基于全生命周期視角下的衛生陶瓷綠色設計

陳媛媛 李克敬 李治 朱瑞娟 劉繼武 李東原 劉欣 于曉丹

（1中國建材檢驗認證集團（陜西）有限公司，2國家建筑衛生陶瓷質量監督檢驗中心，陜西 西安 710116）

0 引言

2018年7 月，國務院印發《打贏藍天保衛戰三年行動計劃》，提出調整優化產業結構，推進產業綠色發展。優化產業布局，嚴控“兩高”行業產能，強化“散亂污”企業綜合整治，深化工業污染治理，大力培育綠色環保產業[1]。隨著環保政策的持續加嚴和市場競爭的日益加劇，衛生陶瓷產業正面臨著前所未有的生存壓力，緩解甚至消除企業壓力的重要路徑之一是產業綠色轉型升級，實現綠色升級的必要條件之一是產品設計人員具有系統性綠色設計思維。然而，目前多數企業尚未形成系統性綠色設計思維，產品設計僅采納一種或多種綠色相關因素，如節水化、輕量化、節能減排和回收利用等，同時國內外綠色設計相關標準缺失。

圖 1 產品全生命周期

生命周期設計理論從產品的原材料選擇與使用、結構設計、生產制造、包裝與運輸、產品使用和回收利用等各個階段，以提高資源利用效率和改善環境影響為目標，以持續改進為手段，進行系統化設計。產品全生命周期如圖1所示。綠色設計是在產品開發和策劃階段，綜合考慮環境基準、綠色產品標準、客戶要求和相關法規等因素，設計出符合環境保護要求，對生態環境和人體健康無害或危害小、資源能源消耗少、品質高的產品。因此，本文從生命周期視角研究綠色設計，識別關鍵目標和主要環節，構建出產品綠色設計過程及其要點。

1 產品設計過程和綠色設計要點

產品設計過程可分為需求分析、概念設計、結構設計和詳細設計四個階段。基于全生命周期理論，通過對產品全生命周期的環境污染分析研究，歸納總結出產品設計四個階段的綠色設計要點如圖2所示。產品全生命周期的環境污染分析如圖3所示。

圖2 產品設計過程和綠色設計要點

圖3 產品全生命周期的環境污染分析

2 詳細設計階段的分析

詳細設計階段是產品綠色設計關鍵過程，本部分針對詳細設計階段綠色設計要點進行分析、研究及歸納總結。

2.1 原材料的選擇和使用

綠色設計要點包括但不限于以下內容：

1）不使用禁用物質，少用限用物質；

2）慎重選用尚不清楚毒副作用的人工化學物質，必要時，要求供貨方提供化學品安全技術說明書（SDS)；

3）優先選用本地化原材料；

4）優先選用標準化、系列化的原材料；

5）優先選用來源豐富和可再生的原材料，盡量不使用或少使用稀有材料；

6）優先選用易分解、可回收、可循環利用的原材料；

7）優先選擇通過了環境管理體系認證或符合綠色供應鏈要求的供應商提供的原材料；

8）優先選用低溫快燒原材料；

9）優先選用低質化原料，如陶瓷潔具生產選用鐵、鈦和錳等著色元素含量較高（累加超過3%）以及各種工業尾礦、廢渣、廢料等低質化原料；

10）減少同類產品使用材料的種類；

11）減少材料的使用量；

12）提高材料的利用率，減少廢料產生和排放；

13）必須使用混合材料時，選擇相容性好的材料；

14）衛生陶瓷原材料宜多元化。

2.2 產品結構設計

重點考慮節水化、輕量化、包裝與運輸便捷性設計及回收便捷性設計等方面，這幾個方面的綠色設計要點包括但不限于以下內容：

1）通過優化結構達到節水化的目的。如坐便器采用單附沖水道噴射虹吸結構或超旋沖洗結構，可達到節水目的；

2）通過優化結構和采用新材料等方式，達到減輕產品重量的目的。如坐便器洗涮水道的超薄化設計、陶瓷坐便器采用粘貼技術減輕重量以及坐便器采用無圈沖洗可簡化模型結構等，均可達到減重目的；

3）通過采用分體式結構，使產品重心穩定，減小包裝和運輸體積，便于包裝、裝卸和運輸；

4）充分考慮產品報廢處理的難易程度，通過優化產品結構，使其便于安裝、拆卸，產品報廢后再利用等。

2.3 生產制造

重點考慮產品制造難易程度和經濟性，以及制造過程的污染物排放、資源能源使用、人體健康與安全等因素，這幾個方面的綠色設計要點包括但不限于以下內容：

1）減少制造過程的污染物排放，不同污染物排放符合國家或地方規定的污染物排放相關標準的要求，如GB25464、DB44-26及DB44-27等；

2）優先采用先進生產技術，如高壓注漿成形、機器人施釉、低壓快排水和精濕修工藝技術等；

3）降低制造過程中的能耗和污染物排放；

4）對有毒有害材料進行標識并分類，給出生產過程安全防護要求；

5）優先使用清潔能源。

2.4 包裝過程

綠色設計要點包括但不限于以下內容：

1）優先選用無毒無害、易分解或者可以生物降解的包裝材料；

2）優先選用可回收利用的包裝材料；

3）同一種產品宜使用同一種包裝材料；

4）包裝廢棄物可實現無害化或資源化處理。

5）在滿足包裝要求的前提下，宜減少包裝材料的使用量；

6）避免過度包裝，減小包裝的體積；

7）優先使用可重復使用的包裝設計；

8）保證吊裝、搬運和拆卸的方便、安全。

2.5 產品運輸

提高產品的裝卸速率，如采用機械設備裝卸或者通過優化裝卸過程，提高裝卸速率。

2.6 使用

通過相應的分析方法，如對零部件失效形式和產品壽命進行分析，采取相應改進措施，提高產品的使用壽命；此外，對于技術更新和市場變化快的產品，給產品升級或改造留有空間，通過局部更換實現功能擴展或功能提升。

2.7 回收利用

綠色設計要點包括但不限于以下內容：

1）分析產品生命末期所處的狀態及回收處理時對環境的影響，提出產品廢棄時的處理方案；

2）提高產品的回收利用率和再利用率，如：衛生陶瓷生產過程中產生的廢泥等固體廢棄物可用于生產發泡陶瓷以及透水磚等產品；煤廢渣可用于生產燒結磚；廢石膏可用于制作石膏板；含泥廢水、含釉廢水、濕法脫硫廢水、加工廢水經過分類收集、處理后，可實現回收利用等；

3）對有毒有害物質盡可能實現無害化處置，避免產品報廢后產生危險廢棄物；

4）避免產品回收拆解時對操作者的傷害。

2.8 其他要求

2.8.1 管理體系

將產品的綠色性作為產品的重要特性納入企業現有管理體系（質量、環境、職業健康安全、能源管理體系等）中，改進企業管理體系。具體措施包括：

1）在管理體系中增加綠色性目標，機構設置、人員配備及培訓滿足產品綠色設計要求；

2）在產品設計、過程控制、采購過程、文件管理、管理評審等程序文件中補充和完善綠色設計相關要求；

3）在資源管理系統中增加綠色設計數據庫。

2.8.2 技術文件

在產品設計文件（設計任務書、說明書、計算書等）中增加有關產品綠色材料、綠色性指標及特殊工藝要求等內容。在產品說明書或隨機文件中增加的內容包括：

1）給出產品材料毒性及最終處置說明；

2）給出再生材料和再制造件使用聲明；

3）給出產品拆解、材料回收利用及可再制造性說明；

4）對于大型和復雜產品，提供詳細的拆解信息文件；

5）對于使用不當可能對環境或人身安全造成危害的產品，有詳細的操作說明，必要時在產品明顯位置給出警示標識。

2.8.3 數據庫

數據庫是實施產品綠色設計的重要技術支撐和保障，企業建立并不斷更新、完善綠色設計數據庫。數據庫的主要內容包括：

1）與企業產品和生產過程相關的綠色制造政策、法規、標準；

2）綠色設計及評價理論、知識、方法；

3）產品材料及能源的環境特性；

4）工藝過程能耗、排放數據；

5）工藝設備能效、安全信息，產品綠色供應鏈信息及企業綠色設計經驗數據。

3 展望

衛生陶瓷作為重要的終端消費品之一，影響著人類家居生活品質。通過采用綠色設計的理念，尤其是在全生命周期理論的指導下，產品開發設計人員可以更加系統地考慮產品整個生命周期中對環境產生的不利因素，從而最大限度地減少對環境的污染，實現衛生陶瓷產業的綠色化發展。

此外，通過踐行綠色設計理念，還將會為企業或社會帶來許多潛在的利益，如：

1）提高員工的工作動力和產品知識，促進產品革新和創新，增強競爭力；

2）改善產品功能，滿足或超越消費者的期望，提升品牌形象；

3）通過減少對環境的負面影響，改善與執法者的關系；

4）改進內外信息交流，密切與供應鏈的關系，保障產品質量，降低風險；提高投資方的信任度等。

綠色設計雖然好處很多，但是作為一個產品來說，不能僅僅考慮產品的綠色性，應綜合考慮經濟性、功能性和企業的實際情況。此外，本文僅僅給出了衛生陶瓷產品的綠色設計方法，并未涉及綠色產品的綠色評價。綠色設計的產品是否真綠色，還應從資源能源消耗、環境污染、生物特性、健康安全和產品品質等多方面進行評價。

此外，基于全生命周期的設計理論僅為產品綠色設計的方法之一，其他設計方法如模塊化設計理論和再制造設計理論等，均可作為產品綠色設計的依據，這些方法理論可單獨或組合使用。