绿色设计核心内容解析

绿色材料及其选择、产品的可拆卸设计以及可回收性设计是绿色设计的三项核心内容，分述如下。

（1）绿色材料及其选择

1）绿色设计对材料的要求。构成产品的材料应有绿色特征：即低能耗、低污染、低成本，易加工且在加工中无污染或污染最小，易回收、易处理、可重用、可降解。

2）绿色材料（GM：Green Material）。绿色材料是指在满足一般要求的前提下，对资源和能源消耗少，对环境污染少，有利于健康，再生利用率高或可降解循环利用的一大类材料。它是具有良好的环境兼容性的材料。绿色材料在制备、使用以及用后处置等产品生命周期的各阶段，具有最大的资源利用率和最小的对环境的负面影响。

3）材料选择时应考虑的问题。图3-33所示为设计中可以选择的材料种类和所涉及的问题。在绿色设计中，材料选择对最终绿色产品的“绿色程度”具有重要意义。除传统设计需考虑的材料的理化性能、产品的基本性能要求（如功能、性能、安全、耐腐蚀、结构和外观、经济性等），并与产品的可靠性、维修性、工程需要、制造性、产品的工作环境和费用同时考虑外，还应考虑到产品的环境友好性，使产品整个生命周期的费用以及对环境的危害最小等。此外，绿色设计还应重点考虑以下几点：

图3-33 设计中可以选择的材料种类和所涉及的问题

①所用材料的报废后处理问题，例如如何解决塑料的白色污染问题。

②所用材料对环境的污染问题，例如氟利昂大量使用导致臭氧层的破坏，这就需要开发无氟制冷剂；矿物燃料的燃烧使大气中CO₂过量，引起温室效应。

③材料加工过程中对环境的影响。要选无毒、无害、少粉尘、易加工的材料，以有利于加工过程中减少对环境的污染和保护人体的健康。

④材料本身的生产过程。如一次性杯子常用纸或塑料（聚苯乙烯）制成，但其生产方法对环境的污染却有较大差异。

⑤减少材料的品种，以利于减少污染和报废后的回收处理。

4）材料选择原则。3.8.5节所述与材料相关的准则，可细化为绿色设计的材料选择应遵循的以下原则：

①优先选用可再生的材料，尽量选用可回收材料，提高资源回收率，实现可持续发展。

②尽量选用低耗能、少污染的材料。

③尽量选择环境兼容性好的材料，即使在使用过程中，对环境无负面作用，对人和动物没有伤害，与环境有良好的协调性。

④所选材料应是易于加工且加工过程中无污染或污染极小。

⑤尽量选用能自然降解或为自然吸收的材料。

5）绿色材料的评价。对常用材料的绿色程度的评价方法有：

①能量、资源和环境影响的综合评价方法——泛环境函数法。它将能量评价、资源评价和环境评价三项内容统一于一体。

②材料再生循环利用度的评价及表示系统。这是一种面向消费者的普及型绿色材料评价系统，包括可再生循环利用的原材料、再生循环利用及再生循环利用度等三部分组成。

此外，建立由材料的环境负荷数据库和材料性能数据库组成的绿色材料数据库，对选择和评价绿色材料，具有重要的实用价值。

（2）产品的可拆卸设计 现代产品不仅应具有良好的装配性能，还必须具有良好的拆卸性能。应设计可分离性高的产品。为此，一般应考虑：使紧固件紧、松容易；避免层压不同的材料；少使用粘胶，尽量使用水溶性胶；电线容易清理。可拆卸设计是一种使产品容易拆卸，并能从材料回收和零件重新利用中获得最高利润的设计方法学。可拆卸性是绿色设计的主要内容之一，也是绿色设计中研究较早且系统的一种方法。它研究如何设计产品，才能提高效率、低成本地进行零组部件的拆卸及材料的分类拆卸，以便重新使用及回收。它要求在产品设计的初期，就将可拆卸性作为结构设计的一个评价准则，使所设计的结构易于拆卸，维护方便，并可在产品报废后，对可重用部分充分有效地回收和利用，以达到节约资源和能源、保护环境的目的。可拆卸性设计的主要要求有；减少拆卸的工作量；可预测的产品构造；易于拆卸；易于解体；减少零件种类等。

1）可拆卸设计及其特点。拆卸就是从产品或部件上有规律地拆下可用的零部件的过程，同时保证不因拆卸而造成该零部件的损伤。拆卸目的有三个：一是重复利用零部件；二是回收元器件；三是回收材料。对应于此三项目的，拆卸也分为三种类型：即破坏性拆卸、部分破坏性拆卸和非破坏性拆卸。可拆卸设计是实现产品具有良好拆卸性能的有效手段。它包括可拆卸产品设计、可拆卸工艺设计和可拆卸系统设计。

2）可拆卸设计准则。单靠计算和分析是设计不出好的拆卸性能的，通常是依据设计和使用、回收中的经验来拟定准则，以指导设计。下述可拆卸设计准则就是为了将产品的拆卸性要求及回收约束，转换为具体的产品设计而确定的通用或专用准则：

①拆卸工作量最小准则。它包括两层意思：一是产品在满足功能要求和使用要求的前提下，应尽可能简化结构和外形，减少零件材料种类；二是简化维护及拆卸回收工作，降低对于维护与拆卸人员的技能要求。为此，必须做到：

a）明确所要拆卸的零部件。

b）功能集成。即将多个零件功能集中到一个零件上。

c）在满足使用要求的前提下，尽量简化功能。

d）在零件合并时要注意合并后的零件结构要易于成形和制造，降低成本。

e）减少产品材料种类。

f）材料相容性准则。即材料之间的相容性要好。

g）有害材料的集成准则。在满足功能前提下，尽量将有害材料零件集成在一起，便于以后拆卸和分类处理。

h）拆卸目标零件易于接近准则。即不必拆卸许多其他零件才拆下该零件。

②与结构有关的准则。应尽量采用简单的联接方式，尽量减少紧固件数量，统一紧固件类型，并使拆卸过程具有良好的可达性及具有简单的拆卸运动等。

③易于拆卸准则。即不仅拆卸动作要快，而且易于操作。这就要求在结构设计时，在要拆卸的零件上，预留可供抓取的表面，且应避免产品中有非刚性零件存在。并将有毒、有害物质密封在同一单元结构内，以提高拆卸效率和防止环境污染。(www.xing528.com)

④易于分离准则。即尽量避免零件表面的二次加工，如涂装、电镀、涂覆。同时，避免零件及材料本身损坏，并为拆卸与回收提供便于识别的标志。

⑤产品结构的可预估性准则。即应避免将易老化或易被腐蚀的材料与需要拆卸和回收的零件组合。要拆卸的零部件应防止被污染或被腐蚀等。

（3）产品的可回收性设计 应充分意识到不能再利用或回收的材料对环境的影响。据统计，目前被掩埋的固体废弃物中18%是塑料，14%是金属。而这些材料都是可回收或再利用的，能变废为宝。为此，在设计时就应充分考虑如何回收和再利用，设计追求的目标是仅使用可再生的材料。这样，不仅能减少环境污染，而且可利用再生资源。再利用是回收的更高境界，应力求将部件设计为再生的部件。循环利用有：修补、分离、识别、再处理和销售。设计人员最能发挥作用的是分离和识别方面。

1）可回收设计的基本概念。可回收性设计是指在产品设计初期，就应充分考虑其零件材料的回收可能性、回收价值大小、回收处理方法、回收处理结构工艺性等与回收性有关的一系列问题。最终达到零件材料资源、能源的最大利用，并对环境污染最小的一种设计思想和方法。可回收性设计的内容主要有：可回收性材料及其标志；可回收性工艺及方法；可回收性经济评价；可回收性经济设计等。其具体内容包括：

①可回收材料及其标志。产品报废后，其零部件及材料能否回收，取决于其原有性能的保持性及材料本身的性能。其次，在设计时，要慎重考虑零部件材料的选择，尽可能选用绿色材料，增强材料与环境的协调性。

②回收工艺及方法。在产品设计时，就必须考虑到零部件材料能否回收和如何回收等问题，并给出相应的标志及回收处理的工艺方法。以便于产品生产时进行标志以及产品报废后用户进行合理处理。为此，设计人员应该掌握各种回收处理工艺的原理和方法。

③回收的经济性。它是零部件材料能否有效回收的关键因素。在产品设计中，就要掌握回收的经济性以及支持可回收材料的市场情况。

④回收零件的结构工艺性。零部件回收的前提条件是能否方便、经济、无损坏地从产品中拆卸下来。为此，可回收零部件的结构必须具有良好的拆卸性能，以保证回收的可能和便利。

2）回收设计准则：包括回收设计的基本要求和回收设计准则。回收设计有三项基本要求，即：对产品设计过程的要求；对产品设计人员的要求；对产品生命周期过程管理的要求。由此，得出的回收设计准则为：

①设计的结构易于拆卸。

②尽可能选取可整新的零部件（即经工艺处理后，其功能和使用寿命与同类新的零部件相同）。

③采用净化工艺。

④可重用零部件材料要易于识别与分类。

⑤结构设计应有利于维修和调整。

⑥要限制材料种类，特别是塑料种类。

⑦采用系列化和模块化的产品结构。

⑧考虑零件的异化再使用方法。

⑨尽可能利用回收零部件或材料。

⑩考虑材料的相容性等。

3）回收设计策略与途径。

①废旧产品的回收利用是一个庞大的社会化系统工程，必须依靠全社会的关心与支持，需要政府、企业、科研院所和宣传媒介的相互协作。

②转变消费观念和消费方式。要求消费者改变消费观念和消费方式，积极使用再生产品及含有再生零部件的产品，并将废弃不用的产品送到相应的回收部门，对于生活垃圾要分类存放，以利回收。

③开发新型回收工艺技术和方法。有效回收需要技术和方法的指导，而这些技术和方法需要不断地总结、探索和创新。

（4）绿色包装设计 绿色包装是指采用对环境和人体无污染，可回收重用或可再生的包装材料及制品的包装。绿色包装的特点有：材料最省、废弃物最少、节省资源和能源；易于回收利用和再循环；包装材料可自行降解且降解周期短；包装材料对人体和生物系统无毒、无害；包装产品在生命周期全过程中，均不应污染环境。

作为产品的外装饰的包装，对产品的整体形象、产品竞争力都具有重要影响。随着社会的发展和人们生活水平的提高，商品的包装显得日益重要。在我国，更出现了过度包装的现象。绿色包装是国际环保发展趋势的需要。消费者对商品的包装，提出了越来越高的要求，应符合“4R/D”原则，即减少包装材料消耗（Reduce）、包装容器的再利用（Reuse）、包装材料的回收和循环使用（Recycle）、能量的再生（Recover）及包装材料具有可降解性（Degradable）。

绿色包装设计的原则及内容：研制开发无毒、无污染、可回收利用、可再生或降解的包装原辅材料；研究现有包装材料有害成分的控制技术与替代技术，以及“自然贫乏”材料的替代技术；优化包装结构，减少包装材料消耗；考虑废弃物的回收处理。

（5）绿色产品的成本分析 对于绿色产品，仅考虑其设计制造方案技术的绿色性是不够的，需要进行成本分析，以确定其可行性。与传统的设计制造的成本分析不同，绿色产品的成本分析，要包括产品生命周期的全过程，即在产品设计初期，就必须考虑产品的回收、再利用等性能。同时，还要考虑污染物的替代、产品拆卸、重复利用的成本，特殊产品相应的环境成本等。绿色产品生命周期成本一般包括：

1）设计成本。包括：市场预测、可行性分析、产品设计、产品试验、改进设计、编写设计文档等费用支出。

2）制造成本。包括：生产成本和环境成本。其中，生产成本有：材料消耗、能源消耗、设备工时、劳动工时、在制品的运送和贮存、产品检验与测试等费用。环境成本是产品生产制造过程中，解决环境污染和生态破坏所需的成本，包括：污染排放控制系统成本、排放废弃物的处理成本和生态维护成本。

3）营销成本。包括：产品包装、运输、贮存以及广告促销等费用。

4）使用成本。包括：运行成本、维修成本和使用过程导致环境问题所需支付的费用。运行成本是用户为产品在使用期间所耗费的人、财、物而支付的费用。维修成本是在使用期限内，为维护产品正常功能而进行维护、修理或零件更换所需的费用。

5）回收处理成本。包括：报废产品的收集、运输、拆卸、再生、再造和处理（填埋或焚烧）所需的费用。

（6）绿色产品设计数据库与知识库 数据库和知识库有助于积累已有绿色设计经验（包括成功的经验和失败的教训），以便后续设计能有所借鉴，不走或少走弯路，减少损失。绿色产品设计数据是指在绿色设计过程中相关的数据；绿色设计知识是指支持绿色设计决策所需的规则。由于绿色设计涉及产品生命周期全过程，因此，这些数据和知识也是在全过程中收集和积累的。

绿色产品设计数据库和知识库，应包括产品生命周期中环境、经济、技术、对策等所有相关数据和知识，如：材料成分；各种材料对环境的影响值；材料自然降解或人工降解时间、费用；制造、装配、销售、使用过程中所产生的附加物数量及对环境的影响值；环境评估准则所需的各种判断标准、设计经验等。