一盞省油燈 照見古人節能智慧｜星島教室
發佈時間：12:30 2025-11-29 HKT
「那小子可不是省油的燈！」這句日常俗語，常用來形容某人不簡單、難以應對，多少帶有貶義，卻鮮少有人探究「省油燈」的真實面貌。事實上，它並非虛構，而是中國古代極具科學價值的照明器具，其體型小巧，卻蘊含着古人破解照明耗能問題的精妙設計，確實不簡單。
傳統油燈耗能問題
在古代，照明工具的能源消耗問題長期困擾着人們。早期的油燈以固態的動物油脂為主，由於動物油脂的分子量較大，在氧氣不夠的情況下容易產生不完全燃燒，因而產生大量黑煙和異味，而且原料稀少，製備成本又高，僅能滿足少數貴族的需求。雖然後續改用植物油脂，擴大了使用範圍，但成本依舊高，普通百姓根本負擔不起。
另一方面，當油燈的燈芯點燃後，火燄釋放的熱量會透過對流與輻射傳遞至上層燈盞，使燈油溫度升高。燈油溫度會快速超過飽和蒸汽壓對應的臨界溫度，導致蒸發速率急劇加快，部分蒸發的油蒸氣未參與燃燒便被消耗，造成能源浪費，同時高溫還會加速燈盞熱老化，影響使用壽命。
省油燈節能設計
直到宋代，省油燈的出現改善了傳統油燈的耗能問題。有關省油燈的結構和優點，可以參考南宋著名詩人陸游在《老學庵筆記》中的記載：「書燈勿用銅盞，惟瓷盞最省油。」由於銅具有巨型金屬結構，當加熱油脂時，銅金屬中的離域電子的能量增加，其流動及振動速度變快，使得大量熱能散失至周圍環境，導致燃料消耗過快。相反，陶瓷盞多半由屬於巨型共價結構的氧化矽製成，當中沒有離域電子或流動離子，因此其導熱性較差，熱量會更長時間地保留在盞內，從而減少耗能。
「一端作小竅，注清冷水於其中，每夕一易之。尋常盞為火所灼而燥，故速乾，此獨不然，其省油幾半。」這類省油燈帶有夾層，夾層中開設小孔，可注入冷水作為冷卻介質。由於水的比熱容相對較大，當油被點燃後，夾層內的冷水透過熱傳導持續帶走燈油熱量，使燃油的溫度降低。
此外，水由液態轉化為氣態時需吸收大量潛熱，這一過程能進一步強化散熱效果，相當於為燈盞建立了「二級冷卻屏障」，從源頭降低燃油的蒸發速率。其次，燈芯的消耗也會減緩，油盞也不容易乾燥而裂開。而「每夕一易之」是指每天都要重新在夾層中注入清涼的水，以確保水溫不會過高，影響冷卻功能。綜上所述，可以省下近一半的油量。
唐代邛窯省油燈
以典型的唐代邛窯省油燈為例，其上下兩個核心區域，均採用陶瓷材質打造，上層為盛油照明區，為淺腹盤狀或盞形，與下層冷卻倉在胎體未完全乾燥時進行黏接，形成密封的夾層空間。此密封設計能防止冷卻倉內的水氣進入油層，避免影響燈油燃燒效率，同時確保燈盞熱可高效傳導至下層冷水。
下層為儲水冷卻倉，呈現深腹碗形結構，此造型可最大化儲水容積，同時確保冷水能均勻包裹上層燈盞。冷卻倉側壁設有注水孔，孔徑大小經過精確設計，方便注入冷水，又可避免更換溫水時溢出，維持持續冷卻效果。
此外，上層照明區的深度與直徑比例也很講究，在確保燈油儲存量的同時，又要減少燈油與空氣的接觸面積，進一步降低非燃燒性的揮發損耗。整體結構無冗餘設計，每個細節都圍繞着「降低耗能」這個核心目標，體現古人的科學智慧。
明清密封省油燈
明清時期，省油燈迎來革新，採用「無孔封閉式長流壺形結構」，取消注水孔，將盛油盞置於封閉燈腹內，摒棄了傳統的「水冷卻」模式，轉而透過 「密封環境」 減少燈油與空氣接觸面積，降低揮發速率。同時，燈芯與油池距離增大，減少火燄對燈油的直接加熱，實現「被動控溫」。
新結構毋須依賴冷水，規避了換水作業的繁瑣性，且體積更輕，便攜性顯著提升，故逐漸取代傳統雙層省油燈，成為當時的主流照明器具。
省油燈科學啟示
儘管省油燈已退出日常照明舞台，但其蘊含的科學設計理念與技術邏輯，均體現了跨越時代的科學智慧。從熱傳導與相變吸熱的應用，到基於功能需求上的創新，省油燈不僅解決了古代的照明耗能問題，更為現代技術創新提供了深刻啟示。
儘管它已成為博物館中的文物，但其中蘊含的「務實創新」、「節能高效」理念，仍在指引當代人探索更可持續的能源利用方式，讓千年智慧在現代社會煥發新的價值。
小思考，大智慧
1. 傳統的油燈有哪些主要的耗能問題？
2. 省油燈夾層用水降溫，利用了水的哪些科學特性？
參考答案
1. 傳統的油燈用動物或植物油脂易蒸發，部分油蒸氣未燃燒就消耗，造成能源浪費。
2. 一是水的比熱容大，能持續吸收燈油熱量；二是水蒸發時會吸收大量潛熱，可降低燈油蒸發速率。
本欄逢周四刊登，由教育評議會邀請資深中小學老師、校長及大學講師撰稿，旨在為學生提供多元化的STEAM學習材料，引發學生探求知識的興趣，將學習融入生活，培養學生的世界觀、敏銳的觸覺、積極學習的態度。
文：裘錦秋中學（屯門）化學科主任 容尚君
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