周 祺， 余 飛, 劉丹琳

(1 湖北工業(yè)大學(xué)機械工程學(xué)院， 湖北 武漢 430068; 2 湖北工業(yè)大學(xué)藝術(shù)設(shè)計學(xué)院, 湖北 武漢 430068)

產(chǎn)品生態(tài)設(shè)計(eco-design)是以生態(tài)設(shè)計為出發(fā)點的產(chǎn)品設(shè)計，指在產(chǎn)品設(shè)計和開發(fā)過程中將產(chǎn)品全生命周期的環(huán)境影響因素納入考慮的一種設(shè)計方式,目的在于盡量減少產(chǎn)品全生命周期對環(huán)境影響[1]．碳足跡的概念緣起于生態(tài)足跡(ecological footprint)，是指在人類生產(chǎn)和消費活動中所排放的與氣候變化相關(guān)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(fā)，是產(chǎn)品整個生命周期內(nèi)排放溫室氣體的集合[2]．

1 碳足跡與碳標(biāo)簽在產(chǎn)品低碳設(shè)計模式中的作用

Wiedmann﹠Minx(2007)認(rèn)為，碳足跡是指在產(chǎn)品的全生命周期內(nèi)，包括原材料的獲取、生產(chǎn)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(zhuǎn)化的二氧化碳等價物的總和[3]．通過對產(chǎn)品全生命周期碳排放的計算分析，企業(yè)可將其產(chǎn)品的碳足跡以貼上“碳標(biāo)簽”(carbon footprint label)的方式告知消費者，從而引導(dǎo)消費者的市場購買行為．同時，碳足跡標(biāo)簽的推行將影響廠家的生產(chǎn)與營銷決策，有利于督促企業(yè)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(biāo)簽”的產(chǎn)品．碳足跡標(biāo)簽便指貼在產(chǎn)品上用于顯示產(chǎn)品碳足跡的標(biāo)志．

基于生態(tài)設(shè)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(chǔ)；其二是“自上而下”模型，以投入產(chǎn)出分析為基礎(chǔ)．這兩種方法的建立都依據(jù)生命周期評價的基本原理[4]．依據(jù)生命周期評價的基本原理的碳足跡計算，能夠使產(chǎn)品或服務(wù)在生產(chǎn)、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(yè)在設(shè)計制造過程中，合理利用資源減少產(chǎn)品的碳排放．

碳足跡的出現(xiàn)為企業(yè)了解其產(chǎn)品在產(chǎn)品低碳設(shè)計模式中所呈現(xiàn)的碳排放量提供了便利，碳標(biāo)簽的出現(xiàn)，則為企業(yè)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(chǎn)品的碳排放量，從而選擇較為低碳的產(chǎn)品．碳標(biāo)簽為企業(yè)帶來良好形象的同時，也為其產(chǎn)品提高了一定知名度．碳標(biāo)簽一般出現(xiàn)在產(chǎn)品低碳設(shè)計模式的后期，作為企業(yè)自我宣傳以及產(chǎn)品營銷的一種手段，其碳排放信息作為低碳產(chǎn)品的一種展示，被貼在了產(chǎn)品身上面向市場和消費者．

2 產(chǎn)品低碳設(shè)計模式構(gòu)建的內(nèi)容

1)碳足跡計算．計算產(chǎn)品或服務(wù)在生產(chǎn)、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(yōu)化選?。畬循h(huán)境作為重要因素考慮在內(nèi)，從降低環(huán)境負(fù)荷的角度實現(xiàn)物料的可持續(xù)發(fā)展．優(yōu)良的物料不僅能預(yù)防生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污染排放，還能真正從源頭上實現(xiàn)排放預(yù)警，促進新的生產(chǎn)和消費系統(tǒng)的構(gòu)筑．物質(zhì)材料的綠色性、安全性、可循環(huán)利用、可再生都是低碳設(shè)計模式的最大目標(biāo)．

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

4)產(chǎn)品共享原則．通用性和無障礙

5)系統(tǒng)化設(shè)計．提升技術(shù)，延長并優(yōu)化產(chǎn)品生命周期，優(yōu)化產(chǎn)品壽命和壽命終止系統(tǒng)．

6)功能結(jié)構(gòu)的組合與優(yōu)化．

7)設(shè)計合理的碳標(biāo)簽．產(chǎn)品碳足跡的可視性．

8)地域性．本土自然優(yōu)勢．

9)物質(zhì)化到非物質(zhì)化的轉(zhuǎn)換．即有形變無形．

10)協(xié)同增效點．即對經(jīng)濟、環(huán)境、社會協(xié)同產(chǎn)生的正效益,強調(diào)在設(shè)計中找到協(xié)同增效點；

11)自然降解．遵循環(huán)保原則，低碳設(shè)計下的產(chǎn)品材料盡可能選擇可自然降解材料．

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

3 產(chǎn)品低碳設(shè)計模式得到構(gòu)建

在設(shè)計過程中不僅應(yīng)考慮諸如能源、科技、成本、效益、回收等因素，還應(yīng)考慮如碳足跡計算、整合/優(yōu)化、協(xié)同增效點、自然降解、碳標(biāo)簽等相關(guān)應(yīng)用，并將各因素有機結(jié)合(表1)．

表1 產(chǎn)品低碳設(shè)計模式矩陣

C為能源，D為科技,E為物料,F為結(jié)構(gòu),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(yīng)用．其中因素的類別較為完善，而應(yīng)用的類別還有待補充．設(shè)計者可通過因素與應(yīng)用交叉對應(yīng)的方式來實現(xiàn)低碳產(chǎn)品各環(huán)節(jié)的設(shè)計及制造程序．

第一步，提出一個概念(A)．

第二步，根據(jù)概念(A)推導(dǎo)出整個設(shè)計中應(yīng)考慮到的各類因素并制定相關(guān)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(jié)構(gòu)(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(yīng)考慮碳足跡計算、減量、循環(huán)、重復(fù)、再生、共享、整合/優(yōu)化、系統(tǒng)化/高效化、地域化、非物質(zhì)化、協(xié)同增效點、自然降解、碳標(biāo)簽等應(yīng)用．一個完整的低碳產(chǎn)品設(shè)計程序，應(yīng)涵蓋圖表中的各因素和各應(yīng)用，通過交叉配合來共同完善和發(fā)展設(shè)計．當(dāng)然，根據(jù)各產(chǎn)品的實際需求，公式也相應(yīng)有所變化．

第三步，細(xì)化程序．列出相應(yīng)公式，將各因素帶入到各對應(yīng)的公式中去．細(xì)化程序公式為EP=A+B，其中，EP為生態(tài)產(chǎn)品，A為概念因素，B為程序因素．

第四步，將各因素與應(yīng)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(yīng)用，C=C1+C2+C3+…+CN表示能源(C)因素當(dāng)中會涉及的相關(guān)應(yīng)用．N為未知應(yīng)用，即未考慮到的內(nèi)容，使用者可根據(jù)各產(chǎn)品的需求相應(yīng)增加．

第五步：進一步完善公式，將以上公式再細(xì)化，將各個因素的所對應(yīng)的應(yīng)用中所包含的各種參數(shù)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(yīng)用中的某個參數(shù)，N代表的是未知參數(shù)，即未考慮到的參數(shù)．CNN表示能源碳足跡計算當(dāng)中未知應(yīng)用的未知參數(shù)．以此類推，在實際操作前需詳細(xì)列舉出因素C到因素P在各應(yīng)用中的多個參數(shù)，以便后續(xù)程序的開展．

4 實例

以設(shè)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(shè)計的運用程序

3)在各因素基礎(chǔ)上逐一增加相關(guān)應(yīng)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(yīng)應(yīng)用里的相關(guān)參數(shù)．

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(chǎn)汽車所耗能源碳足跡計算(C11)+相關(guān)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(chǎn)生的能源消耗碳足跡計算(C14)+低碳汽車維修環(huán)節(jié)的能源碳足跡計算(C15)+未知項(C1N)．

②C2=減少車輛生產(chǎn)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(huán)節(jié)的能源消耗(C23)+未知項(C2N)．

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

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

⑤C5=太陽能(C51)+地?zé)崮?C52)+水能(C53)+風(fēng)能C54：+生物質(zhì)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(shù)據(jù)共享(C62)+數(shù)據(jù)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(chǔ)上開發(fā)新能源(C92)+未知項(C9N)．

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

5 結(jié)束語

以低碳足跡為導(dǎo)向的產(chǎn)品生態(tài)設(shè)計模式是企業(yè)追求可持續(xù)發(fā)展的策略之一．這種設(shè)計模式較為全面地考慮到了產(chǎn)品從設(shè)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(shù)．除了充分考慮到產(chǎn)品的環(huán)境因素外，在人、產(chǎn)品、環(huán)境三者兼顧的同時，也充分考慮到企業(yè)的經(jīng)濟利益需求，其中多個因素，在企業(yè)實際操作中起到了較為實際的輔助作用，使得產(chǎn)品不僅能夠達到低碳環(huán)保的要求，也可以使企業(yè)以此為契機促進產(chǎn)品的創(chuàng)新研發(fā)．

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