零碳理念下的工業產品設計研究

王洪閣　馬驥

摘要：本文從理論研究、案例分析和設計思路三部分對零碳理念的設計進行了解讀，在此基礎上，從零碳理念的視角對工業產品設計領域進行了分析。零碳理念推動工業產品設計的轉型思路可以歸納為三個方面：針對生產制造，使設計考慮產品的使用周期和生產周期，并關注人的根本需求;使結構設計實現輕量化，零部件模塊化;在外觀造型上，將綠色設計和可持續設計的理念應用到現代產品設計中，強調產品的小型化、簡潔化。以節約、簡化、綠色環保的零碳理念構建可持續發展的設計原則，進一步引領經濟發展方式向零碳轉型。

關鍵詞：零碳理念;工業產品設計;思路

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：A

文章編碼：1672-7053（2021）03-0114-02

零碳社會是我國推動人與自然、科技高度融合的綠色發展理念，本研究旨在將零碳理念轉化為工業產品的設計理念，實現綠色、生態、低碳可持續的發展理念，并通過產品的形式進入人們的生活生產中。

1零碳理念概述

零碳的概念最早來自國外建筑行業，是通過各種路徑來降低二氧化碳的排放。英國社區及地方政府部（DCLG）最初將零碳定義為：按照一個年度計算，包括采暖、空調、通風、照明、熱水，以及烹調、洗滌、娛樂等在內的所有相關電器、設備所使用的能源帶來的碳排放為零。理論上，低碳是零碳的發展基礎，零碳是低碳的追求目標。零碳的概念更周全，目標更明確，具有挑戰性，是作為人類社會現代化文明進步的一個目標。零碳理念的本質是要求將人類活動對環境的影響降到最低、直至為零。

在人們通過減少二氧化碳排放的過程中，最主要的方式是在生產生活過程中盡可能減少化石能源的開發利用和燃燒，逐步依靠太陽能、風能、生物能等可再生能源，進而實現零碳排放。

目前在很多國家和行業領域都已經有一定的方法研究和實踐效果，其中可分為這兩種形式：一種是通過不使用含碳能源或原材料保證無碳輸入，放棄使用煤、石油等含碳能源和材料，轉而使用太陽能、風能、生物質能等可再生清潔能源為主的發展路徑，進而實現低碳、零碳或近零碳的排放;另一種方式是采用碳中和機制抵消碳排放，采用綠化和增加植被覆蓋等碳中和機制來抵消碳排放，達到零碳排放。而當前，我國實現零碳轉型仍面臨來自增長方式與產業結構調整、能源利用與低碳技術創新、政策引導與法律法規約束、零碳觀念與生活方式融合等多重挑戰。

我國當前處于工業化和城市化快速發展的階段，在保障經濟持續發展的同時減緩二氧化碳排放，其核心指標就是持續降低單位國內生產總值能源強度和二氧化碳強度，也就是持續提高單位能源消費和單位二氧化碳排放的經濟產出效益。在可持續發展框架下，從工業產品設計上開展零碳理念轉型，對我國制造業發展和人們生活方式的轉型來說尤為重要。

2零碳理念下的工業產品設計實例分析

2.1 Bookniture紙凳

Bookniture紙凳是一款注重綠色環保的紙質家具，適用于家庭和戶外等場所，其體積小，質量輕且質地堅固，外觀尺寸接近一本書的厚度，材質全部使用紙質材料。紙質材料是易降解的環保材料，不論是生產加工還是回收利用，對減少碳排放都有很大的優勢。在設計上，將Bookniture紙凳展開之后會變成圓柱體的造型，從展開的頂部可以看到它運用了蜂巢狀結構。蜂巢結構是一種最經濟的空間架構，并且在幾何力學性能上有著獨特的優勢，因此蜂巢結構能夠增強承重，經常運用在我們的日常生活中，如建筑設計和家具設計等。Bookniture紙凳的另一個特征是便攜，當把它收納起來時只有一本書的大小，這一點對于搬運來說很重要。就產品的閉環設計而言，一個產品的完整設計需要考慮它的整個流程，產品的回收利用、包裝和運輸往往是讓人忽視的方面。Bookniture紙凳可折疊成更小體積的設計不論是從用戶角度還是生產商角度來說，都為之后在運輸上提供了很多便利，減少了碳排放，從材質、設計等角度為零碳理念的設計提供了典范。

2.2 Smartflower太陽能發電系統

我們傳統觀念里的太陽能電池板是固定在一個角度或者作為屋頂光伏板，對于移動和維修調整來說都有一定的局限性。設計師Alexander Swatek設計的可以主動追蹤太陽光的太陽能發電系統Smart flower就能夠解決這些問題。這款太陽能發電系統的外觀是花瓣狀的造型，與傳統的光伏板不同的是它的光伏板環繞組成花的形狀，可以自動開合折疊，內部裝配有多軸運動的太陽光追蹤系統，根據太陽起落運行的角度而轉變自身的角度，始終保持與太陽光線成90度角，這樣的設計能夠最大化地吸收太陽光。相比傳統固定裝配的光伏板，Smart flower發電量超出百分之四十。因為光伏板層層疊加，使得每張光伏板后面裝配的小排刷在打開和收納時可以互相清潔板上的灰塵，確保能夠最大化地吸收太陽光。同時，這款太陽能發電系統通過強風風速傳感器的監測可以進行自我保護，當風速達到一定強度光伏，扇葉可以自動折疊收納，以避免強風對其產生損壞，折疊的功能設計使得它的體積更小，方便運輸和收納儲存。Smart Flower的功能設計充分考慮了綠色低碳的設計理念，同時能夠讓人們關注到對于能源保護和清潔能源的利用。

3零碳理念下的工業產品設計思路

3.1生產制造上

3.1.1延長產品使用壽命

產品使用壽命的延長能夠減少資源浪費進而減少碳排放。產品從開始使用到廢棄的階段為產品的使用壽命，傳統的產品研發只注重生產成本和經濟效益，很少考慮產品帶來的污染和資源浪費。在產品設計初期建立零碳發展的設計理念極其重要，一方面從設計、加工、材料等方面考慮盡可能使其堅固耐用，另一方面通過產品的結構拆卸、零部件通用等措施實現替換裝配以延長使用壽命，減少資源浪費。

3.1.2考慮整個生命周期

產品設計研發應合理平衡環境、資源和人三者之間的關系，并兼顧整個生命周期，但在產品的生命周期中往往忽略包裝、運輸和回收再利用。產品的包裝從功能上考慮是為了收納和運輸過程中保護產品，所以設計需要精簡包裝且重點關注包裝的功能性，考慮產品的包裝是否低碳環保，使企業靠低碳環保的理念去提高品牌形象。

3.2結構設計上

3.2.1結構優化

零碳理念設計的節能減排可以體現在產品結構的設計和改進上，針對結構上的低碳化操作途徑有多種方式。在確保產品質量功能的前提下，簡化結構是產品輕量化的解決方案之一。產品的輕量化需配合結構優化、裝配優化和材料選用，在設計時優化內部裝配的布局和空間，使產品更加輕巧，簡化生產流程，在有效降低碳排放量的同時降低生產成本。

3.2.2模塊化

模塊化設計體現在產品的結構和外觀上的拆分重組。模塊化設計廣泛應用在我們日常生活中的家具、電器和工業設備上。模塊化設計以實用為主要特征，以產品功能為基礎可以增加產品的使用壽命，進而減少資源的浪費。工具和工業設備零部件的可拆卸設計，可以替換易損耗的部件，簡化維修和裝配的可操作性，能夠直接或間接減少資源浪費以及碳排放，有效延長產品使用周期，提高產品的利用率[5]。

3.2.3材料選擇

加工材料的選擇和碳排放有著直接的聯系。原材料的生產和加工所產生的碳排放量很大，所以材料選擇要考慮從原材料加工到回收的整個生命周期。事實上，絕大部分材料的加工和生產是造成碳排放的主要階段。因此，在設計初期應盡可能去規避高碳排放生產的原材料，探索清潔、環保新材料的研發。

3.3外觀造型上

3.3.1簡潔化

產品外觀設計上的簡潔化體現出自然、質樸、淡雅的中國傳統哲學理念，同時還體現出零碳理念。在設計中簡化外觀，重點關注技術和待解決的問題，這種簡約的設計風格很容易被受眾群體所接受。目前國內外市場上越來越多的家居電器、生活用品等在外觀造型方面都是以簡潔為主要特征，并且能夠突出產品的實用性。簡潔是產品外觀造型設計的趨勢，同樣遵循自然質樸的設計風格，體現著以人為本的設計理念。產品造型上的簡潔化并不一定會影響其使用價值，反而會更加環保，節省材料。

3.3.2小型化

交通碳排放占據城市碳排放的很大一部分，小型化的設計可以節省成本和空間。產品的體積小了也就減少了，運輸的次數和存儲占用，能有效降低碳排放量。另外，產品外觀造型上的小型化也是未來發展的趨勢，小型化的交通工具越來越被消費市場認可，像目前更多小體積的電動汽車進而更加注重用戶的體驗和操作，在保證功能和質量的前提下著重關注技術和材料的使用，對于制造業要求更高，同時還能減少碳排放量。

4總結

就設計而言，零碳理念的工業設計、制造業除了需要節能減排之外，更加需要的是注重人的體驗和需求，以可持續發展的標準衡量產品的整個生命周期，建立零碳理念的設計新思路。零碳社會是未來發展的必然趨勢，零碳理念的設計是低碳設計、綠色設計的延伸。推動工業產品設計進行零碳理念轉型需要靠設計師、制造商和用戶群體共同實現，進而促進社會經濟結構優化，使能源結構向更清潔、更高效的方向發展。