绿色设计的内涵、特点和原则
2023-02-28 来源： 智造苑
绿色设计对产品全生命周期的资源消耗和环境影响具有决定性的作用，影响度可达70%~80%，直接影响产品供应链、使用和回收再利用的绿色性[1]。绿色设计是在遍及全球的“绿色浪潮”冲击下诞生的现代设计方法，是时代发展的产物，是人类物质文明和精神文明不断提高的见证。随着人们环境保护意识的不断提高和各国环境保护政策的不断完善，绿色设计理念已逐渐成为各个地区、各行各业的设计潮流。
「 1. 绿色设计的概念及内涵 」
绿色设计的概念最早出现在20世纪70年代，当时的概念还不够清晰，经过多年的发展后，现在对绿色设计已经有了较为科学的定义[2]：绿色设计也叫生态设计（ecological design）、环境设计（design for environment）、环境意识设计（environment conscious design）。在产品整个生命周期内，着重考虑产品环境属性（可拆卸性、可回收性、可维护性、可重复利用性等）并将其作为设计目标，在满足环境目标要求的同时，保证产品应有的功能、使用寿命、质量等要求。产品绿色设计示意图如图1所示。
「 1. 绿色设计的概念及内涵 」
绿色设计的概念最早出现在20世纪70年代，当时的概念还不够清晰，经过多年的发展后，现在对绿色设计已经有了较为科学的定义[2]：绿色设计也叫生态设计（ecological design）、环境设计（design for environment）、环境意识设计（environment conscious design）。在产品整个生命周期内，着重考虑产品环境属性（可拆卸性、可回收性、可维护性、可重复利用性等）并将其作为设计目标，在满足环境目标要求的同时，保证产品应有的功能、使用寿命、质量等要求。产品绿色设计示意图如图1所示。
图1 产品绿色设计示意图
从绿色设计的定义中，可以得出其内涵主要表现在以下几个方面：
（1）绿色设计是面向产品的整个生命周期的设计。绿色设计在产品整个生命周期中应把产品的绿色程度作为设计目标，在设计过程中，充分考虑产品在设计开发、生产制造、包装运输销售、使用和维护、回收利用对环境造成的各种影响。
（2）绿色设计是可以在不同层次上进行的动态设计过程。通常可将绿色设计分为三个层次：第一层为治理技术与产品的设计，如“可回收性设计”“可拆卸设计”等，其目标是简化、减少或取消产品废弃后的处理处置过程及费用；第二层为清洁预防技术与产品的设计，目的在于减少生命周期各个阶段的污染；第三层次是为价值而设计，目的在于提高产品的总价值，而这种价值体系是人与环境的共同体。
（3）掌握绿色知识的设计人员是绿色设计的主体。设计人员在绿色设计过程中起着举足轻重的作用，他们必须将包括环境需求和用户需求在内的所有需求体现在产品的设计过程中，因此，必须注重人员的培养和知识的积累。
「 2. 绿色设计的特点 」
1）绿色设计是并行闭环设计
传统设计是一个串行设计过程，它的生命周期是指从设计、制造直至废弃的所有阶段，而产品报废后的各个环节则没有被考虑，因而是一个开环过程。传统产品设计过程如图2所示。
图2 传统产品设计过程
与传统设计相比，绿色设计的生命周期还包括产品使用结束后的回收利用阶段，实现了产品生命周期阶段的闭路循环，而这些过程在设计时必须被并行考虑，因而，绿色设计是并行闭环设计，其设计过程如图1所示。
2）绿色设计扩大了产品的生命周期
传统的产品生命周期是从“产品的生产到投入使用”为止，有时也成为了“从摇篮到坟墓”的过程；而绿色设计将产品的生命周期延伸到了“产品使用结束后的回收重用及废物处理”，也即“从摇篮到再现”的过程。这种扩大了的生命周期概念便于在设计过程中从总体的角度理解和掌握与产品有关的环境问题及原材料的循环管理、重复利用、废弃物的合理分类堆放等。只有对产品生命周期的各个阶段进行总体考虑，才能进行绿色设计的整体优化，绿色设计与产品生命周期的关系如图3[2]所示。
图3 绿色设计与产品生命周期之间的关系
3）绿色设计可以减缓地球上资源的消耗
绿色设计在设计之初不仅选择了能够与环境相适应并且可循环利用的产品，而且在产品的制造过程中采用合理的工艺，可以大大减少原材料的浪费。在产品报废之后，还可以对产品进行合理拆卸并从中回收可循环利用的材料，使其能够投入再生产中。因而产品在绿色设计过程中减少了对材料资源的需求，减缓了地球各类资源的消耗，保护了环境，有利于社会实现可持续发展。
4）绿色设计可以从源头上减少废弃物的产生
在进行产品绿色设计的过程中，设计师对产品的环境需求进行全面分析和充分考虑，合理地选择产品材料，优化产品结构，从一开始就可以有效地防止废弃物的产生，有利于保护环境，维护生态系统平衡。现如今，工业化国家每年要生产大量的垃圾，垃圾处理则成为颇为棘手的问题。通常采用的填埋法不仅占用了大量的土地，而且会造成二次污染。绿色设计将废弃物的产生消灭在萌芽状态，可使其数量降低到最低限度，大大缓解垃圾处理的矛盾。
5）绿色设计是以改善生态环境、满足人们需求为目标
绿色设计要求全面考虑从原材料提炼、材料加工、部件制造、产品装配、产品包装、产品运输、产品使用、产品废弃后的回收利用和处理等整个生命周期中对环境造成的总负荷为最小。绿色设计的产品不仅不能损害人体健康，而且应有益于人体，具有多功能化，能满足不同人的需要，如抗菌、除臭、隔热、阻燃、调温、调湿、消磁、放射线、抗静电等。
6）绿色设计是一个价值创新过程[5]
绿色产品设计是在产品系统设计框架内对产品环境效能的充分考量，其具体过程是对与产品相关的生产、流通、使用以及回收等多个系统流程进行综合创新以及调校的复杂工程。该过程同时还是一个价值创新过程：成功的产品开发不但能为制造者带来商业利润、为使用者带来功能价值，还会因其优秀的系统特性为与之构成某种系统关系的相关产品带来新价值。比如良好的拆卸性能不但会节约装配时间进而降低生产成本，同时也能为产品的回收处置创造新价值。
简单来说，绿色设计具有两个明显特点[4]：一是在设计中应考虑设计对象的整个生命周期；二是设计人员应在确保产品正常功能的同时，优先考虑设计对象的环境属性，从而减少环境污染，节约资源。
「 3. 绿色设计与传统设计 」
传统设计过程中的不足主要表现在以下几个方面[5]：
（1）产品开发的各个环节顺序（串行）进行，反复次数多，开发周期长，开发费用高；
（2）产品开发过程很少考虑产品的环境属性，结构复杂，拆卸回收难度大，造成大量的资源、能源浪费，并且污染环境；
（3）产品设计人员的环境意识不强，对绿色产品和绿色设计的认识很不明确；
（4）传统设计的产品难于适应市场竞争和持续发展的需要。
传统设计是绿色设计的基础，没有传统设计，那么绿色设计就无从谈起——任何产品首先都必须具有所要求的功能、质量、寿命和经济性，否则绿色程度再高的产品也是没有实际意义的。绿色设计是对传统设计的补充和完善，传统设计只有在原有设计目标的基础上将环境属性也作为产品的设计目标之一，才能使所设计的产品满足绿色性能要求，具有市场竞争力。绿色设计和传统设计在设计依据、设计人员、设计工艺和技术、设计目的等方面都存在着极大的不同，绿色设计与传统设计的比较见表1。
表1 传统设计与绿色设计的比较
从表1传统设计与绿色设计的比较中可以看出，绿色设计区别于传统设计的很大一个地方就是绿色设计的目的不仅考虑消费者的需求，还更多地考虑产品设计与环境之间的关系，向着可持续发展而努力。绿色设计要求在进行产品设计时，必须按照环境保护的指标选用合理的原材料、结构和工艺，在制造和使用过程中，尽可能地降低能耗和减少原材料的使用，不产生对环境有害的物质，并且产品要易于拆卸和回收，回收的材料要能够重复使用，对无回收价值的产品进行无害化处理以致不污染大气、水质等，并尽可能地减少废弃物的产生。
「 4. 绿色设计的主要内容 」
绿色设计研究的主要内容包括：绿色产品概念设计、绿色产品详细设计、面向绿色设计的产品生命周期评价、绿色设计数据库和知识库等。
1）绿色产品概念设计
在绿色产品概念设计阶段通过进行有效的绿色需求分析，可以了解产品在生命周期各个阶段的影响方式和程度，明确绿色设计的任务，为后续的绿色设计过程奠定基础。绿色产品概念设计主要内容如表2所示。
「 4. 绿色设计的主要内容 」
绿色设计研究的主要内容包括：绿色产品概念设计、绿色产品详细设计、面向绿色设计的产品生命周期评价、绿色设计数据库和知识库等。
1）绿色产品概念设计
在绿色产品概念设计阶段通过进行有效的绿色需求分析，可以了解产品在生命周期各个阶段的影响方式和程度，明确绿色设计的任务，为后续的绿色设计过程奠定基础。绿色产品概念设计主要内容如表2所示。
表2 绿色产品概念设计主要内容
2）绿色产品详细设计
绿色产品详细设计是建立在概念设计阶段制定的产品设计方案的基础上，进行的产品具体结构设计，其主要内容如表3所示。
表3 绿色产品详细设计主要内容
3）面向绿色设计的产品生命周期评价
生命周期评价（life cycle assessment，LCA）是指对一个产品系统的生命周期中输入、输出及其潜在环境影响的汇编和评价，具体包括互相联系、不断重复进行的四个步骤：目的与范围的确定、清单分析、影响评价和结果解释。生命周期评价是一种用于评估产品在其整个生命周期（即从原材料的获取、产品的生产直至产品使用后的处置）中对环境影响的技术和方法。
4）绿色产品设计数据库和知识库
绿色产品设计数据库应包括产品寿命周期中与环境、经济等有关的全过程数据，如材料成分、各种材料对环境的影响值、材料自然降解周期、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等。绿色产品设计知识库是指产品进行绿色设计的一切活动所依据的标准和规则，它是基于产品开发的过程提出的，是产品全生命周期设计内容的概括、分析和总结，并以一定的形式记录和储存起来，支持产品的绿色设计。
「 5. 绿色设计的原则 」
1）资源最佳利用原则
资源最佳利用原则[6]主要包括两个方面的内容：一是在选用资源时，应从可持续发展的观念出发，考虑资源的再生能力和跨时段配置问题，不能因资源的不合理使用而加剧枯竭危机，尽可能使用可再生资源；二是在设计时尽可能保证所选用的资源在产品的整个生命周期中得到最大限度的利用。
2）能量消耗最少原则
能量消耗最少原则主要包括两个方面的内容：一是在选用能源类型时，应尽可能选用太阳能、风能等清洁型可再生一次能源，而不是汽油等不可再生二次能源，这样可有效地缓解能源危机；二是从设计上力求产品整个生命周期循环中能源消耗最少，并减少能源的浪费，避免这些浪费的能源可能转化为振动、噪声、热辐射以及电磁波等。
3）“零污染原则”
绿色设计应彻底抛弃传统的“先污染，后处理”的末端治理环境的方式，而要实施“预防为主，治理为辅”的环境保护策略[7]。
4）“零损害”原则
绿色设计应该确保产品在生命周期内对劳动者（生产者和使用者）具有良好的保护功能，在设计上不仅要从产品制造、使用环境以及产品的质量和可靠性等方面考虑如何确保生产者和使用者的安全，而且要使产品符合人机工程学和美学等有关原理，以免对人们的身心健康造成危害。
5）技术先进原则
绿色设计要使设计出的产品为“绿色”，要求采用最先进的技术，而且要求设计者有创造性，使产品具有最佳的市场竞争力。
6）生态经济效益最佳原则
绿色设计不仅要考虑产品所创造的经济效益，而且要从可持续发展的观点出发，考虑产品在生命周期内的环境行为对生态环境和社会所造成的影响带来的环境生态效益和社会效益的损失。也就是说要使绿色产品生产者不仅能取得好的环境效益，而且能取得好的经济效益，即取得最佳的生态经济效益[8]。
参考文献
[1] 曹华军,李洪丞,曾丹,等.绿色制造研究现状及未来发展策略[J].中国机械工程,2020,031(002):135-144.[2] 刘志峰,刘光复.绿色设计[M].北京:机械工业出版社,1999.[5] 任新宇,王倩.论绿色产品设计的特征及策略[J].设计,2018(08):108-110.[4] Bai K. A Study on the Application of Green Design Theory in Environmental Art Design[J]. IOP Conference Series Materials Science and Engineering, 2019, 484:012051.[5] 刘志峰,刘光复.绿色制造[M].中国科学文化出版社,2002.[6] Zheng Z F, Su K. The Development of Green Design and Research on Product Design for Recycling[J]. Applied Mechanics & Materials, 2014, 686:702-706.[7] Anastas P T, Zimmerman J B. Design through the 12 principles of green engineering[J]. Environmental Science & Technology, 2003, 37(5)::94A.[8] 傅志红,彭玉成.产品的绿色设计方法[J].机械设计与研究, 2000.
引自：《绿色设计》（作者：张雷、刘志峰、鲍宏、李磊）
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