綠色設計策略在燈具產品設計中的應用

焦鑫

（四川傳媒學院，四川 成都 611745）

1 綠色設計準備階段

1.1 前期調研

1.1.1 現有產品類別與材料使用

目前市場上燈具主要有云石燈、陶瓷燈、水晶燈、布藝燈、玻璃燈、塑料燈等，多數燈具都是采用易碎的材料，在一定程度上縮短了產品的使用壽命，且部分燈具材料環保性不足，材料性質見表1，考慮到生產、加工、降解和成本等因素，燈具依然存在破壞生態環境的問題。

表1 現有燈具材料使用

1.1.2 綠色產品消費者需求

隨著綠色理念的普及，用戶對產品的要求從基本的使用到更加關注產品的體驗、服務及健康、環境等因素。根據中國社會調查事務所報告，有72%的人支持發展環保事業，開發綠色產品，有54%的人愿意使用綠色產品[1]，但由于材料及加工成本等因素，綠色產品價格普遍高于普通產品，因此在購買時價格成為阻礙綠色產品消費的主要原因，消費者對綠色產品的價格承受能力較低，需要使用更加低成本的綠色材料控制產品價格。

1.1.3 綠色產品營銷狀況

產品的價格、環保等因素對于產品營銷狀況的影響較大，同等價格下，消費者更愿意選擇購買綠色產品，但部分燈具只是打著綠色產品的名號，其質量并未達到綠色產品的標準，且價格低于真正的綠色產品，使其銷量較好，加之企業奉行利益至上的原則，不顧環境資源等問題，使綠色產品的生產、營銷舉步維艱。

1.2 設計準備

經過前期調研分析，設計項目前要進行設計準備，第一獲得企業決策層認可，第二成立設計小組，第三進行設計規劃與培訓，對綠色設計相關的法律法規、國家標準、國際標準等進行學習，如消費品安全改進法案（CPSIA/HR4040）、《燈具一般安全與要求》等。

2 綠色設計目標確定與需求分析

2.1 選擇產品目標

2.1.1 設計對象選擇

文章設計對象為燈具。燈具屬于居家生活的必需品之一，使用頻率高，與人接觸距離近，關系到用戶健康等問題，對產品的安全、環保等要有著嚴格的要求，因此需要提高燈具的綠色性能。燈具需求和消耗也不斷加大，燈具結構設計與回收等問題也要符合綠色原則。

2.1.2 設計對象范疇

燈具綠色設計要通過科學的照明設計，采用效率高、壽命長、安全和性能穩定的照明電器產品，改善、提高人們工作、學習、生活的條件和質量。燈具綠色設計除了產品基本生產制造、安全、環保、健康等客觀范疇，還要考慮用戶生理和心理方面的需求，如環保材料與舒適的使用體驗、功能與綠色照明、結構與人性化使用方式等，為用戶創造良好的生活工作環境。

2.2 設計目標屬性

2.2.1 造型屬性

燈具造型根據室內環境與風格而定，家庭用燈大多采用有機形態，線條多數以圓潤、曲線為主，光源以暖色為主，但現有燈具設計關注照明功能，造型只是單純地取悅用戶，較少考慮到用戶心理方面的需求，因此通過造型滿足用戶心理、審美需求也是燈具綠色設計要求之一。

2.2.2 技術屬性

一些新興產品使用了最新的技術和材料，如新能源電池、柔性顯示器、LED 等，這些材料大多擁有節能、環保等特點[2]，獲得良好照明環境的同時降低能耗,有利于環保[3]。例如石墨烯材料制作的影馳石墨烯手機，石墨烯具有良好的光學特性，在較寬波長范圍內吸收率約為2.3%，加之石墨烯具有較高強度和柔韌性，有較好的導電性和透明性，機械強度好且可彎折，應用前景廣闊。此外，研究表明，石墨烯高分子復合材料的導熱性較強，理論楊氏模量達10 TPa，固有的拉伸強度為130 GPa[4]，如邦邦熊石墨烯體溫計就是利用其良好的導熱性能，Catlike 公司研 制的石墨烯頭盔，外殼是一層石墨烯復合材料，內部是緩沖泡沫，重量輕且兼具保護性能和舒適性。因此用石墨烯制作燈具也是較好的選擇。

2.2.3 綠色屬性

燈具外殼主要使用石墨烯，石墨烯在我國儲量豐富，價格便宜，加工生產過程中污染小。石墨烯也可以作為空氣凈化產品，相同質量的石墨烯與吸附炭，石墨烯對甲醛的飽和吸收量是吸附炭飽和吸收量的116 倍[5]。燈具的光源使用LED 照明，LED 光源的工作光效接近200 lm/W，色溫范圍分布從2200 K到7000 K，主要用于室內照明，是典型的綠色節能光源[6]。LED 燈源不含有汞類有害物質，并且耗電量是白熾燈的20%左右。除了材料的綠色屬性，價格方面，石墨烯產品的價格都比較適中，如石墨烯散熱毯在50 元左右，石墨烯耳機在100 元左右，石墨烯充電寶在200 元左右，價格實惠。除此之外，還要考慮生產、包裝、運輸等綠色屬性。

3 確定綠色設計策略

3.1 建立綠色設計清單

原材料獲取：從產品本身到包裝原材料，都選擇使用綠色材料，減少材料種類應用，選用可分解、可再生材料。材料生產：使用環保清潔的加工方式進行原材料生產，如使用氧氣還原法獲取石墨烯，氧化剝離過程簡單、高效，產量高，產物容易分散在水及其他溶劑中,可進行各種化學改性，易于實現石墨烯材料的組裝與復合[7]。加工過程中不會產生要害氣體、安全、制作時間短，符合綠色設計要求。環境保護：燈具生產過程中使用無鉛焊錫工藝，引進能源管理系統，進行無害化處理，遵守生產加工規范，加強質量檢驗，保證產品質量等，如建立ISO9001 質量管理體系，規范產品質量管理。

3.2 產品計劃

燈具除了使用綠色材料外，還應包括其他設計原則，如減少原則、簡化設計原則，采用簡約造型；結構采用模塊化原則、重復使用原則，進行可拆卸設計，燈具產品的組裝和拆卸部件聯接交互系數系數越小，越容易拆卸，綠色設計程度越高，系數見表2；產品廢棄后采用回收利用原則與可循環設計，將報廢的產品及部件充分拆卸后歸類，回收其中可重復利用的零部件和材料；另外，產品不應有銳利邊緣、尖端、棱角等，對邊緣進行圓角處理。

表2 零部件連接交互系數

3.3 運用綠色設計工具

開展綠色評估，首先確定評估的標準；參照國內外的法律法規確定限值；參照國家及行業標準確定限值；與行業協會進行協商和探討,確定指標評估限值；與龍頭企業交流,確定調整指標標準值等，利用MET 矩陣[8]、產品評估指標龍骨圖等進行評估。

3.4 確定綠色設計策略

根據上述綠色設計清單與計劃，將設計需求轉化為產品綠色設計標準，為之后制定設計方案起到規范作用，并結合采用QDPD 方法，通過顧客需求分析、功能設計制定、設計細節優化、模擬與仿真、輸出設計文檔等完善設計方案的規劃[9]。

3.5 產品制造

選擇綠色原材料，如低能耗、少污染、可再生、環境兼容性好、易于回收再利用和降解的材料；選擇先進的生產加工方式、方法、技術；選擇節能設備，如數控加工設備、電火花加工設備，優化有毒有害工序；保證產品的安全性，工廠應配備相應的安全檢測及測試設備，建立確保產品安全性的控制程序，如關鍵零部件采購及檢驗的控制程序；產品相關說明中應描述燈具性能參數等。

4 制定綠色設計方案

4.1 概念設計

制定好綠色設計策略后，確定設計目標為陪伴型小夜燈，對燈具的造型和功能進行設計，充分考慮用戶心理、生理需求以及燈具

功能的多元化、集合化。使用石墨烯及LED 節能材料；結構采用可拆卸設計。燈具定位為小夜燈，針對起夜上衛生間、陪護等場景進行設計。方案一造型取自爬山虎，燈具與底座的連接處可以自由彎曲，底座模擬爬山虎吸盤，利用真空吸附設計，可以讓其吸附在任何地方，如晚上吸附在床頭柜、床邊柜；方案二采用模擬人偶造型，底座可以自由彎曲，自由改變其放置方式，設計草稿見圖1。

圖1 設計草稿

4.2 方案優化

概念方案確立后，選出優化方案，利用三維模型對方案各要素進行分析計算，并繪制出產品的結構圖、三視圖。方案一底座采用真空吸盤的設計，會加大產品的生產成本，方案二在造型、成本、產品使用壽命等方面較優，選用方案二為優化方案。

4.3 方案設計與實施

方案確定后，使用Rhino 與keyshot 軟件繪制出產品最終的效果圖，見圖2。材料方面，產品本體使用石墨烯復合材料，光源使用LED 燈；結構方面，卡扣、間隙和限位的部件聯接交互系數較小，更容易拆卸，因此燈具設計為插拔連接，在一些部件損壞或報廢后其它部件可以拆出再次利用，見圖3；由于強光直射人眼會引起直射眩光，應采取遮擋的辦法，使光源處于視平線 45°之外，在燈罩上部設置一個遮蓋，防止傷害到眼睛；產品邊緣全部使用圓角處理。

圖2 效果圖

圖3 燈具可拆卸設計

尺寸方面，小夜燈具有抓拿、移動等功能需要，參照GB/T 16252-1996《成年人手部號型》，燈具尺寸見圖4；生產工藝方面，前文提到石墨烯用氧氣還原法獲取，周期短、成本較低；色彩方面，使用多種配色滿足不同用戶需求，燈具配色見圖5，注塑時使用UV油墨，不含溶劑，油墨的色膜具有良好的機械和化學性能，已成為一種較成熟的環保油墨，污染物排放很少[10]。

圖4 產品尺寸

圖5 燈具配色

包裝方面，石墨烯具有堅硬和高韌性，在包裝上不需要專門防護，外部使用瓦楞紙包裝，里面使用可降解塑料膜包裹，用來防止燈具因為運輸過程中刮擦。瓦楞紙具有成本低、搬運方便、可回收再生等優點，可降解塑料膜具有成本低、保護性好、環保可降解等優點；運輸方面，燈具體積較小，運輸以一件燈具包裝（90 mm×50 mm×20 mm）為一個模塊，以54 包(9 個×6 層)為一箱。

4.4 設計完善與反饋

燈具設計完成后，開始對設計進行實施，包括籌集方案所需資金，申請許可證、投產、銷售等等。方案實施后，若設計達標且生產正常，則可收集數據與反饋，檢查方案的實施成效，對出現的問題進行分析、修改，利用綠色設計策略提出新目標，使燈具產品符合綠色要求，為產品綠色設計應用提供依據。