基于全生命周期视角下的卫生陶瓷绿色设计

陈媛媛 李克敬 李治 朱瑞娟 刘继武 李东原 刘欣 于晓丹

（1中国建材检验认证集团(陕西)有限公司；2国家建筑卫生陶瓷质量监督检验中心，陕西 西安 710116）

关键字：卫生陶瓷；绿色设计；全生命周期

1 引言

2018年7月，国务院印发《打赢蓝天保卫战三年行动计划》，提出调整优化产业结构，推进产业绿色发展。优化产业布局，严控“两高”行业产能，强化“散乱污”企业综合整治，深化工业污染治理，大力培育绿色环保产业[1]。随着环保政策的持续加严和市场竞争的日益加剧，卫生陶瓷产业正面临着前所未有的生存压力，缓解甚至消除企业压力的重要路径之一是产业绿色转型升级，实现绿色升级的必要条件之一是产品设计人员具有系统性绿色设计思维。然而，目前多数企业尚未形成系统性绿色设计思维，产品设计仅采纳一种或多种绿色相关因素，如节水化、轻量化、节能减排和回收利用等，同时国内外绿色设计相关标准缺失。

图 1产品全生命周期

生命周期设计理论从产品的原材料选择与使用、结构设计、生产制造、包装与运输、产品使用和回收利用等各个阶段，以提高资源利用效率和改善环境影响为目标，以持续改进为手段，进行系统化设计。产品全生命周期如图1所示。绿色设计是在产品开发和策划阶段，综合考虑环境基准、绿色产品标准、客户要求和相关法规等因素，设计出符合环境保护要求，对生态环境和人体健康无害或危害小、资源能源消耗少、品质高的产品。因此，本文从生命周期视角研究绿色设计，识别关键目标和主要环节，构建出产品绿色设计过程及其要点。

2 产品设计过程和绿色设计要点

产品设计过程可分为需求分析、概念设计、结构设计和详细设计四个阶段。基于全生命周期理论，通过对产品全生命周期的环境污染分析研究，归纳总结出产品设计四个阶段的绿色设计要点如图2所示。产品全生命周期的环境污染分析如图3所示。

图2 产品设计过程和绿色设计要点

3 详细设计阶段的分析

详细设计阶段是产品绿色设计关键过程，本部分针对详细设计阶段绿色设计要点进行分析、研究及归纳总结。

图3 产品全生命周期的环境污染分析

3.1 原材料的选择和使用

绿色设计要点包括但不限于以下内容：1）不使用禁用物质，少用限用物质；2）慎重选用尚不清楚毒副作用的人工化学物质,必要时，要求供货方提供化学品安全技术说明书(SDS)；3）优先选用本地化原材料；4）优先选用标准化、系列化的原材料；5）优先选用来源丰富和可再生的原材料，尽量不使用或少使用稀有材料；6）优先选用易分解、可回收、可循环利用的原材料；7）优先选择通过了环境管理体系认证或符合绿色供应链要求的供应商提供的原材料；8）优先选用低温快烧原材料；9）优先选用低质化原料，如陶瓷洁具生产选用铁、钛和锰等着色元素含量较高(累加超过3%)以及各种工业尾矿、废渣、废料等低质化原料；10）减少同类产品使用材料的种类；11）减少材料的使用量；12）提高材料的利用率，减少废料产生和排放；13）必须使用混合材料时，选择相容性好的材料；14）卫生陶瓷原材料宜多元化。

3.2 产品结构设计

重点考虑节水化、轻量化、包装与运输便捷性设计及回收便捷性设计等方面，这几个方面的绿色设计要点包括但不限于以下内容：1）通过优化结构达到节水化的目的。如坐便器采用单附冲水道喷射虹吸结构或超旋冲洗结构，可达到节水目的；2）通过优化结构和采用新材料等方式，达到减轻产品重量的目的。如坐便器洗涮水道的超薄化设计、陶瓷坐便器采用粘贴技术减轻重量以及坐便器采用无圈冲洗可简化模型结构等，均可达到减重目的；3）通过采用分体式结构，使产品重心稳定，减小包装和运输体积，便于包装、装卸和运输；4）充分考虑产品报废处理的难易程度，通过优化产品结构，使其便于安装、拆卸，产品报废后再利用等。

3.3 生产制造

重点考虑产品制造难易程度和经济性，以及制造过程的污染物排放、资源能源使用、人体健康与安全等因素，这几个方面的绿色设计要点包括但不限于以下内容：1）减少制造过程的污染物排放，不同污染物排放符合国家或地方规定的污染物排放相关标准的要求，如GB 25464、DB443-26 及DB44-27等；2）优先采用先进生产技术，如高压注浆成形、机器人施釉、低压快排水和精湿修工艺技术等；3）降低制造过程中的能耗和污染物排放；4）对有毒有害材料进行标识并分类，给出生产过程安全防护要求；5）优先使用清洁能源。

3.4 包装过程

绿色设计要点包括但不限于以下内容：1）优先选用无毒无害、易分解或者可以生物降解的包装材料；2）优先选用可回收利用的包装材料；3）同一种产品宜使用同一种包装材料；4）包装废弃物可实现无害化或资源化处理；5）在满足包装要求的前提下，宜减少包装材料的使用量；6）避免过度包装，减小包装的体积；7）优先使用可重复使用的包装设计；8）保证吊装、搬运和拆卸的方便、安全。

3.5 产品运输

提高产品的装卸速率，如采用机械设备装卸或者通过优化装卸过程，提高装卸速率。

3.6 使用

通过相应的分析方法，如对零部件失效形式和产品寿命进行分析，采取相应改进措施，提高产品的使用寿命；此外，对于技术更新和市场变化快的产品，给产品升级或改造留有空间，通过局部更换实现功能扩展或功能提升。

3.7 回收利用

绿色设计要点包括但不限于以下内容：1）分析产品生命末期所处的状态及回收处理时对环境的影响，提出产品废弃时的处理方案；2）提高产品的回收利用率和再利用率，如：卫生陶瓷生产过程中产生的废泥等固体废弃物可以用作生产发泡陶瓷以及透水砖等产品；煤废渣可用于生产烧结砖；废石膏可用于制作石膏板；含泥废水、含釉废水、湿法脱硫废水、加工废水经过分类收集、处理后，可实现回收利用等；3）对有毒有害物质尽可能实现无害化处置，避免产品报废后产生危险废弃物；4）避免产品回收拆解时对操作者的伤害。

3.8 其他要求

3.8.1 管理体系

将产品的绿色性作为产品的重要特性纳入企业现有管理体系(质量、环境、职业健康安全、能源管理体系等)当中，改进企业管理体系。具体措施包括：1）在管理体系中增加绿色性目标，机构设置、人员配备及培训满足产品绿色设计要求；2）在产品设计、过程控制、采购过程、文件管理、管理评审等程序文件中补充和完善绿色设计相关要求；3）在资源管理系统中增加绿色设计数据库。

3.8.2 技术文件

在产品设计文件(设计任务书、说明书、计算书等)中增加有关产品绿色材料、绿色性指标及特殊工艺要求等内容。在产品说明书或随机文件中增加的内容包括：1）给出产品材料毒性及最终处置说明；2）给出再生材料和再制造件使用声明；3）给出产品拆解、材料回收利用及可再制造性说明；4）对于大型和复杂产品，提供详细的拆解信息文件；5）对于使用不当可能对环境或人身安全造成危害的产品，有详细的操作说明，必要时在产品明显位置给出警示标识。

3.8.3 数据库

数据库是实施产品绿色设计的重要技术支撑和保障，企业建立并不断更新、完善绿色设计数据库。数据库的主要内容包括：1）与企业产品和生产过程相关的绿色制造政策、法规、标准；2）绿色设计及评价理论、知识、方法；3）产品材料及能源的环境特性；4）工艺过程能耗、排放数据；5）工艺设备能效、安全信息，产品绿色供应链信息及企业绿色设计经验数据。

4 展望

卫生陶瓷作为重要的终端消费品之一，影响着人类家居生活品质。通过采用绿色设计的理念，尤其是在全生命周期理论的指导下，产品开发设计人员可以更加系统的考虑产品整个生命周期中对环境产生的不利因素，从而最大限度的减少对环境的污染，实现卫生陶瓷产业的绿色化发展。此外，通过践行绿色设计理念，还将会为企业或社会带来许多潜在的利益，如：1）提高员工的工作动力和产品知识，促进产品革新和创新，增强竞争力；2）改善产品功能，满足或超越消费者的期望，提升品牌形象；3）通过减少对环境的负面影响，改善与执法者的关系；4）改进内外信息交流，密切与供应链的关系，保障产品质量，降低风险；提高投资方的信任度等。

绿色设计虽然好处很多，但是作为一个产品来说，不能仅仅考虑产品的绿色性，应综合考虑经济性、功能性和企业的实际情况。此外，本文仅仅给出了卫生陶瓷产品的绿色设计方法，并未涉及绿色产品的绿色评价。绿色设计的产品是否真绿色，还应从资源能源消耗、环境污染、生物特性、健康安全和产品品质等多方面进行评价。

此外，基于全生命周期的设计理论仅为产品绿色设计的方法之一，其他设计方法如模块化设计理论和再制造设计理论等，均可作为产品绿色设计的依据，这些方法理论可单独或多种组合使用。