,篩選出了理想的融合蛋白 HCB101。同時,他們選擇的標籤蛋白 IgG4,是巨噬細胞比較「感興趣」的類型,理論上能更有效地觸發吞噬作用。在臨床一期試驗中,就展現了單獨用藥也能讓腫瘤顯著縮小的效果以及高劑量對腫瘤產生腫瘤顯著部分縮小效果。因為它結合了前幾代藥物的優點,有人稱之為「第 3.5 代」藥物。

除此之外,還有漢康生技的FBDB平台技術,這項技術可以將多個融合蛋白「串」在一起。例如,把能攻擊 CD47、PD-L1、甚至能調整腫瘤微環境、活化巨噬細胞與T細胞的融合蛋白接在一起。讓這些武器達成 1+1+1 遠大於 3 的超倍攻擊效果,多管齊下攻擊腫瘤細胞。

結語

從撕掉「偽良民證」的 PD-L1 抑制劑,到破解「免死金牌」的 CD47 藥物,再到利用 AI 和噬菌體平台,設計出越來越精準的千里追魂香。 

對我們來說,最棒的好消息,莫過於這些免疫療法,從沒有停下改進的腳步。科學家們正一步步克服反應率不足、副作用等等的缺點。這些努力,都為癌症的「長期控制」甚至「治癒」,帶來了更多的希望。

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已經不能沒有「它」?悄悄改變我們生活的「家庭科技」
賴昭正_96
・2024/01/12 ・4027字 ・閱讀時間約 8 分鐘

  • 作者/賴昭正|前清大化學系教授、系主任、所長;合創科學月刊

我們生活在一個高度依賴科學與技術的社會,但幾乎所有的人對科學與技術都一無所知。

——Carl Sagan(1934-1966)美國天文學家、科普作家

在「日常生活範式的轉變:從紙筆到 AI」一文裡,筆者談到 50 年來的科技發展完全改變了我們自己日常生活的方式,如筆者已經不再用紙筆寫文章、不在圖書館裡找資料、旅行不需要攜帶地圖、在家逛街購物、買股票不需要透過券商下單、與親友及科學月刊通訊都是瞬間達成、⋯⋯等等。最近人工智能的正式登場更可能讓人人成為寫文章高手,讓讀者懷疑這篇文章是不是筆者自己寫的。

除了這些有形的日常生活方式的改變外,事實上還有一些無形、沒有改變我們生活方式的科技正在我們家中發生的。其中最明顯的就是電視, 我們看電視的方法還是一樣, 但年輕的讀者可能不知道不管從軟體或硬體來看, 電視機已經完全不再是 1970 年代的電視機了。我們在這裡就來談談這些偷偷摸摸進入我們家庭生活的三大無形改變吧,免得被名科幻小說及科普作家薩根(Carl Sagan)嘲笑:我們生活在一個高度依賴科學與技術的社會,但幾乎所有的人對科學與技術都一無所知。

電視機

早期的電視機是由真空管及陰極射線管(CRT)組成的,體積膨大。1940 年代,半導體器件的發明使得生產固態電子器件成為可能,它比熱真空管更小、更高效、更可靠、更耐用、更安全、更涼爽、更經濟。從 1960 年代中期開始,熱電子管可以說完全被晶體管取代。然而直到 21 世紀初,陰極射線管(也是一種真空管)仍然是電視監視器和示波器的基礎。

圖/作者提供

1982 年,愛普生(Seiko Epson)發布了第一台用液晶(liquid crystal)當平面顯示器(display)的液晶電視(LCD TV);1984 年,愛普生又發布了第一台全彩袖珍液晶電視。夏普(Sharp)於 1988 年推出第一台商用液晶電視;第一台電漿(plasma)電視於 1997 年出現。電漿電視畫面是透過顯示器上面畫素(Pixel)點發光,不是像液晶電視機在畫面後面照光,因此在畫質方面比液晶顯示器強多了,但因在價格上沒辦法競爭,早已被淘汰掉了,最近被類似的有機發光二極體(organic light emitting diode, LED)電視機取代。

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除了硬體外,電視影像訊息的傳播編碼(coding)也大異於前:早期使用類比訊號(analog signal)編碼,現在則使用數字(digital)。後者在其開發時就立即被認為是自 1950 年代彩色電視出現以來,電視技術上之一項創新進步的重大變革。類比廣播到數字廣播的轉變始於 2000 年左右;經過多次及多年的拖延,美國終於於 2009 年 6 月 12 日正式取消無線類比電視廣播,台灣也已於 2012 年 7 月全面廢除無線類比電視廣播,改用數位電視。詳情請參見高畫質數位電視

電燈泡

我們一般都將發明燈泡的功勞歸於愛迪生(Thomas Edison),事實上早在他 1879 年申請專利之前,英國發明家就已經知道用弧光燈當燈泡。但愛迪生不但將白熾燈泡商業化,並發明了將電力帶入住家所需的整個系統——發電機、電線、保險絲、燈的開關。1904 年出現了取代碳絲燈泡之更亮的新型鎢絲燈泡,1913 年發現在燈泡內放入氮氣等惰性氣體可以提高壽命,沿用至今。 

電燈照明的原理是因為任何溫度不為絕對零度的物體,總是不停地對外放出各種頻率的輻射能(見「科學家如何找到黑體輻射光譜,引發 20 世紀初的量子革命?」)。不幸的是:這些不同頻率的輻射能中只有非常少的一部分是可見光,因此利用鎢絲加熱來照明的電燈效率非常低(見「電燈的效率」)。

筆者在「太陽能與光電效應」裡探討了「二極體」(diode)的物理,其用途甚廣(如整流器及控制器等)。它可以透過光來發電製造太陽面板;它也可以透過電來發光——「發光二極體」(light emitting diode, LED)——製造上面提到之有機發光二極體電視機及二極體燈泡。因我們可以用不同材料來控制發出來之輻射在可見光範圍,所以二極體燈泡效率比傳統鎢絲燈泡高得非常多:例如前者只需 18 瓦特就可達到後者 100 瓦特(W)的亮度。加上它不使用高溫,壽命也因之比較長;但因其製造成本高,所以直到最近美國才宣布禁售傳統鎢絲燈泡,強迫使用二極體燈泡1

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圖/作者提供

發光二極體需要在直流電下運作,一般家用二極體燈泡設計在低電壓 1.2-3.6V 之間。然而,為了變壓方便及減少輸送過程中的能量浪費(見「高壓危險」),全世界電力公司都用高電壓的交流電輸送電力,到住宅區附近的變電所後再減壓到 120-240V,因此二極體燈泡的設計非常不同於傳統燈泡:它的首要任務是將高電壓交流電降壓整流為低壓的直流電。除此之外,因固態線路特性,它也必須考慮電壓及電流的穩定、散熱等問題,因此在設計上比鎢絲燈泡複雜多了,成本也貴得多。

家庭電話

與電視機及燈泡相比,家庭電話可以說是改變最少的;事實上自從行動電話普及後,許多家庭已不再使用固定的家用電話,改變了我們日常生活的方式。但仍有不少像筆者一樣頑固的長者保留家用電話的,他們將發現:雖然現在的電話機比以前的加了很多功能,如來電顯示、留言、無線分機等,但其基本結構還是保留在 1962 年世界博覽會上首次以商品名「按鍵音(Touch-Tone)」推出的按鈕撥號(也就是說 1970 年代的電話現在還是可以用的,也還可以在市面上買到)。

圖/giphy

傳統電話系統通話依賴於兩個節點間的直接物理連接,在通話中這條線是不能斷的。為了覆蓋廣泛的地區,任何兩點間都直接連線當然是不可能的,因此出現了稱為「電路交換」(circuit switching)的呼叫切換技術。早期的呼叫切換是由電話接線員來完成的,但隨著電話覆蓋範圍的擴大,美國電話及電報公司(AT&T)開始推出機械交換系統,人們可以從家裡手動撥打其它號碼,不再需要人工操作員接通。到 1978 年左右,完全自動化終於消滅了電話接線員這一職業。

圖/作者提供

自從互聯網(Internet)及一種可用寬頻連線進行語音通話的互聯網協定語音(voice over internet protocol, VoIP)出現後,網路語音(VoIP)電話開始慢慢侵食傳統的家庭電話。不像電視機及燈泡,事實上傳統的家庭固定電話是有其優點,如不受斷電及不穩定網路的影響等,但因網路語音電話成本較低及較高彈性,美國聯邦通訊委員早在 2022 年 8 月就宣布不再要求美國電信公司提供銅線固定電話服務,因此相信傳統的電話系統不久將在美國消失了2

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電路交換技術的一大缺點是:兩點一旦連接在一起,別人便不能再使用那整條電路3,浪費了有限的資源。現在網路語音電話的交換網絡依賴於「分組交換」(packet switching)技術。分組交換概念是波蘭裔美國工程師巴蘭(Paul Baran)於 1960 年代初提出,首先使用於美國國防部的阿帕網(ARPANET)。使用者透過網路傳送檔案時,先將檔案分割為較小的數位「資料包」(packet)形式來進行傳輸。每個資料包都有一個包括來源位址、目標位址、資料包數量和序號等的資料包頭,因此它們可以各走其獨立路線(網路節點負責指揮交通),發送者和接收者之間沒有必要(也從未)直接連接在一起,可以充分且更有效率地利用傳輸媒體。數位資料包到達目的地後,經組合再透過數據機(modem)將數位數據轉回電話線的類比訊號,傳到傳統的電話上。

以前傳統電話因為要用實體電線接到區域交換總機,所以可以從區域號碼知道這支電話的所在地;網路語音電話只要連接到任何一個網路節點就可以,所以家用電話號碼可以隨搬家移動到別的區域(例如台北的 02 區域電話號碼可以在阿里山出現),因此區域號碼已經失去其區域的意義。

結論

這些悄悄來的家庭科技中,改變最多的是電視:在軟體(數位訊號傳輸)及硬體方面(平面顯示器)都完全擺脫了舊科技,以全新的面貌在家庭中出現;接觸過舊電視的讀者,應該不難發現影像的改進不可同日而語。燈泡則只改變硬體(二極體燈泡),網路語音電話只改變軟體(分組交換訊號傳輸)。

筆者雖然喜歡新科技,但因一則較貴,再則可能不穩定,而不願做新技術的天竺鼠(實驗對象),對新技術的接受總是很遲的;即使如此,筆者的家庭也已經全面「現代化」了。但是內人除了發現電視機不同及燈泡比以前更接近太陽光4外,根本不知道老公花了多少心血將狗窩現代化。

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註解

  1. 事實上美國早在 2007 年就頒布白熾燈泡禁令,但被川普政府撤銷,該規則於今年(2023 年)8 月 1 日才又生效。台灣經濟部宣佈 2011 年底全面禁售白熾燈,五年內全面更換成二極體燈泡。
  2. 但在台灣還不流行。根據名市場研究公司 Future Market Insights 分析:全球住宅網路語音服務市場規模預計將從 2023 年的 221 億美元增至 2033 年的 678 億美元;在預測期內(2023 年至 2033 年),全球住宅網路語音服務需求預計將以 11.9% 的複合年增長率增長。
  3. 只要電話不掛斷(如找資料暫停通話),電路就不會、也不能斷;因此原則上如果夠多人在同時用電話,將會將所有的電路線都佔罄了。
  4. 太陽表面的溫度約在 6000°C,鎢絲燈泡大都在 3000°C 左右操作以增加壽命。

延伸閱讀

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賴昭正_96
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成功大學化學工程系學士,芝加哥大學化學物理博士。在芝大時與一群留學生合創「科學月刊」。一直想回國貢獻所學,因此畢業後不久即回清大化學系任教。自認平易近人,但教學嚴謹,因此獲有「賴大刀」之惡名!於1982年時當選爲 清大化學系新一代的年青首任系主任兼所長;但壯志難酬,兩年後即辭職到美留浪,IBM顧問研究化學家退休 。晚期曾回台蓋工廠及創業,均應「水土不服」而鎩羽而歸。正式退休後,除了開始又爲科學月刊寫文章外,全職帶小孫女(半歲起);現已成七歲之小孫女的BFF(2015)。首先接觸到泛科學是因爲它轉載我的科學月刊上的一篇文章「愛因斯坦的最大的錯誤一宇宙論常數」。

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只是隨手關燈太落伍,節電靠各地智慧
自己的電自己省_96
・2016/05/13 ・3643字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 530 ・七年級

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。

1.智慧節電計畫成果分享發表-經濟部部長致詞
智慧節電計畫成果分享發表——經濟部部長致詞。

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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。

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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」

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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。

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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。

5.高雄市-高雄市ESCO採購示範SOP手冊及推廣方式
高雄市 ESCO 採購示範 SOP 手冊及推廣方式。

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。

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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。

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800px-台南市孔廟大成殿外觀右側
台南廟宇眾多,政府鼓勵將傳統燈泡汰換為LFD燈,照片為台南孔廟。圖/wikipedia

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。

8.經濟部部長與縣市代表大合照
經濟部部長與縣市代表大合照。

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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。

 

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自己的電自己省_96
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台灣能源主要都是進口的,但你知道嗎,我國有98%都是仰賴國外能源,所以節電只能靠你我做起,自己的電自己省!! http://energy-smartcity.energypark.org.tw/