1、低碳经济下我国家电产品绿色设计内容及方法研究摘 要：气候变暖问题的严峻性，使得发展低碳经济成为当前全球性的共识。家电产品绿色设计，是家电企业在全球低碳经济大背景下，应该也必须采取的应对策略，作为世界家电产品制造和消费大国的我国也不例外。本文从分析我国家电产品绿色设计的必要性入手，着重对家电产品绿色设计内容及设计方法进行了研究和探讨。 关键词：家电产品；绿色设计；内容；方法 中图分类号：F062.4 文献标识码：B 文章编号：1008-4428（2012）12-90 -04 从京都议定书到哥本哈根世界气候大会，世界经济已进入低碳经济发展时代。伴随着人们环境意识的增强，绿色设计、绿色制造、绿色产品
2、日益成为国内外先进制造技术的研究热点和主要内容。我国作为世界家电产品制造和消费大国，家电产品的生产量、销售量、拥有量以及淘汰废弃数量十分惊人。经过 20 余年的快速发展，我国家电市场已经非常完善，家电消费渐趋成熟。如今，价格高低已不再是消费者购买家电的决定性因素，品牌意识、品质优劣、低碳环保成为影响消费导向的重要因素。实施家电产品绿色设计，不仅可以节约资源、保护环境，同时也成为提高家电产品市场竞争力的必备因素。因此，家电产品绿色设计越来越受到家电制造企业的关注和重视。 一、家电产品绿色设计内容研究 家电产品绿色设计的内容主要包括：面向材料选择的绿色设计、面向拆卸与回收的绿色设计、家电产品节能设
3、计、家电产品绿色包装设计等。 （一）面向材料选择的绿色设计 材料设计是绿色设计首要的组成部分。按照绿色设计的要求，家电产品在进行材料设计时，除了要考虑产品的使用要求和性能要求外，更为重要的是要考虑材料的环保要求，尽可能选用绿色材料。 1、绿色材料及其特点。绿色材料也称生态材料（Eco-material）或环境意识材料（Environmentally Conscious Materials） ，是指对环境负担最小且再生利用能力最大的材料，是一种在获取原材料，以及制造、使用产品，并将废弃物进行循环利用、处理等过程中，具有最大的资源利用率，并对生态环境和人类健康不造成危害的材料。 绿色材料的特点是具
4、有良好的环境协调性。首先，绿色材料在其生命周期全过程中应具有较低的环境负荷值，即对生态环境无污染或污染最小；其次，绿色材料应具有较高的可循环再生率，这既有利于节约资源、能源，同时还可以减少原材料生产制造过程中的污染。 绿色材料可以分为三大类：循环材料、净化材料和绿色建材。其中，循环材料主要是指可再生使用的材料，这种材料在其废弃后可作为再生资源进行生产、加工，且在此过程中对能量的消耗很少，并且当其作为废弃物进行处理时基本不会对环境产生污染，如：再生纸、再生塑料、再生金属等。净化材料是指能分解或吸收废气废液的材料，这种材料可以帮助把有毒有害的气体或液体转化为无毒无害的气体或液体。绿色建材则是指有利
5、于环境保护的建筑材料，如纤维强化石膏板、防霉壁纸、复合型地板等等。 2、家电产品绿色设计对材料选择的要求。如何正确地选择材料，是家电产品绿色设计中的一个重要环节。原材料处于产品生命周期的源头，材料选择设计是实现家电产品全生命周期设计的前提和关键技术之一。材料的选择不仅影响产品的制造，还影响产品的销售、使用、维修、回收等过程。家电产品绿色设计要求设计人员改变传统材料设计中只注重技术性能和经济性能的思路，根据绿色产品设计的特点，遵循产品的功能属性和绿色属性的总原则，在综合考虑材料的性能、成本以及与环境的和谐性的基础上进行选择。为简化选择过程，可以采用分层选择的办法，即：先根据产品的性能、成本要求选
6、择可以使用的材料，然后在这些材料中选择能够满足环境协调性要求的材料。 具体而言，家电产品绿色设计在进行材料选择时应遵循以下原则： （1）优先选择可再生利用的材料，提高资源利用率，降低能源消耗。如冰箱设计中选择可回收的铝材、钢材等。 （2）尽量选择无毒、无腐蚀、无污染的材料。以合适的材料替代铅、汞、镉、六价铬、聚溴二苯醚、聚溴联苯等六种禁用的有害物质。如冰箱电源线阻燃剂中的含溴物质可以用三氧化二锑代替。 （3）减少材料的使用种类，使用兼容性能好的材料，便于回收拆卸。如塑料中的 PC 和 ABS 相容性好，在其零部件不能重用的情况下可以不必再进行分类，一起回收处理。 （二）面向拆卸与回收的绿色设计
7、 拆卸是指将废弃淘汰产品按照需要拆开而将零部件分离。回收是指将产品中可重用的材料和零部件按性质进行分类，以便重新加以利用。家电产品的拆卸与回收既可以减少产品废弃物对环境的污染，又可以减少新产品生产对资源的消耗，降低产品的成本。我国是家电产品生产与消费大国， 自上世纪 80 年代家电产品大量进入百姓家庭以来，目前社会拥有量巨大、更新换代的速度较快，每年会产生大量的废弃及淘汰家电，如果这些废旧家电不能及时得到处理，其产生的大量电子垃圾将会对生态环境造成严重危害。同时，新产品的研发和生产又会导致能源和资源的过快消耗。因此，面向拆卸与回收的设计是家电产品绿色设计的重要组成部分。 家电产品面向拆卸与回收
8、的设计是指在进行家电产品设计时就要充分考虑该产品报废后的回收和再利用问题，尽量选用可重复利用的材料和零件，并且要便于拆卸和分离，从而达到节约材料、减少浪费、降低环境污染的目的。 资源的回收再利用是拆卸与回收设计的主要目标，其回收对象主要分为两大类：原材料的再循环和零部件的再利用。从原材料再循环的角度讲，在进行家电产品设计时应尽量选用兼容材料或再生材料，以方便回收再利用，减少原材料在采掘和加工过程中的能耗和对环境的污染，最大程度地减少资源消耗。从零部件再利用的角度讲，有三种类型的零部件是回收的主要对象：一是有价值的零部件回收利益的主要来源；二是含有毒害材料的零部件保护环境；三是含有干扰材料的零部
9、件提高材料回收的纯度。 为便于回收再利用，在进行家电产品设计时就必然要考虑便于拆卸的问题，因此，可拆卸性是拆卸与回收设计的必要保证。为便于拆卸，家电产品在进行设计时就要从结构上考虑拆卸的难易程度，对于部件之间、模块之间的连接在设计中应尽量避免选择焊接、胶粘等不可拆卸的连接方式，而优先选用易于分离的搭扣式设计。如，冰箱箱体采用多件拼装式，避免整体焊接的方式；避免在注塑零件中嵌入金属件等。只有能够使产品在报废后其零部件能够高效而不被破坏地拆卸下来的设计，才是符合绿色设计要求的，才能达到既节省又环保的目的。 （三）家电产品节能设计 家电产品作为家庭经常使用的电器类商品，不仅在生产过程中会消耗资源、能
10、源，而且在其使用过程中也会耗用较多的能源。现在，越来越多的消费者开始关注家电产品在使用过程中的节能问题，比如冰箱、电视、电灯的节电性能，洗衣机的节水性能等。 家电产品节能设计是指在家电产品设计过程中，通过更为合理的产品结构、功能、工艺设计或利用新技术、新理论等，使家电产品在使用过程中消耗的能量最小、损失的能量最少。如：采用高效压缩机和电机，采用变频及模糊控制技术，将热管、热泵、蓄热相变材料等新技术应用于设计等。 家电产品的节能设计既有利于帮助消费者节省日常家电使用的费用开支，又有利于为社会节约能源。无论从可持续发展的角度还是从满足消费者需求的角度，家电产品的节能设计都是不容忽视的。 （四）家电
11、产品绿色包装设计 绿色包装设计是指从环境保护的角度出发，优化产品包装设计方案，使得产品包装对人体和环境无害，产生的废弃物最少，且能够回收重用或可再生，资源消耗最小。 家电产品绿色包装设计应具有以下特点： 1、在保证包装功能的前提下，适度包装，简化包装。力求用料最省，废弃物最少，这样既可减少对资源的消耗，又可减少固体废弃物的处置费用，减少环境污染。如冰箱包装箱纸层数，在满足保护功能的前提下，可以由五层改为三层。 2、包装废弃物应易于回收再利用，不能回收利用的也要能够自行降解且降解周期短，焚烧时能够产生新能源且不污染环境。如以往家电包装常用 EPS 塑料，因其回收比例低，且在大自然中难以降解，焚烧
12、时又会产生污染破坏臭氧层，故我国已经严格限制使用，可以采用新型环保包装材料如蜂窝纸板代替，纸易于回收利用，且在大自然中易于分解，不会产生污染。 3、包装物本身在其全生命周期内无污染或极少污染。这首先要求包装物所选用的材料不含有毒性元素、卤素、重金属等，或将其含量控制在安全标准内；其次要求从包装物的材料采集、加工制造、使用乃至报废、回收再生等全过程均不产生环境污染或二次污染。 二、家电产品绿色设计方法研究 家电产品的绿色设计除了要满足传统设计的要求外，还要考虑产品的全生命周期各阶段对环境的影响，这是一个比较复杂的过程，需要在多种方法的支持下实现。 （一）产品全生命周期设计方法 1、产品全生命周期
13、设计的概念。产品全生命周期设计也称绿色设计或生态设计，就是在产品的设计阶段全面考虑产品全生命周期过程中的环境行为，即在原材料的采集、提炼、加工，产品制造，产品销售、包装、运输，产品使用，产品报废、处置的全部生命过程中始终把环境问题作为一个设计指导方针进行的设计。 （如图 1） 图 1 产品全生命周期设计示意图 2、产品全生命周期设计在家电产品绿色设计中的应用。家电产品绿色设计要求从产品概念设计阶段开始就要考虑产品生命周期的各个环节，包括设计、研发、生产、运输、使用、乃至报废、拆卸回收或处理处置等，确保满足绿色产品的要求。家电产品生命周期设计的任务是谋求家电产品在整个生命周期内资源优化利用，无环
14、境污染或环境污染最小化。首先，应进行家电产品生命周期环境需求分析。产品生命周期的需求包括两类，一类是总需求，如优质、高产、竞争力等；另一类是环境需求，如可回收、易拆卸、无污染等。绿色设计要求设计者在产品设计的初始阶段就要进行环境需求分析，综合考虑环境、功能、成本、美学等设计准则，归纳出对其全生命周期系统的环境要求。首先，要弄清生命周期每一阶段的环境需求及其表达方式。如，制造阶段的需求主要由工艺过程来决定，所以往往可以表示为“采用的工艺方法不能产生大于的废弃物” ；使用和处理阶段的需求则通常表示为“产品不会产生大于排放物”的形式等。其次，还要弄清每一需求之间的相互关系及协调解决机制。如，对于同一
15、产品而言，其功能先进性需求与绿色程度之间的关系问题。若采用可回收材料，势必可以提高产品的绿色程度，但可能会对产品的功能先进性产生一定的影响，进而影响产品的市场竞争力。这时，不仅需要将这些需求之间的关系表达清楚，还需要为综合解决上述矛盾制定合理而适宜的协调解决机制。具体而言，可以通过选用性能优良的回收材料或改变局部结构来达到协调解决的目的。 其次，设计应面向产品生命周期全过程。绿色设计应兼顾产品的生命周期全过程，包括从原材料选择、采集直至产品报废、回收处理或处置的全过程。 以佳能公司为例，该公司采用生命周期设计方法，通过归集资料分析产品的组成材料、零部件采购、产品的生产、运输、使用乃至废弃阶段可
16、能产生的环境影响，将信息反馈到产品设计阶段，通过设计提高产品的能源利用率、降低有害物质的使用、减少零部件数量，从而实现产品设计的绿色水平。 （二）绿色并行工程方法 1、并行工程的概念。并行工程是现代产品开发的一种模式和系统方法。由于现代产品在设计理念、方法和组织方面正发生着根本性的变革，所谓的绿色设计就演变成为将产品整个生命周期内为适应变革而提出的所有商业属性和技术属性汇集起来的过程，并行工程是实现这一过程的有效途径。并行工程是以集成、并行的方式设计产品及其相关过程，力求使产品开发人员在设计开始就考虑产品生命周期全过程的所有因素，包括质量、成本、进度计划和用户的要求等，最终使产品达到最优化。
17、2、绿色设计对并行工程的需求。绿色设计与一般设计相比，对并行工程有着更为迫切的需求。这是因为： 首先，绿色设计的目标更为复杂。绿色设计要求产品既要具备功能属性，又要具备环境属性，因此其设计目标比传统设计更为复杂。 其次，绿色设计涉及的问题更为繁杂。绿色设计要综合考虑资源消耗、环境污染、产品的绿色度等问题，其涉及问题的繁杂程度比一般设计更高。 第三，绿色设计涉及的人员更为多样。绿色设计要求设计人员既要具备过硬的专业知识，又要具备较强的环境意识，因而比一般设计所需设计人员更多，对设计人员的要求也更高。 3、家电产品绿色并行设计的实现。家电产品要实现绿色并行设计，首先应采用绿色协同工作组这种先进的设
18、计人员组织模式以实现设计人员的集成。由于设计目标的复杂性和涉及问题的多样性，家电产品绿色设计要求组织含材料分析、产品设计、生产工艺、环境保护等多方面的专业开发小组协同进行工作，并行交叉设计。其次，家电产品绿色并行设计的实现要求进行有关信息与技术的集成。如将家电产品全生命周期内各类信息的获取、表达、表现和操作工具集成统一的数据信息管理系统；将家电产品开发过程中涉及的各种技术和方法集成知识库和方法库等，以便于为绿色并行设计提供所需的分析信息及分析工具。第三，家电产品绿色并行设计的实现还要求实现绿色设计支撑环境和并行工程支撑环境的集成。因为绿色并行设计是基于并行工程的绿色设计，所以需要两种支撑环境的
19、集成。 （三）绿色模块化设计方法 1、模块化设计方法的概念。模块化设计是绿色设计方法之一，它已经从理论转变成较为成熟的设计方法。它对于一定范围内的不同功能，或相同功能条件下的不同性能、不同规格的产品，在进行功能分析的基础上，划分并设计出一系列功能模块，通过模块的选择与组合，构成不同的产品，形成产品系列，以满足市场的不同需求。 2、模块化设计方法对于绿色设计的意义。模块化设计方法对于产品的绿色设计具有十分重要的意义。主要表现在以下几个方面： （1）模块化设计能够满足绿色设计快速开发产品的要求。由于模块化设计开发的产品是由一个个模块单元组成的，便于重新组合，所以能够根据市场需求快速组合成新的产品。 （2）模块化设计更便于满足绿色设计对产品设计的要求。绿色设计要求产品设计要节能降耗、消除或尽量降低污染，模块化设计将产品中性能相似、使用寿命相近的部分组合在同一模块中，便于拆卸回收和维护更换，有利于节能降耗；同时，模块化设计还可以将产品中对环境或人体有害的物质集中在一个模块中，在产品报废时便于拆卸，以减少对环境的污染。 （3）模块化设计有利于简化产品的结构。传统的产品设计，一件产品要由大量的零部件组合而成；而在模块化设计中，产品是由一个个基本模块组合而成的，模块是构成产品结构的单元，从而可以减少零部件数量，简化产品结构。 3、绿色模块化设计方法在家电产品绿色设计中的应用。绿色模块化
