以低碳足跡為導向的產品生態設計模式

周 祺， 余 飛, 劉丹琳

(1 湖北工業大學機械工程學院， 湖北 武漢 430068; 2 湖北工業大學藝術設計學院, 湖北 武漢 430068)

產品生態設計(eco-design)是以生態設計為出發點的產品設計，指在產品設計和開發過程中將產品全生命周期的環境影響因素納入考慮的一種設計方式,目的在于盡量減少產品全生命周期對環境影響[1]．碳足跡的概念緣起于生態足跡(ecological footprint)，是指在人類生產和消費活動中所排放的與氣候變化相關的氣體總量．相對于其他碳排放，碳足跡突破了所謂“有煙囪才有污染”的觀念，從生命周期的角度出發，是產品整個生命周期內排放溫室氣體的集合[2]．

1 碳足跡與碳標簽在產品低碳設計模式中的作用

Wiedmann﹠Minx(2007)認為，碳足跡是指在產品的全生命周期內，包括原材料的獲取、生產與加工、流通與銷售、使用與維護、廢棄與回收等階段所排放的二氧化碳以及其他溫室氣體轉化的二氧化碳等價物的總和[3]．通過對產品全生命周期碳排放的計算分析，企業可將其產品的碳足跡以貼上“碳標簽”(carbon footprint label)的方式告知消費者，從而引導消費者的市場購買行為．同時，碳足跡標簽的推行將影響廠家的生產與營銷決策，有利于督促企業積極采取減排措施．2007年7月，百事公司旗下某薯片被首次運用碳足跡計算方法進行碳足跡分析，成為第一個被貼上“碳標簽”的產品．碳足跡標簽便指貼在產品上用于顯示產品碳足跡的標志．

基于生態設計的碳足跡研究方法主要有兩類：其一是“自下而上”模型，以分析過程為基礎；其二是“自上而下”模型，以投入產出分析為基礎．這兩種方法的建立都依據生命周期評價的基本原理[4]．依據生命周期評價的基本原理的碳足跡計算，能夠使產品或服務在生產、運輸、提供和消耗整個生命周期過程中釋放的二氧化碳和其他溫室氣體的總量更為清晰．此模式的存在能夠輔助企業在設計制造過程中，合理利用資源減少產品的碳排放．

碳足跡的出現為企業了解其產品在產品低碳設計模式中所呈現的碳排放量提供了便利，碳標簽的出現，則為企業與消費者之間搭起了一座無形的橋梁，使消費者能夠直觀了解產品的碳排放量，從而選擇較為低碳的產品．碳標簽為企業帶來良好形象的同時，也為其產品提高了一定知名度．碳標簽一般出現在產品低碳設計模式的后期，作為企業自我宣傳以及產品營銷的一種手段，其碳排放信息作為低碳產品的一種展示，被貼在了產品身上面向市場和消費者．

2 產品低碳設計模式構建的內容

1)碳足跡計算．計算產品或服務在生產、運輸、提供和消耗整個生命周期過程中釋放的二氧化碳和其他溫室氣體的總量．

2) 物料的優化選取．將把環境作為重要因素考慮在內，從降低環境負荷的角度實現物料的可持續發展．優良的物料不僅能預防生產過程中產生的污染排放，還能真正從源頭上實現排放預警，促進新的生產和消費系統的構筑．物質材料的綠色性、安全性、可循環利用、可再生都是低碳設計模式的最大目標．

3)遵循設計中的“4R”原則．即減量化(reduce), 回收(recycling)，重復利用(reuse)，再生(regeneration)．

4)產品共享原則．通用性和無障礙

5)系統化設計．提升技術，延長并優化產品生命周期，優化產品壽命和壽命終止系統．

6)功能結構的組合與優化．

7)設計合理的碳標簽．產品碳足跡的可視性．

8)地域性．本土自然優勢．

9)物質化到非物質化的轉換．即有形變無形．

10)協同增效點．即對經濟、環境、社會協同產生的正效益,強調在設計中找到協同增效點；

11)自然降解．遵循環保原則，低碳設計下的產品材料盡可能選擇可自然降解材料．

12)碳標簽．指通過對產品全生命周期碳排放的計算分析，企業可將其產品的碳足跡以貼上“碳標簽”(carbon footprint label)的方式告知消費者，從而引導消費者的市場購買行為．

3 產品低碳設計模式得到構建

在設計過程中不僅應考慮諸如能源、科技、成本、效益、回收等因素，還應考慮如碳足跡計算、整合/優化、協同增效點、自然降解、碳標簽等相關應用，并將各因素有機結合(表1)．

表1 產品低碳設計模式矩陣

C為能源，D為科技,E為物料,F為結構,G為尺寸,H為形狀,I為功能,Q為制造,J為成本,K為維護,R為使用,L為銷售,M為儲運,N為效益,P為末期處置,X為其他

表1中，目前共涉及15個因素和13個應用．其中因素的類別較為完善，而應用的類別還有待補充．設計者可通過因素與應用交叉對應的方式來實現低碳產品各環節的設計及制造程序．

第一步，提出一個概念(A)．

第二步，根據概念(A)推導出整個設計中應考慮到的各類因素并制定相關程序(B)，通過(B)列舉出待考慮的因素，如能源(C)、科技(D)、物料(E)、結構(F)、尺寸(G)、形狀(H)、功能(I)、成品(Q)成本(J)、維護(K)、使用(R)銷售(L)、運輸(M)、效益(N)、末期處置(P)等．在實際運用過程中則應考慮碳足跡計算、減量、循環、重復、再生、共享、整合/優化、系統化/高效化、地域化、非物質化、協同增效點、自然降解、碳標簽等應用．一個完整的低碳產品設計程序，應涵蓋圖表中的各因素和各應用，通過交叉配合來共同完善和發展設計．當然，根據各產品的實際需求，公式也相應有所變化．

第三步，細化程序．列出相應公式，將各因素帶入到各對應的公式中去．細化程序公式為EP=A+B，其中，EP為生態產品，A為概念因素，B為程序因素．

第四步，將各因素與應用考慮進去：

B=C+D+E+F+G+H+I+J+K+L+M+N+P+Q+R+S；

C=C1+C2+C3+…+CN；

D=D1+D2+D3+…+DN；

…

X=X1+X2+X3+…+XN；

A+B=A+[C+D+E+F+G+H+I+J+K+L+M+N+P+Q+R+S]；

=A+[(C1+C2+C3+…+CN)+(D1+D2+D3+…+DN)+(E1+E2+E3+…+EN)+ (F1+F2+F3+…+FN)+(G1+G2+G3+…+GN)+(H1+H2+H3+…+HN)+(I1+I2+I3+…+IN)+(J1+J2+J3+…+JN)+(K1+K2+K3+…+KN)+(L1+L2+L3+…+LN)+(M1+M2+M3+…+MN)+(N1+N2+N3+…+NN)+(P1+P2+P3+…+PN)+ (Q1+Q2+Q3+…+QN)+ (R1+R2+R3+…+RN)+…+(X1+X2+X3+…+XN)]．

其中，以C1為例，C代表能源，1代表應用，C=C1+C2+C3+…+CN表示能源(C)因素當中會涉及的相關應用．N為未知應用，即未考慮到的內容，使用者可根據各產品的需求相應增加．

第五步：進一步完善公式，將以上公式再細化，將各個因素的所對應的應用中所包含的各種參數考慮進去，進一步完善公式：

C1=C11+C12+C13+…+C1N ；

C2=C21+C22+C23+…+C2N ；

C3=C31+C32+C33+…+C3N ；

…

CN=CN1+CN2+CN3+…+CNN ．

以C11為例，C1代表能源碳足跡計算，C11代表能源在碳足跡應用中的某個參數，N代表的是未知參數，即未考慮到的參數．CNN表示能源碳足跡計算當中未知應用的未知參數．以此類推，在實際操作前需詳細列舉出因素C到因素P在各應用中的多個參數，以便后續程序的開展．

4 實例

以設計一款低碳汽車(LC)為例．

1)提出概念(A)：低碳汽車．

2)運用程序(B)：如圖1所示．

圖 1 低碳汽車設計的運用程序

3)在各因素基礎上逐一增加相關應用：

C=C1+C2+C3+C4+C5+C6+C9+CN；

D=D6+DN；

E=E1+E2+E3+E5+E8+E9+E12+EN；

F=F7+FN；

G=G7+GN；

H=H7+HN；

I=I7+IN；

Q=Q1+Q7+QN；

J=J2+JN；

K=K8+K9+KN；

R=R1+R2+R3+RN；

L=L13+LN；

M=M1+MN；

N=N11；

P=P2+P3+P7+P12+PN．

4)列出因素在相應應用里的相關參數．

以C為例，C=C1+C2+C3+C4+C5+C6+C9+CN；①C1=C11+C12+C13+C14+C15+C1N；②C2=C21+C22+C23+C2N；③C3=C31+C32+C3N；④C4=C41+C42+C4N；⑤C5=C51+C52+C53+C54+C55+C56+C57+C5N；⑥C6=C61+C62+C63+C6N；⑦C9=C91+C92+C9N．

①C1=生產汽車所耗能源碳足跡計算(C11)+相關新能源碳足跡計算(C12)+回收舊汽車所消耗的能源碳足跡計算(C13)+低碳汽車使用過程中產生的能源消耗碳足跡計算(C14)+低碳汽車維修環節的能源碳足跡計算(C15)+未知項(C1N)．

②C2=減少車輛生產所耗能源(C21)+減少車輛使用過程中的能源消耗(C22)+減少車輛流通環節的能源消耗(C23)+未知項(C2N)．

③C3=舊車部件回收加工循環再使用(C31)+汽車廢料深加工制成其他材料循環使用(C32)+未知項(C3N)．

④C4=汽車能源儲備使用(蓄電板)(C41)+新技術再造能源使用(太陽能)(C42)+未知項(C4N)．

⑤C5=太陽能(C51)+地熱能(C52)+水能(C53)+風能C54：+生物質能C55：+光能(C56)+溫差能(C57)+未知項(C5N)．

⑥C6=新能源共享(C61)+能源利用率及消耗使用等數據共享(C62)+數據的計算模式及方式共享(C63)+未知項(C6N)．

⑦C9=本地資源能源運用(C91)+本地資源基礎上開發新能源(C92)+未知項(C9N)．

綜上所述，低碳汽車設計中能源因素的應用，應是以上7點的總和，剩余14個因素的應用可按此步驟進行擴充和完善．

5 結束語

以低碳足跡為導向的產品生態設計模式是企業追求可持續發展的策略之一．這種設計模式較為全面地考慮到了產品從設計、制造到銷售、回收等一系列程序以及各程序中所包含的各項參數．除了充分考慮到產品的環境因素外，在人、產品、環境三者兼顧的同時，也充分考慮到企業的經濟利益需求，其中多個因素，在企業實際操作中起到了較為實際的輔助作用，使得產品不僅能夠達到低碳環保的要求，也可以使企業以此為契機促進產品的創新研發．

[參考文獻]

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[4] 鄧南圣.生命周期評價[M].北京:化學工業出版社，2003.

[5] 陳 歡,李 翔,陳澤勇.電子電氣產品如何引入生態設計[J].深圳市計量質量檢測研究院,2012(7):63-64.