董瑋利 李玉祥 宋尚義 劉振宇

1.青島海爾智能技術(shù)研發(fā)有限公司 山東青島 266101；2.數(shù)字化家電國家重點實驗室 山東青島 266101

1 引言

人類社會在發(fā)展進(jìn)步的過程中，始終伴隨著環(huán)境能源約束和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的矛盾，近三十年來，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅猛，這一矛盾也不斷凸顯，當(dāng)前我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式正發(fā)生深刻變革，從粗放型經(jīng)濟(jì)增長向集約型增長方式轉(zhuǎn)變，這為制造業(yè)的生產(chǎn)提出了更高的要求，同時也帶來了不少機(jī)遇。

傳統(tǒng)產(chǎn)品及其設(shè)計往往更偏重產(chǎn)品功能與生產(chǎn)成本，忽視了產(chǎn)品的環(huán)保性能，某些產(chǎn)品在生產(chǎn)制造過程中甚至引入了對人體和環(huán)境有害的物質(zhì)，如各種揮發(fā)性有機(jī)溶劑、重金屬、有毒化學(xué)物質(zhì)、放射性物質(zhì)等，使人們在享受其功能的同時，也付出沉重的健康代價。在綠色設(shè)計原則指導(dǎo)下生產(chǎn)的綠色產(chǎn)品則可以很大程度上規(guī)避上述情況的發(fā)生。

為防止或減少報廢電子電氣產(chǎn)品對環(huán)境的污染，歐盟在2003年2月13日發(fā)布了《報廢電子電氣設(shè)備指令》（WEEE指令）和《關(guān)于在電氣電子設(shè)備中禁止使用某些有害物質(zhì)指令》（RoHS指令）。RoHS指令要求自2006年7月1日起在歐盟市場禁止銷售含有鉛、汞、鎘、六價鉻、聚溴二苯醚和聚溴聯(lián)苯6種有害物質(zhì)的電子電氣設(shè)備；WEEE指令要求對報廢的電子電氣設(shè)備分類回收和循環(huán)利用。美國、日本等國也較早建立了環(huán)保法規(guī)體系，對綠色產(chǎn)品及其設(shè)計提出了嚴(yán)格的法律要求。這些國家和地區(qū)是我國家電產(chǎn)品的主要出口市場，我們無論從適應(yīng)出口國的法律法規(guī)要求方面考慮，還是從我國經(jīng)濟(jì)模式轉(zhuǎn)型的宏觀視角出發(fā)，我們企業(yè)都應(yīng)該采取積極措施改進(jìn)設(shè)計和工藝，嚴(yán)把原材料采購和產(chǎn)品制造質(zhì)量，對家電產(chǎn)品進(jìn)行綠色設(shè)計。

2 綠色設(shè)計

綠色設(shè)計是指在產(chǎn)品及其生命周期全過程的設(shè)計中，要充分考慮對資源和環(huán)境的影響，在充分考慮產(chǎn)品的功能、質(zhì)量、開發(fā)周期和成本的同時，優(yōu)化各種相關(guān)因素，使產(chǎn)品及其制造過程中對環(huán)境的總體負(fù)影響減到最小，使產(chǎn)品的各項指標(biāo)符合綠色環(huán)保的要求，也就是高效利用資源和能源以獲得與環(huán)境相協(xié)調(diào)的產(chǎn)品為目的的設(shè)計。綠色設(shè)計考慮了產(chǎn)品的整個生命周期過程（包括設(shè)計、制造、運輸、銷售、使用、廢棄處理、資源再生），它在傳統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)上更加突出了產(chǎn)品的環(huán)境屬性（自然資源的合理利用、對環(huán)境和人的影響、可拆卸性、可回收性、可重復(fù)利用性等），并將其作為設(shè)計目標(biāo)。因此，綠色設(shè)計的原則既包括傳統(tǒng)設(shè)計所要求的技術(shù)先進(jìn)性，又被賦予新的環(huán)境協(xié)調(diào)性內(nèi)涵，其設(shè)計原則如下。

2.1 技術(shù)先進(jìn)性原則

技術(shù)先進(jìn)性是傳統(tǒng)設(shè)計所追求的目標(biāo)之一，也是綠色設(shè)計的基本要求。綠色設(shè)計特別強調(diào)在產(chǎn)品的生命周期過程中采用先進(jìn)的技術(shù)或裝備，來保證安全、可靠、高效、經(jīng)濟(jì)地實現(xiàn)產(chǎn)品的各種功能要求，保證產(chǎn)品生命周期全過程具有很好的環(huán)境協(xié)調(diào)性。

2.2 環(huán)境協(xié)調(diào)性原則

綠色設(shè)計強調(diào)在設(shè)計中通過在產(chǎn)品生命周期的各個階段中應(yīng)用各種先進(jìn)的綠色技術(shù)和措施使得所設(shè)計的產(chǎn)品具有節(jié)能降耗、保護(hù)環(huán)境和人體健康等特性。環(huán)境協(xié)調(diào)性原則主要體現(xiàn)在對資源和能源的有效合理利用、對環(huán)境污染最小、產(chǎn)品安全舒適等方面。

2.3 最佳綜合效益原則

綠色產(chǎn)品及其設(shè)計并不排斥經(jīng)濟(jì)合理性，也不是人們想象中的高投入低效益。經(jīng)濟(jì)合理性是綠色產(chǎn)品及其設(shè)計中必須考慮的因素之一，一個產(chǎn)品或設(shè)計方案若不被市場接受，就沒有生命力，不可能有長遠(yuǎn)的發(fā)展。綠色產(chǎn)品及其設(shè)計不僅要考慮企業(yè)自身的經(jīng)濟(jì)效益，更要從環(huán)境角度出發(fā)，考慮產(chǎn)品全生命周期的環(huán)境影響，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會效益的統(tǒng)一。

3 綠色設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)

綠色產(chǎn)品及其設(shè)計的技術(shù)先進(jìn)性、環(huán)境協(xié)調(diào)性和最佳綜合效益原則是由一些關(guān)鍵技術(shù)來實現(xiàn)和保證的，包括環(huán)保材料的選擇、易拆卸設(shè)計、產(chǎn)品的可回收設(shè)計、廢棄物再生及其資源化處理、產(chǎn)品的生命周期評價等。

3.1 環(huán)保材料的選擇

綠色產(chǎn)品中原材料必然是環(huán)保的，難以想象由含有各種有害物質(zhì)的零部件組成的產(chǎn)品會成為綠色產(chǎn)品。環(huán)保材料的選擇包括各種易降解或生物降解材料、天然材料、易于回收和再利用的材料，或者無法回收和再利用但廢棄后對環(huán)境影響小的材料。

中國家電企業(yè)在不斷搶入國際市場的過程中面臨非常多的挑戰(zhàn)，其中RoHS指令中禁止使用的六類有害物質(zhì)在我國家電中的使用是很普遍的，雖然已經(jīng)有了一些相應(yīng)的替代技術(shù)，如表1所示，但仍需要在實際中進(jìn)一步驗證和完善，需要產(chǎn)業(yè)鏈上的諸多配套企業(yè)集體努力，同時這將極大地影響我國機(jī)電產(chǎn)品在價格方面的競爭力。

3.2 面向拆卸的設(shè)計

家電企業(yè)設(shè)計產(chǎn)品時往往只關(guān)注產(chǎn)品中零部件的裝配性，很少考慮將來產(chǎn)品的拆卸問題。但隨著國家廢舊家電基金政策的實施，廢舊家電拆解企業(yè)在實際拆解家電過程中遇到了許多難拆解問題。因此，產(chǎn)品的拆卸是產(chǎn)品回收再利用的前提，直接影響產(chǎn)品的拆解效率和再利用率。

產(chǎn)品零部件的良好裝配性與易拆卸性這兩個方面往往是矛盾的，但若要使廢棄產(chǎn)品的零部件可以被再使用，那么這些零部件必須能夠并且方便地拆卸；如果廢棄產(chǎn)品的材料經(jīng)過采用一定的再生技術(shù)可以被再利用，這就需要組成這些零部件的材料能夠并且方便進(jìn)行分離。因此，面向拆卸的設(shè)計思想和方法也就必不可少。

拆卸性設(shè)計就是在產(chǎn)品的設(shè)計階段，讓產(chǎn)品具有良好拆卸性能的設(shè)計方法，主要包括以下原則：

（1）盡可能使用兼容性能好的材料。這一點與回收性設(shè)計的原則相同，材料種類越少，越有利于拆卸與分離。使用兼容性能好的材料組合，則可以減少拆卸回收的工作量。

（2）在產(chǎn)品功能滿足要求的前提下，考慮到將來的拆卸和回收，盡量簡化設(shè)計，以減小拆卸難度。如盡量采用可拆卸性聯(lián)接(螺紋聯(lián)接、機(jī)械扣合等)來代替不可拆卸聯(lián)接(鉚接、焊接與粘結(jié)等)，盡量采用容易拆卸的聯(lián)接(機(jī)械扣合等)來代替費時費力的聯(lián)接(螺紋聯(lián)接、鉚接等)；

（3）盡量使用結(jié)構(gòu)和功能相近的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、通用化零部件，這可減少拆卸工具的數(shù)量和種類，易于實現(xiàn)拆卸、更換和重用。

3.3 面向回收的設(shè)計

面向回收設(shè)計是指在產(chǎn)品的設(shè)計階段，就要充分考慮零部件和材料回收的可能性、回收價值和回收處理方法等，以達(dá)到零部件和材料的有效再利用，并在回收過程中對環(huán)境污染最小的一種現(xiàn)代設(shè)計方法。

減少產(chǎn)品對環(huán)境的影響，節(jié)省能源和資源是綠色產(chǎn)品設(shè)計的根本目標(biāo)，合理的回收設(shè)計和方法會產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。我國目前廢棄產(chǎn)品幾乎全部采用手工野蠻分解，氟利昂等有害物質(zhì)隨意排放到大氣中，環(huán)保效果不理想。歐盟WEEE指令要求資源再利用率在80%左右，而我國剛開始這方面的實踐，在環(huán)保材料的選擇、安裝連接形式、易于回收利用的結(jié)構(gòu)設(shè)計等方面都是剛剛起步，還有很多急需開展的工作。

表1 RoHS指令中六類有害物質(zhì)的危害和解決方法

機(jī)電產(chǎn)品回收利用的層次由高到低分別是產(chǎn)品級、部件級、零件級和材料級。對于前三種，回收的目的在于整體重新利用，繼續(xù)利用其功能，屬于較深層次，重用的程度與它們的性能、可靠性和剩余壽命相關(guān)。材料級回收利用則是經(jīng)過分類回收后直接進(jìn)入原材料領(lǐng)域，用于再生產(chǎn)新零部件。

國內(nèi)外大型家電公司均在積極推動面向回收的設(shè)計?；厥赵O(shè)計的原則包括盡量采用可回收材料制造、零部件盡量采用同一種材料、所有可回收零部件上標(biāo)明材料名稱及回收標(biāo)志、將零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計得易于拆卸、減少回收的成本；對個別含有有害物質(zhì)的零部件采用密封設(shè)計，以防回收過程中對環(huán)境造成污染；另外一點就是避免金屬和塑料相互嵌入而造成材料分離困難。

筆者所在的項目小組在廢舊冰箱的回收利用中也進(jìn)行了諸多卓有成效的探索，如：用制冷劑回收機(jī)集中回收制冷劑，過濾檢測后可用于維修部門；拆下的主要零部件（如壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、冷凝器、玻璃、線路板等）做修理時的備件重用；將冰箱殼體破碎并集中回收發(fā)泡劑，然后利用磁力、風(fēng)力、比重等分選技術(shù)將鋼鐵等金屬材料及各種塑料分類分選出來，作為再生原料使用。通過這些嘗試，廢舊冰箱真正實現(xiàn)了變廢為寶，最大程度上減少了對環(huán)境的危害。

3.4 面向產(chǎn)品的生命周期評價

生命周期評價（LCA）主要是針對環(huán)境問題提出的，但它也是綠色設(shè)計分析和評價的方法。LCA不僅包括環(huán)保材料的選擇、易拆卸設(shè)計、可回收設(shè)計、廢棄物再生及其資源化處理等綠色設(shè)計的內(nèi)容，更強調(diào)了在產(chǎn)品的生命周期全過程實現(xiàn)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的最佳匹配。也就是說，生命周期評價既要考慮產(chǎn)品從原材料提取到報廢后回收處理及再利用的整個過程，還要考慮產(chǎn)品自身的功能和性能。它是在產(chǎn)品整個生命周期中對與產(chǎn)品有關(guān)的各類技術(shù)、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)信息進(jìn)行匯集、測定和分析的一種系統(tǒng)方法。生命周期評價有助于獲得目標(biāo)信息在產(chǎn)品生命周期各個階段中的具體情況和在整個過程中的總體情況，為產(chǎn)品改進(jìn)提供完整、正確信息。

4 結(jié)束語

資源短缺、環(huán)境污染加重、人民生活水平和環(huán)境意識的提高，從不同方面推動了綠色產(chǎn)品的應(yīng)用及普及。綠色和環(huán)保產(chǎn)品已經(jīng)成為一種消費時尚，綠色設(shè)計是家電行業(yè)甚至制造業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢，綠色設(shè)計現(xiàn)已成為廣大用戶對未來產(chǎn)品的共識定義。做好家電產(chǎn)品的綠色設(shè)計工作將會對環(huán)境和資源產(chǎn)生積極影響，為循環(huán)經(jīng)濟(jì)提供強有力支持。

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