以低碳足迹为导向的产品生态设计模式

周 祺， 余 飞, 刘丹琳

(1 湖北工业大学机械工程学院， 湖北 武汉 430068; 2 湖北工业大学艺术设计学院, 湖北 武汉 430068)

产品生态设计(eco-design)是以生态设计为出发点的产品设计，指在产品设计和开发过程中将产品全生命周期的环境影响因素纳入考虑的一种设计方式,目的在于尽量减少产品全生命周期对环境影响[1]．碳足迹的概念缘起于生态足迹(ecological footprint)，是指在人类生产和消费活动中所排放的与气候变化相关的气体总量．相对于其他碳排放，碳足迹突破了所谓“有烟囱才有污染”的观念，从生命周期的角度出发，是产品整个生命周期内排放温室气体的集合[2]．

1 碳足迹与碳标签在产品低碳设计模式中的作用

Wiedmann﹠Minx(2007)认为，碳足迹是指在产品的全生命周期内，包括原材料的获取、生产与加工、流通与销售、使用与维护、废弃与回收等阶段所排放的二氧化碳以及其他温室气体转化的二氧化碳等价物的总和[3]．通过对产品全生命周期碳排放的计算分析，企业可将其产品的碳足迹以贴上“碳标签”(carbon footprint label)的方式告知消费者，从而引导消费者的市场购买行为．同时，碳足迹标签的推行将影响厂家的生产与营销决策，有利于督促企业积极采取减排措施．2007年7月，百事公司旗下某薯片被首次运用碳足迹计算方法进行碳足迹分析，成为第一个被贴上“碳标签”的产品．碳足迹标签便指贴在产品上用于显示产品碳足迹的标志．

基于生态设计的碳足迹研究方法主要有两类：其一是“自下而上”模型，以分析过程为基础；其二是“自上而下”模型，以投入产出分析为基础．这两种方法的建立都依据生命周期评价的基本原理[4]．依据生命周期评价的基本原理的碳足迹计算，能够使产品或服务在生产、运输、提供和消耗整个生命周期过程中释放的二氧化碳和其他温室气体的总量更为清晰．此模式的存在能够辅助企业在设计制造过程中，合理利用资源减少产品的碳排放．

碳足迹的出现为企业了解其产品在产品低碳设计模式中所呈现的碳排放量提供了便利，碳标签的出现，则为企业与消费者之间搭起了一座无形的桥梁，使消费者能够直观了解产品的碳排放量，从而选择较为低碳的产品．碳标签为企业带来良好形象的同时，也为其产品提高了一定知名度．碳标签一般出现在产品低碳设计模式的后期，作为企业自我宣传以及产品营销的一种手段，其碳排放信息作为低碳产品的一种展示，被贴在了产品身上面向市场和消费者．

2 产品低碳设计模式构建的内容

1)碳足迹计算．计算产品或服务在生产、运输、提供和消耗整个生命周期过程中释放的二氧化碳和其他温室气体的总量．

2) 物料的优化选取．将把环境作为重要因素考虑在内，从降低环境负荷的角度实现物料的可持续发展．优良的物料不仅能预防生产过程中产生的污染排放，还能真正从源头上实现排放预警，促进新的生产和消费系统的构筑．物质材料的绿色性、安全性、可循环利用、可再生都是低碳设计模式的最大目标．

3)遵循设计中的“4R”原则．即减量化(reduce), 回收(recycling)，重复利用(reuse)，再生(regeneration)．

4)产品共享原则．通用性和无障碍

5)系统化设计．提升技术，延长并优化产品生命周期，优化产品寿命和寿命终止系统．

6)功能结构的组合与优化．

7)设计合理的碳标签．产品碳足迹的可视性．

8)地域性．本土自然优势．

9)物质化到非物质化的转换．即有形变无形．

10)协同增效点．即对经济、环境、社会协同产生的正效益,强调在设计中找到协同增效点；

11)自然降解．遵循环保原则，低碳设计下的产品材料尽可能选择可自然降解材料．

12)碳标签．指通过对产品全生命周期碳排放的计算分析，企业可将其产品的碳足迹以贴上“碳标签”(carbon footprint label)的方式告知消费者，从而引导消费者的市场购买行为．

3 产品低碳设计模式得到构建

在设计过程中不仅应考虑诸如能源、科技、成本、效益、回收等因素，还应考虑如碳足迹计算、整合/优化、协同增效点、自然降解、碳标签等相关应用，并将各因素有机结合(表1)．

表1 产品低碳设计模式矩阵

C为能源，D为科技,E为物料,F为结构,G为尺寸,H为形状,I为功能,Q为制造,J为成本,K为维护,R为使用,L为销售,M为储运,N为效益,P为末期处置,X为其他

表1中，目前共涉及15个因素和13个应用．其中因素的类别较为完善，而应用的类别还有待补充．设计者可通过因素与应用交叉对应的方式来实现低碳产品各环节的设计及制造程序．

第一步，提出一个概念(A)．

第二步，根据概念(A)推导出整个设计中应考虑到的各类因素并制定相关程序(B)，通过(B)列举出待考虑的因素，如能源(C)、科技(D)、物料(E)、结构(F)、尺寸(G)、形状(H)、功能(I)、成品(Q)成本(J)、维护(K)、使用(R)销售(L)、运输(M)、效益(N)、末期处置(P)等．在实际运用过程中则应考虑碳足迹计算、减量、循环、重复、再生、共享、整合/优化、系统化/高效化、地域化、非物质化、协同增效点、自然降解、碳标签等应用．一个完整的低碳产品设计程序，应涵盖图表中的各因素和各应用，通过交叉配合来共同完善和发展设计．当然，根据各产品的实际需求，公式也相应有所变化．

第三步，细化程序．列出相应公式，将各因素带入到各对应的公式中去．细化程序公式为EP=A+B，其中，EP为生态产品，A为概念因素，B为程序因素．

第四步，将各因素与应用考虑进去：

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为例，C代表能源，1代表应用，C=C1+C2+C3+…+CN表示能源(C)因素当中会涉及的相关应用．N为未知应用，即未考虑到的内容，使用者可根据各产品的需求相应增加．

第五步：进一步完善公式，将以上公式再细化，将各个因素的所对应的应用中所包含的各种参数考虑进去，进一步完善公式：

C1=C11+C12+C13+…+C1N ；

C2=C21+C22+C23+…+C2N ；

C3=C31+C32+C33+…+C3N ；

…

CN=CN1+CN2+CN3+…+CNN ．

以C11为例，C1代表能源碳足迹计算，C11代表能源在碳足迹应用中的某个参数，N代表的是未知参数，即未考虑到的参数．CNN表示能源碳足迹计算当中未知应用的未知参数．以此类推，在实际操作前需详细列举出因素C到因素P在各应用中的多个参数，以便后续程序的开展．

4 实例

以设计一款低碳汽车(LC)为例．

1)提出概念(A)：低碳汽车．

2)运用程序(B)：如图1所示．

图 1 低碳汽车设计的运用程序

3)在各因素基础上逐一增加相关应用：

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)列出因素在相应应用里的相关参数．

以C为例，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=生产汽车所耗能源碳足迹计算(C11)+相关新能源碳足迹计算(C12)+回收旧汽车所消耗的能源碳足迹计算(C13)+低碳汽车使用过程中产生的能源消耗碳足迹计算(C14)+低碳汽车维修环节的能源碳足迹计算(C15)+未知项(C1N)．

②C2=减少车辆生产所耗能源(C21)+减少车辆使用过程中的能源消耗(C22)+减少车辆流通环节的能源消耗(C23)+未知项(C2N)．

③C3=旧车部件回收加工循环再使用(C31)+汽车废料深加工制成其他材料循环使用(C32)+未知项(C3N)．

④C4=汽车能源储备使用(蓄电板)(C41)+新技术再造能源使用(太阳能)(C42)+未知项(C4N)．

⑤C5=太阳能(C51)+地热能(C52)+水能(C53)+风能C54：+生物质能C55：+光能(C56)+温差能(C57)+未知项(C5N)．

⑥C6=新能源共享(C61)+能源利用率及消耗使用等数据共享(C62)+数据的计算模式及方式共享(C63)+未知项(C6N)．

⑦C9=本地资源能源运用(C91)+本地资源基础上开发新能源(C92)+未知项(C9N)．

综上所述，低碳汽车设计中能源因素的应用，应是以上7点的总和，剩余14个因素的应用可按此步骤进行扩充和完善．

5 结束语

以低碳足迹为导向的产品生态设计模式是企业追求可持续发展的策略之一．这种设计模式较为全面地考虑到了产品从设计、制造到销售、回收等一系列程序以及各程序中所包含的各项参数．除了充分考虑到产品的环境因素外，在人、产品、环境三者兼顾的同时，也充分考虑到企业的经济利益需求，其中多个因素，在企业实际操作中起到了较为实际的辅助作用，使得产品不仅能够达到低碳环保的要求，也可以使企业以此为契机促进产品的创新研发．

[参考文献]

[1] 封 珩,熊 娅.产品生态设计领域基本特征及其研究热点[J].环保科技,2012(3)：1-4，13.

[2] 王 薇，林剑艺.碳足迹分析方法研究综述[J].环境科学与技术,2010,7(33)：71-72.

[3] 张海玲，张 宏.日韩两国建立碳足迹标签制度的共同经验及启事[J].东北亚论坛，2012(2)：28.

[4] 邓南圣.生命周期评价[M].北京:化学工业出版社，2003.

[5] 陈 欢,李 翔,陈泽勇.电子电气产品如何引入生态设计[J].深圳市计量质量检测研究院,2012(7):63-64.