南京理工大學(xué)環(huán)境材料學(xué)PPT-環(huán)境材料學(xué)-第四章-材料的生態(tài)設(shè)計2

南京理工大學(xué)環(huán)境材料學(xué)PPT-環(huán)境材料學(xué)--第四章--材料的生態(tài)設(shè)計2第一頁，共32頁。第五講生態(tài)設(shè)計生態(tài)設(shè)計的概念生態(tài)設(shè)計的主要思路生態(tài)設(shè)計的主要內(nèi)容第二頁，共32頁。一、生態(tài)設(shè)計的概念生態(tài)設(shè)計：是指“環(huán)境因素”決定設(shè)計決策的方向，即環(huán)境與產(chǎn)品開發(fā)中其它因素（如利潤、功能、美觀等）一樣同等重要，甚至更重要。這個概念強(qiáng)調(diào)了產(chǎn)品的生態(tài)設(shè)計。屬于狹義的生態(tài)設(shè)計生態(tài)設(shè)計：指任何與生態(tài)過程相協(xié)調(diào)，盡量使其對環(huán)境的破壞影響達(dá)到最小的設(shè)計形式。這種協(xié)調(diào)意味著設(shè)計尊重生物多樣性，減少對資源的剝奪，保持營養(yǎng)和水循環(huán)，維持植物生境和動物棲息地的質(zhì)量，以有幫助改善人居環(huán)境及生態(tài)系統(tǒng)的健康。這種生態(tài)設(shè)計不僅涉及產(chǎn)品，還包括原材料、生產(chǎn)過程、產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)、景觀和建筑等，屬于廣義的生態(tài)設(shè)計。第三頁，共32頁。二、生態(tài)設(shè)計的原則和思路1原則系統(tǒng)分析方法：需要系統(tǒng)考慮和分析產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)、自然生態(tài)系統(tǒng)與人類需求之間的關(guān)系，尤其是耦合關(guān)系。生命周期角度：只有綜合考慮產(chǎn)品生命周期過程的影響，多級使用資源和能源，才能降低產(chǎn)品生產(chǎn)和消費過程的環(huán)境影響，使其與地球的環(huán)境承載力一致。第四頁，共32頁。多要素分析：生態(tài)設(shè)計必須必須同時考慮成本、環(huán)境影響和性能等主要因素。相關(guān)者協(xié)作：生態(tài)設(shè)計是基于產(chǎn)品生命周期鏈的設(shè)計方法，在設(shè)計過程中，需要各利益相關(guān)者共同參與及協(xié)作，這些利益相關(guān)者包括：生產(chǎn)者、供應(yīng)商、消費者、廢棄物管理者、資源回收者及政策制訂者。第五頁，共32頁。2、思路低物質(zhì)化指在產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)過程中，減少物料消耗和降低能量強(qiáng)度的現(xiàn)象，從更廣的意義上，低物質(zhì)化是指提供同樣的經(jīng)濟(jì)功能的同時相對或絕對地減少物質(zhì)的量。低物質(zhì)化應(yīng)從產(chǎn)品生命周期考慮。比如：借助于網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)無紙化辦公、交易等。第六頁，共32頁。功能經(jīng)濟(jì)“一種產(chǎn)品代表的是向消費者提供特定功能的一種手段”。即產(chǎn)品不是目的，而是服務(wù)手段，實際上消費者關(guān)心不是產(chǎn)品，而是產(chǎn)品所提供的功能。這意味著可以引導(dǎo)消費者把其注意力從關(guān)注產(chǎn)品的特征轉(zhuǎn)向關(guān)注服務(wù)的特征，從而尋求產(chǎn)業(yè)生態(tài)化的機(jī)會和可能。當(dāng)把產(chǎn)品看成是向最終用戶提供的某種功能時，資源的使用量和廢物排放量將會大大減少，即人們通過服務(wù)來代替那些消耗大量物質(zhì)和能量的活動時，可以減少對單位生活質(zhì)量不利的環(huán)境影響。比如，當(dāng)人們不買汽車這種產(chǎn)品本身，而只買汽車運送乘客和物品的功能時，汽車制造商將會想方設(shè)法延長汽車的使用壽命，并且提高廢舊汽車的回收價值，從而減少資源消耗和廢物排放。第七頁，共32頁。物質(zhì)替代減少物質(zhì)使用的一個辦法是完全使用新的物質(zhì)替代舊的物質(zhì)，新的物質(zhì)應(yīng)該具有耐用、在獲取和加工過程中產(chǎn)生的廢物少等特性。如：聚合材料代替鋼材光纖代替銅質(zhì)線用萜（一種植物清洗劑）代替CFCs

第八頁，共32頁。三、生態(tài)設(shè)計的主要內(nèi)容原材料的生態(tài)設(shè)計產(chǎn)品的生態(tài)設(shè)計生產(chǎn)過程的生態(tài)設(shè)計產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)設(shè)計第九頁，共32頁。1、原材料的生態(tài)設(shè)計減少原材料的使用量采用再循環(huán)原料采用低能值原料第十頁，共32頁。減少原材料的使用量通過生態(tài)設(shè)計，在為人類提供同樣的經(jīng)濟(jì)功能的同時相對或絕對地減少原材料的使用量。第十一頁，共32頁。采用再循環(huán)原料盡量避免使用不可再生，或者需要很長時間才能再生的原料，如礦物燃料，金屬銅等。盡量使用可以再循環(huán)利用的原料，可以減少原料在采掘和生產(chǎn)過程中的能耗。舉例A日本的Beauty工業(yè)利用廢舊的玻璃作為原料，生產(chǎn)的免燒瓷磚可以節(jié)省大量的資源和能源，而且這種瓷磚可以再利用。B第十二頁，共32頁。采用低能值原料在原料的采掘和生產(chǎn)過程中，需要的工藝過程愈復(fù)雜，所消耗的能源就越多。這種在采掘和生產(chǎn)過程中消耗大量能源的原料稱為高耗能原料。但是須注意：必須采用系統(tǒng)的和全生命周期的觀點來待，即全局看待其原料采掘、生產(chǎn)和使用過程。比如：A碳纖維屬于高耗能材料，但是其后續(xù)的使用過程中因為其具有良好的強(qiáng)度、硬度、抗老化等優(yōu)良特性而節(jié)省能源。B鋁屬于高能耗物質(zhì)。但由于鋁較輕，同時又易于回收，使用階段用的能量較少。第十三頁，共32頁。2、產(chǎn)品的生態(tài)設(shè)計

整合產(chǎn)品功能優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)產(chǎn)品部件的功能功能優(yōu)化模塊化設(shè)計易于維護(hù)和維修易于再循環(huán)第十四頁，共32頁。整合產(chǎn)品功能將幾種功能或產(chǎn)品組合進(jìn)一個產(chǎn)品中，則可節(jié)約大量的原料和空間。例如：德國Viessmann公司開發(fā)了多功能集成的太陽能收集陽臺欄桿，這種欄桿是一種真空管收集器，它可用于取代大的太陽嵌板。厚硼硅酸鹽玻璃和耐用的真空管玻璃/金屬收集器保證了安全性和長壽命。由于這一創(chuàng)新，陽臺欄桿和太陽能收集器不在需要獨立的建造，節(jié)省了能源和材料。而且這種收集器比平板收集器效率高30％。第十五頁，共32頁。優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)通過優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)可以達(dá)到優(yōu)化產(chǎn)品功能及延長產(chǎn)品受用壽命的目的。例如：20世紀(jì)90年代初，歐洲的一家家電雜志提出SONY電視的環(huán)境性能比競爭對手差。SONY認(rèn)識到這一問題后決定重新設(shè)計其產(chǎn)品。改進(jìn)后的電視不再使用哈龍、三氧化銻等危險原料，也不再使用PVC。而且減少塑料使用量52％，原材料的使用總量大大下降。另外SONY承諾該電視可快速拆解，整機(jī)只用了9枚螺釘，整機(jī)再循環(huán)率達(dá)到了99％。而且制造成本下降了30％，裝配速度比以前大有提高。第十六頁，共32頁。產(chǎn)品部件的功能功能優(yōu)化通過部件的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)格化，有利于維修、更換、回收再利用；長壽命化，尤其是易損部件的長壽命化可提高產(chǎn)品的整體壽命；連接簡化，采用容易拆卸的連接方法；重復(fù)利用化，經(jīng)過翻修可達(dá)到原設(shè)計要求而再次使用。舉例：柯達(dá)公司設(shè)計了一個有效的一次性相機(jī)機(jī)的在循環(huán)計劃。該計劃鼓勵各洗印部把空的一次性的殼體送回該公司，然后公司將這些照相機(jī)的殼體拆開，一些零部件可以再次用于新的一次性相機(jī)中，另一些零件則作為廢舊塑料或金屬再循環(huán)，為了實現(xiàn)這些用途，在產(chǎn)品設(shè)計時必須考慮產(chǎn)品部件的標(biāo)準(zhǔn)化和易拆卸。目前，這種相機(jī)再循環(huán)率達(dá)到了60％，在美國等發(fā)達(dá)國家達(dá)到了70％。第十七頁，共32頁。模塊化設(shè)計指對一定范圍內(nèi)的不同功能、不同性能、不同規(guī)格的產(chǎn)品進(jìn)行分析、劃分并設(shè)計出一系列功能模塊。通過模塊的的選擇和組合可以組裝成不同的產(chǎn)品，易滿足市場需求。同時，模塊化設(shè)計也有利于產(chǎn)品使用后的拆卸，以最大限度地提高產(chǎn)品的可更新性，以滿足不斷變化的用戶需求。第十八頁，共32頁。模塊化的產(chǎn)品設(shè)計方法可使新技術(shù)能與已有落后的產(chǎn)品迅速結(jié)合，使得在產(chǎn)品生命周期內(nèi)對部件進(jìn)行升級以減少用戶對新產(chǎn)品的需求。第十九頁，共32頁。易于維護(hù)和維修生態(tài)設(shè)計應(yīng)保證產(chǎn)品易于清潔、維護(hù)和維修以延長產(chǎn)品的使用壽命。維護(hù)和維修包括用戶和制造商兩個方面。對用戶，廠家應(yīng)該提供維護(hù)和維修說明。對廠商，在設(shè)計時考慮產(chǎn)品的易運輸性，維護(hù)/維修的技能及有關(guān)工具的開發(fā)；產(chǎn)品的難易程度；可否進(jìn)行模塊化第二十頁，共32頁。易于再循環(huán)。產(chǎn)品設(shè)計人員在設(shè)計產(chǎn)品的時候，就要考慮產(chǎn)品生命終結(jié)后的去處，要充分考慮他們的再利用。比如，廢舊輪胎目前被利用主要途徑是：廢舊輪胎在回收廠里，被破碎和分解成3類材料：小的輪胎塊、鋼絲和碎渣。第二十一頁，共32頁。輪胎設(shè)計人員如果考慮到輪胎最終去處，可以改變輪胎的成分能夠使燃燒更加有效，可以產(chǎn)生較少或根本不產(chǎn)生有毒物質(zhì)，可以使輪胎在一定條件下更加快速、簡單的分解，可以通過配方的改變使廢舊輪胎更容易轉(zhuǎn)化為一種新的產(chǎn)品。第二十二頁，共32頁。2.2、產(chǎn)品生態(tài)設(shè)計的要求

1、在材料的選擇與使用上應(yīng)避免使用有毒有害的材料和添加物，并考慮替代材料的使用，在實在無法替代時，應(yīng)考慮毒性物質(zhì)的穩(wěn)定性并采取措施把毒性物質(zhì)“鎖”在材料中使其不易釋放出來；避免使用不可再生及需很長時間才能恢復(fù)的原材料如化石燃料、熱帶硬木等；盡量使用品種相同的及可再循環(huán)的原材料，以便回收利用；盡量使用再循環(huán)的材料，降低新材料的使用量，也為再循環(huán)材料創(chuàng)造市場；同時在設(shè)計時，應(yīng)考慮盡量減少原材料的使用量，以減少產(chǎn)品的體積和重量，也方便產(chǎn)品的運輸和儲存。第二十三頁，共32頁。2、產(chǎn)品包裝的設(shè)計應(yīng)避免過度與奢華，奢華只會滿足我們的虛榮心而對生態(tài)無益。包裝應(yīng)簡約、耐用并考慮可持續(xù)性：亨利·福特(HenryFord)曾用板條箱裝運A型卡車，當(dāng)卡車到達(dá)了目的地板條箱則變成了汽車地板;韓國的稻殼被用作音響原件和電子裝置的包裝填充物，隨產(chǎn)品一起運到歐洲，在歐洲這些包裝被再利用成為制作磚頭的材料，當(dāng)然一些精密儀器及貴重物品需要繁瑣復(fù)雜的包裝，但我們應(yīng)避免總量或總體積中20%的產(chǎn)品而80%的包裝被遺棄這種現(xiàn)象的出現(xiàn)。第二十四頁，共32頁。3、節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用考慮到使用中降低能耗的需求，應(yīng)在設(shè)計階段就把節(jié)能技術(shù)融入產(chǎn)品中，如飛利浦公司開發(fā)的綠色電視，非常注重節(jié)能技術(shù)的利用，其待機(jī)狀態(tài)下的耗電量已從5.1W降到0.1W，開機(jī)時的耗電量也由41W降到29W。

第二十五頁，共32頁。4、設(shè)計時應(yīng)考慮延長產(chǎn)品的使用壽命，以直接降低產(chǎn)品的環(huán)境影響。許多產(chǎn)品的設(shè)計追求流行時尚，趨勢一過便遭遺棄；還有些產(chǎn)品受到制造當(dāng)時技術(shù)的限制，在科技進(jìn)步后便被淘汰，它們的使用壽命均非常短，本身就是一種極大的浪費，過早地成為廢物也增加了環(huán)境負(fù)擔(dān)。為此，我們應(yīng)采取一些經(jīng)典設(shè)計，增強(qiáng)產(chǎn)品的美學(xué)價值，使其不易落伍從而降低更新替代率；設(shè)計時對核心部件進(jìn)行模塊化設(shè)計并預(yù)留升級空間使產(chǎn)品易于更新升級。此外，要增強(qiáng)產(chǎn)品的耐用性和易于修理性，吸引人們對產(chǎn)品的二次使用。第二十六頁，共32頁。5、設(shè)計時應(yīng)考慮產(chǎn)品的易于回收及再利用。如設(shè)計應(yīng)使廢舊產(chǎn)品易于拆卸：可使用易于分離的鉤、卡銷、螺絲等連接點而不采用焊接或黏合的連接方式；采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的連接點，易于用統(tǒng)一的工具拆卸及機(jī)械化拆卸的實行；對材料可以加上標(biāo)示或內(nèi)置信息芯片，以便于識別及分揀。這些方法的采用有利于回收利用業(yè)的發(fā)展，并促進(jìn)生態(tài)設(shè)計目標(biāo)的實現(xiàn)。第二十七頁，共32頁。3生產(chǎn)過程的生態(tài)設(shè)計盡可能減少生產(chǎn)環(huán)節(jié)選擇對環(huán)境影響小的生產(chǎn)技術(shù)使用清潔能源和材料建立ISO14001環(huán)境管理體系第二十八頁，共32頁。4、產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)設(shè)計將產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)過程比擬為一個自然生態(tài)系統(tǒng)，對系統(tǒng)的輸入（能源與原材料）與產(chǎn)出（產(chǎn)品與廢物）進(jìn)行綜合平衡，推動產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)的演進(jìn)，使之由低級生態(tài)系統(tǒng)向三級生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化。產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的演進(jìn)可體現(xiàn)不同的層次，小到工業(yè)共生體系，大到整個社會經(jīng)濟(jì)體系。第二十九頁，共32頁。案例：產(chǎn)品生態(tài)設(shè)計實例—

家具產(chǎn)品的生態(tài)設(shè)計西方國家在工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域很早便引入了生態(tài)設(shè)計的概念，在家具工業(yè)設(shè)計方面，比較杰出的是美國赫爾曼·米勒公司和德國的韋爾卡恩公司。第三十頁，共32頁。自