第8章绿色设计

1、第8章 绿色设计张东编写8.1 概述 绿色设计 （Green Design）是20世纪80末出现的一股国际设计潮流，绿色设计反映了人们对于现代科技文化所引起的环境及生态破坏的反思，同时也体现了设计师道德和社会责任心的回归。 绿色设计的兴起和广泛应用正逐步改变着一贯以来以大量消耗资源为主的经济增长方式，改变着人们的生活方式和消费观念，它为人们提供了一种解决人-机-环境关系协调的系统设计方法，是可持续发展的必然要求。8.1.1 绿色设计的概念 绿色设计是指在产品及其寿命周期全过程的设计中，要充分考虑对资源和环境的影响，在充分考虑产品的功能、质量、开发周期和成本的同时，更要优化各种相关因素，使产品及

2、其制造过程中对环境的总体负面影响减到最小，各项指标符合绿色环保的要求。 其基本思想是：在设计阶段就将环境因素和预防污染的措施纳入产品设计之中，将环境性能作为产品的设计目标和出发点，力求使产品对环境的影响为最小。对工业设计而言，绿色设计的核心是“5R” 即节约资源，减少污染（Reduce）； 绿色生活，环保选购（Reevaluate）； 重复使用，多次利用（Reuse）； 分类回收，循环再生（reeycle）； 保护自然，万物共存（Reseue）等方面。 不仅要减少物质和能源的消耗，减少有害物质的排放，而且要使产品及零部件能够方便的分类回收并再生循环或重新利用。 8.1.2 绿色设计的必要性 以

3、往的工业设计始终没有把环境因素考虑其中，即在设计中没有融入绿色的概念，这也是其最大的不足之处，从而间接地给人类带来了一些不良的影响。 任何一种产品，无论其寿命有多长，但它最终避免不了因老化损坏被废弃的结局。以往的设计，因没有绿色的意识，造成产品被废弃后不可回收，不可重复利用，从而使产品废弃物越积越多。同样因为没有绿色设计意识，在设计中会选择一些有毒的材料或难以降解的材料，从而使产生的产品废弃物污染环境。 随着世界人口的剧增，产品废弃物生活垃圾产生的速度也越来越快，据报道，90年代以来，全世界每年要产生大约10亿吨生活垃圾，这几乎是整个人类体重的3倍。面对这堆积如山的垃圾，目前主要有3种处理方法

4、： （l）填埋； （2）焚烧； （3）堆肥。 但这都是“有污治污”的末端处理方法。且在处理过程中有可能产生二次污染。在新的世纪里，为了从根本上解决这排山倒海般的垃圾，减少污染，只有在工业设计中走绿色设计的道路。 在国与国之间进行贸易时，有些工业发达国家会利用其先进技术和环境优势、实行他们的所谓“环境标志”或“绿色标志”，制造一种最大的非关税贸易壁垒，即“绿色贸易壁垒”，使发展中国家面临不利的贸易态势。 没有绿色标志的产品，一些发达国家就会拒绝进口，在价格和关税方面也不给予优惠，并采取歧视性待遇从而使发展中国家蒙受巨大的经济损失。 为了克服这种绿色贸易壁垒，我们所能做的就是大力提倡绿色设计，从根

5、本上实现产品的绿色性。 8.2 产品的绿色设计 8.2.1绿色产品的定义和内涵 绿色产品是在不增加成本，不牺牲产品质量的条件下，在产品生命周期全过程中对生态环境无害或危害极小，资源利用率极高，能源消耗最低的产品。绿色产品具有丰富的内涵，其主要表现在以下几个方面:（1）优良的环境友好性，即产品从生产到使用乃至废弃、回收、处理处置的各个环节都对环境无害或危害甚小。（2）最大限度地利用材料资源，绿色产品应尽量减少材料使用量，减少使用材料的种类，特别是稀有昂贵材料及有毒、有害材料。（3）最大限度地节约能源，绿色产品在其生命周期的各个环节所消耗的能源应最少。8.2.2绿色产品的评价标准及其认证 绿色产品

6、至今尚无严格准确的行业标准，但从消费市场来看，目前得到公认的绿色标准包括以下三条:（1）产品在生产过程中少用资源和能源，并且不污染环境。（2）产品在使用过程中能耗低，不会对使用者造成危害，也不会产生环境污染物。（3）产品使用后可以和易于拆卸、回收、翻新或能够安全废置并长期无虑。北欧 欧盟 德国 瑞典 加拿大泰国 辛巴威 日本 克罗地亚 捷克各国绿色标志或称环境标志 印度 西班牙 匈牙利 奥地利 美国法国 荷兰 新加坡 新西兰 以色列 绿色产品的概念是20世纪70年代在美国政府起草的环境污染法规中首次提出的。 但真正的绿色产品首先诞生于前联邦德国，1987年该国实施一项被称为“蓝天使”的计划，对

7、在生产和使用过程中都符合环保要求，且对生态环境和人体健康无损害的商品，环境标志委员会则授予该产品绿色标志。目前，德国绿色标志产品己达7500多种，占其全国商品的30%。 其后日本、美国、加拿大等国也相继建立自己的绿色标志认证制度，以保证消费者自识别产品的环保性质，同时鼓励厂商生产低污染的绿色产品。 我国于1993年实行绿色标志认证制度，并制订了严格的绿色标志产品标准。 目前涉及七类产品，即家用制冷器具、气溶胶制品、可降解地膜、车用无铅汽油、水性涂料和卫生纸。中国大陆 香港地区 台湾地区图8-2 我国的绿色标志 我国的环境标志图形由青山、绿水、太阳和10个环组成，如图8-2所示。 中心结构表示人

8、类赖以生存环境，外围的十个环紧密结合，表示公众参与，其寓意为“全民联合起来，共同保护人类赖以生存的环境”。8.2.3 产品包装的绿色设计 绿色包装是指对生态环境和人体健康无害，能循环复用和再生利用，可促进持续发展的包装。 也就是说包装产品从原材料选择、产品制造、使用、回收和废弃物的整个过程均应符合保护生态环境的要求。 它包括了节省资源、能源，减量、避免废弃物产生，易回收复用再循环利用，可焚烧或降解等保护生态环境要求的内容。 绿色包装一般具有四方面的内涵，即材料最省、废弃物最少，且节省资源和能源； 易于回收再利用和再循环 废弃物燃烧产生新能源而不产生二次污染: 包装材料最少和自行分解、不污染环境

9、。 因此推行绿色包装的目标，就是要以保存最大限度的自然资源、形成最小数量的废弃物和最低限度的环境污染。8.2.4 绿色消费 绿色消费是一种追求健康，崇尚自然，有益于环境保护的消费方式，是人们为了生产和生活的需要，购买和消耗符合环境保护标准的商品。 也就是说是利用消费者的环境意识在市场上形成一个庞大的环保消费趋势，来引导企业生产和制造符合环境标准的产品，以达到保护环境，实现人类与环境和谐演进的目标。 绿色消费的兴起是人类社会生产力高度发展与自然环境再生能力下降矛盾尖锐化的结果。绿色消费是人类消费活动得到大自然无情报复之后的觉醒，是全新观念的理性消费，是带着环保意识的消费活动。 当人类的历史进入2

10、0世纪70年代后，随着环境问题恶化，人们的环保意识不断增强，尤其进入80年代，以保护环境为主题的“绿色运动”在全球逐步展开。 西方国家相继爆发了以“绿色食品”为主导的绿色革命。当人们在购买物品时，不仅仅关心产品功能、寿命、款式和价格，而且更加关心产品的环境性能，宁愿多花钱购买绿色产品。 据国外的一项消费调查表明，有75%以上的美国人表示，企业和产品的绿色形象会直接影响他们的购买行为在欧洲市场上有近一半的消费者购买产品时会考虑环保问题，其中94%的意大利人青睐于绿色产品，82%的德国人在消费产品时会注重环境因素，在亚洲、日本、韩国和香港等地的消费者也都热衷于绿色产品。8.3 绿色设计的原则与方法

11、8.3.1 绿色设计与传统产品设计 绿色设计是这样一种设计，即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，保证产品应有的基本功能、使用寿命、质量等。 绿色设计要求在设计产品时必须按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降低能耗、不产生毒副作用，其产品易于拆卸和回收，回收的材料可用于再生产。表8-1 绿色设计与传统设计的比较比较因素传统设计绿色设计设计目的为需求而设计为需求和环境而设计，满足可持续发展的要求设计依据依据用户对产品提出的功能、性能、质量及成本要求来设计依据环境效益和

12、生态环境指标与产品功能、性能、质量及成本要求来设计设计人员设计人员很少或没有考虑到有效的资源再生利用及对生态环境的影响要求设计人员在产品的构思及设计阶段，必须考虑降低能耗、资源重复利用和保护生态环境设计技术或工艺在产品设计、制造和使用过程中很少考虑产品回收处理（有也仅是有限的材材料回收），采取“末端治理”措施在产品设计、制造和使用过程中充分考虑可拆卸、易回收，不产生或产生最少的废弃物，从根本上消除了污染物的产生产品特性传统意义上的一般产品绿色产品或绿色标志产品8.3.2绿色设计的原则绿色设计与传统设计相比较应遵循以下原则：（1）资源最佳利用原则（2）能量消耗最少原则（3）最小污染原则（4）零损

13、害原则（5）技术先进原则（6）生态经济效益最佳原则8.3.3产品绿色设计的关键技术 在进行绿色产品方案设计时，设计师必须要了解到绿色设计是一种与技术结合很紧密的设计。 目前的绿色设计方法主要有生命周期设计，模块化设计，面向拆卸的设计，面向回收的设计、长寿命设计、节能设计、虚拟设计等。（1）生命周期设计 产品生命周期又称生命循环或寿命周期，是指产品从自然中来，到自然中去的全过程，即产品“从摇篮到坟墓”的整个生命过程各阶段。包括从自然中获取最初资源，经过开采、加工、再加工等生产过程形成最终产品，又经过产品存储、运输、销售、使用等过程，直至产品报废或处置，构成物质转化的一个生命周期。 生命周期设计实

14、际上是面向产品生命周期所有环节、所有方面的设计。（2）模块化设计 模块化设计就是对一定范围内的不同功能或相同功能不同性能，不同规格的产品进行功能分析的基础上，划分并设计出一系列功能模块，通过模块的选择和组合可以构成不同的产品，满足不同的需求。 任何一个产品，都是由若干具有一定功能的部件组成的。设计时将各个部件设计成一个个相对独立的模块，各模块间能方便地进行联接，每个模块也能方便地独立出来，这不但将简化整个产品的设计，而且可使产品的维修模块化，同时便于模块的重复使用和回收。（3）面向拆卸的设计表8-2可拆卸性设计准则目标设计准则减少拆卸的工作量减少所用材料的种类、采用互相兼容的材料、尽量将各部件

15、结合成模块、将有害材料组装成特定模块、有价值及可重复使用的零件应容易拆卸产品可预见性避免易老化及腐蚀材料的连接、避免零部件被污染和腐蚀易于拆卸减少紧固件数量、尽量采用相同的紧固方法、易于接近拆卸点、避免在塑料部件中嵌入金属件易于分离尽量避免二次处理（油漆、涂层、电镀等）、对不同材料进行标识或用颜色加以识别减少多样性利用标准零部件、最大程度的减少紧固件类型（4）面向回收的设计 产品在被用户使用完毕之后就进入了回收处理过程，为了对这些寿命结束的产品进行安全及时、经济可靠的处理，尽量减少其对环境的影响，需要对产品进行可回收设计。 可回收性设计是指:在产品设计初期充分考虑其零件材料的回收可能性、回收价

16、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，并对环境污染为最小的一种设计思想和方法。 面向回收的设计思想，使产品设计师能考虑产品生命周期的全过程，既减少了对环境的影响，又使资源得到充分利用，同时还明显降低了产品成本。（5）产品的长寿命设计 长寿命设计是指对产品功能和经济性进行分析的基础上，采用各种先进的设计理论和工具，使设计出的产品能满足当前和将来相当长一段时间内的市场需求。 产品的长寿命能有效地减少各种原材料、资源的使用，并相应地也减少产品报废、产品处理的费用。 一方面，长寿命设计通过分析产品及其零部件失效的原因，改进产品设计，从

17、而提高产品的质量、可靠性以及维修性，达到延长产品寿命的目的。 另一方面，长寿命设计并非一味地延长产品的生命期，而是利用模块化设计、开放性设计、可维修性设计、可重构性设计和技术预测以及软硬件的可升级设计等设计理论和方法，最大限度地减少产品过时和淘汰。（6）产品的节能设计 节能设计就是设计合理的产品结构、功能、工艺或利用新技术、新理论使产品在使用过程中消耗能量最少、能量损失最少。现在，越来越多的人都在关注产品在使用过程中所消耗的资源及其给环境带来的负担。 在产品的设计阶段，对其使用造成的能源消耗问题应给予足够的重视。 面向能源节省也关系到产品的储存和运输环节，产品的运输也需要消耗能源，产生污染。（

18、7）产品的虚拟设计 虚拟产品开发技术是建立在利用计算机完成产品开发过程构想的基础之上的。它以计算机仿真和产品全生命周期建模为基础。集计算机图形学、人工智能、并行工程、网络技术、多媒体技术和虚拟现实技术等诸多技术为一体，在虚拟条件下，对产品进行构思、设计、制造、测试和分析。 虚拟产品开发技术不仅可真正实现设计与过程的集成，同时还可以有效地组织市场信息、技术信息、资源信息等，促进异地分布式协同产品开发的实现，并为创新产品开发提供较好的运行条件和机制。 这项技术不仅能缩短产品开发周期，节省制造成本，而且还可以减少生产过程中不必要的浪费，对有效节约资源具有重要的意义。8.4 绿色设计流程 产品设计的设

19、计流程是指按照产品的一般规律，遵循分阶段按时间顺序模型展开的设计进程和步骤。 一般新产品开发流程大致有以下几个阶段:需求分析阶段-新构想发展的阶段-提案阶段-设计提案评估阶段-设计定案表现和细节设计-提案、移交-技术或生产单位。 而绿色设计过程一般需经历以下几个阶段：需求分析、提出明确的设计要求、概念设计、初步设计、详细设计和设计实施，如图8-3所示。图8-3 产品绿色开发流程图8.4.1绿色产品设计流程基本构架 由于绿色设计的目的是在设计出高质量、经济、有效的产品的同时也要尽可能考虑到产品各方面的环境因素。 产品的绿色设计流程主要包括以下几个阶段:绿色产品规划，绿色产品方案设计，绿色材料选择

20、，绿色设计方法，绿色包装设计等，详见图8-4。图8-4 产品绿色设计的流程8.4.2 绿色产品规划 产品规划是产品设计的前提，也是产品开发进程的第一阶段，产品规划中的决策错误必然导致产品开发全过程的徒劳和最终的失败。 产品规划的任务是在掌握技术发展和市场走向的基础上系统地寻找和选择有前途的产品作为开发对象，进而明确开发目标和要求，并制订企业产品开发的远期和近期计划。 绿色产品规划是指寻找和选择产品开发对象，使得在满足市场需求的前提下，产品生命周期全过程要符合生态环境保护要求。8.4.3 绿色产品方案设计 产品方案设计一般是指涉及产品原理、方法、总体布局、产品类型等方面的选择和设计，产品方案设计

21、的优劣将在很大程度上决定产品及其制造过程对环境的影响。 绿色产品方案设计是指选择和设计产品方案，使得在保证产品功能和质量以及其它必要条件的前提下，产品及其制造过程的资源利用率尽可能高、环境污染尽可能小。8.4.4 绿色产品材料选择（1）绿色材料的定义 绿色材又称环境协调材料 （Environmental eonscious Materials）或生态材料（Ecomaterials），是指那些具有良好使用性或功能，并对资源和能源消耗少，对生态环境污染少，有利于人类健康，再生利用率高或可降解循环利用，在制备、使用、废弃直至再生循环的整个过程，都与环境协调共存的一大类材料。 绿色材料的主要概念包括材

22、料本身的先进性（优质的、生产能耗低的材料）；生产过程的安全性（低噪声、无污染）；材料使用的合理性（节省的、可回收的）；以及符合现代工学的要求等。（2）绿色产品材料的选择原则 绿色材料是绿色设计的关键和前提，也是绿色设计选材的最终目标。 一般来说必须考虑避免有害物质、尽量选用天然材料或新型绿色材料、选用低能耗低成本材料、减少所用材料种类、所选材料应“物尽其用”等等。8.4.5 绿色产品结构设计 绿色产品结构设计的主要目标是采用尽可能合理和优化的结构，以减少资源的消耗和浪费，从而减少对环境的影响。 绿色产品结构设计主要可以从结构优化设计，标准化、模块化设计、可拆卸性设计、面向回收的设计、长寿命设计

23、等方面考虑。（1）简化产品结构 在满足产品功能要求的前提下，简化产品结构，尽量避免设计可有可无的零件，采用功能多样化和复合化的零件以及简单的联接方法，使整体装置的零件数减少，可大大减少资源消耗。（2）优化构件布置 在进行结构设计时，合理布置构件，使机构的结构紧凑，外廓尺寸减小，可减少产品的材料消耗。（3）改善构件受力状况 构件的受力状况从以下两方面影响材料消耗:第一，在满足同等承载能力的前提下，受力状况好的构件可采用较小的截面，材料消耗少；第二，受力状况好的构件，使用寿命长，减少因构件破坏失效而造成的资源损失。（4）改进零件的结构工艺性 具有良好结构工艺性的零件，不仅易于加工，降低废品率，而且

24、加工中的动力消耗和设备损耗少，无需专用设备。而结构工艺性差的零件不仅加工工艺复杂，耗费工时，容易出现工艺废品，而且需要专用刀、夹、量具才能加工，增加了设备损耗和制造专用工装的资源消耗。8.5 绿色设计的评价指标体系 较好的评价方法必须具有以下特点: （1）全面性 （2）协同性 （3）适用性 （4）指导性8.5.1绿色设计的生命周期评价方法 产品生命周期又称生命循环或寿命周期，是指产品从自然中来到自然中去的全过程，即产品“从摇篮到坟墓”的整个生命过程各阶段。包括从自然中获取最初资源，经过开采、冶炼、加工、再加工、等生产过程形成最终产品，又经过产品存储、批发、使用等过程，直至产品报废或处置，构成物

25、质转化的一个生命周期。 产品产生的环境问题不仅发生在产品的废弃处理的过程中，还同时发生在产品的制造、运输、流通、使用、以及产品及包装废弃物的回收处理等产品生命周期的其他阶段中。 生命周期评价 LCA（Life Cycle Assessment）是国际上普遍认同的评价方法之一。生命周期评价有效地考虑了产品整个生命周期与产品设计、制造和生命周期活动的相互作用。 生命周期评价即从产品最初的原材料采掘到产品使用后最终废弃物处理进行全过程的跟踪、定量分析与定性分析。8.5.2生命周期评价的步骤 LCA分析是评价产品在生命周期各个阶段对环境影响的最常用工具 国外的一些大学、研究机构和企业从不同的角度，应用

26、不同的方法和模型，开发了比较成熟的LCA分析软件 如荷兰的Eeo2it，Eeo2indieator99，CML2（2001），丹麦的EDIP/UMIP，瑞典的EPS2000，瑞士的Ecopoints1997等。一般来说LCA分析普遍包括以下4个步骤:（1）目的和范围的确定。它说明开展LCA的目的和意图、研究结果可能应用的领域，确定LCA的研究范围，保证研究的广度、深度与要求的目标一致。（2）清单分析。量化和评价所研究的产品在整个生命周期各个阶段，资源和能量使用以及环境释放的过程。（3）生命周期影响评价。将清单数据通过分类、特征化和加权，进一步与环境影响联系起来，让非专业的环境管理决策者更容易理

27、解。（4）解释。根据规定的目的和范围，综合考虑清单分析和影响评价的发现，从而形成结论并提出建议。8.6 绿色设计案例分析 8.6.1 多功能产品的绿色设计 在绿色设计理念下，多功能产品设计被赋予了新的内涵，它不再是多个功能的简单组合，而是在不增加成本、不浪费材料的前提下，扩展产品的功能，延长产品的使用寿命，尽可能地物尽其用。 通过模糊化多功能设计、相关功能集成设计、开发产品二次功能的设计、提升产品精神功能的设计等可实现产品的这种多功能化。1模糊化多功能设计 通常一件产品的使用功能是确定的，如座椅是用来坐的，桌子是用来支撑物品的，衣柜是用来存放衣物的。这些功能固定的产品已成为人们工作和生活中不可

28、缺少的用品。 随着经济的发展和生活水平的提高，各种新产品不断推出，产品更新换代加快，使用寿命逐渐缩短，很多产品不断地从生活中退出。被淘汰产品的结构件和材料并没有失效，只是由于产品的单一固定功能的淘汰，使产品不得不成为垃圾，从而造成资源的浪费，也给环境造成很大压力。 从绿色设计的角度，可以探索一种模糊化多功能设计方法。在新产品开发设计时，规划产品多种可能的模糊化使用功能，使用者可以发挥自己的想象力创造性地使用产品，使产品功能得到扩展和延伸。 经常变换使用功能，可避免单调乏味，保持产品的新鲜感，使产品不会因为功能单一而过早淘汰，从而延长产品的使用寿命。 模糊化多功能即一种产品存在多种可能的使用功能

29、。 如图8-5所示的Alex Hochstrasser设计制造的Bilibo玩具，从产品的外观形态看不出它是哪一种固定功能的产品。事实上，它具有多种产品的功能特征，比如具有盛装功能的盆形特征，具有座椅座面的形态特征，具有组合玩具的形态特征等。 图8-5 Bilibo玩具 图8-6是荷兰设计师J.P.Meulendijk设计的名为Shots的储酒柜。 当装满酒瓶时，一个个顺序摆放的酒瓶和谐地排列成一条漂亮的弧线，并且可以变换不同的放置方向，具有多种使用方式。 使用方式的变换增加了趣味性，延长了产品的使用寿命。这个储酒柜还具有摆放杂志等多种功能。图8-6 Shots储酒柜2相关功能集成设计 相关功

30、能集成设计方法，即把相关功能合理组合在一件产品中，在不增加成本和制作工艺的情况品的功能，设计出一物多用的多功能产品。 如图8-7所示的产品是一种多功能开瓶器，可以方便的开启易拉罐、密封的铁盖、旋转式盖子等，末端的压按式设计可以根据不同直径的瓶盖进行调节，还可吸附在冰箱上，从而巧妙地将各种功能结合在一起，提高了产品的利用率。图8-7 多功能开瓶器图8-8 椅子变桌子 图8-8所示的产品是新加坡设计师Jaren Goh设计的多功能产品“椅子变桌子”。 一件产品通过简单的折叠变化，可以具有椅子、桌子两种使用功能。 再如各种充电器等配件产品，出行携带多有不便。把这些功能相近的电子配件产品合理组合，相关

31、结构共用，设计出多功能的充电器等配件产品，既能减少材料的过度浪费，又能给使用者带来方便。3开发产品二次功能的设计 针对一次性产品使用寿命短的缺点，为了提高产品的使用率，可对一次性产品进行二次功能开发设计。 如为使饮料瓶二次利用而设计的辅助产品收纳瓶，去掉顶部，在剪口处用胶布处理一下就成了一个收纳瓶，可以当笔筒，插枝花也可以当做花瓶。剪下两个瓶子的顶端然后对接，瓶口刚好可以插入蜡烛，就成为了一个烛台，如图8-9所示。只要发挥一点绿色设计的理念，饮料瓶也能变身实用物品，使一次性饮料瓶重新焕发了生机，延伸了饮料瓶的使用功能，延长了产品的使用寿命，也为环保出了一份力。图8-9 饮料瓶二次利用设计4提升

32、产品精神功能的设计 当今人们要求产品在满足物质功能的同时也应具有更高层次的精神功能。人们倾向于简单易用、轻松活泼、充满趣味性的生活用品，要求产品具有丰富的文化内涵和情感特征。 由于人们对具有高层次精神功能的产品倾注了更多的情感，不会轻易遗弃，甚至会永久收藏，这就大大提高了产品的使用价值和寿命。 这种情感化设计已成为当今产品设计的发展趋势，并成为提升产品品质的重要手段。8.6.2 燕尾槽型墙壁板的绿色设计 从现有的墙壁板设计现状来看，我国大部分墙壁板采用的材料、墙壁涂料、胶粘剂、混凝土外加剂等有害物质超标，对使用者的健康产生负面影响。 随着经济的发展和人民生活水平的不断提高，人们开始追求安全、健

33、康、舒适的建筑环境，因而，关于墙壁板的绿色设计也随之应运而生。 新的墙壁板的设计方案需要符合绿色设计准则，满足产品材料循环使用的要求。具体设计方法如下：（1）墙壁板设计的材料选择 根据绿色设计材料选择的要求和原则，在墙壁板的设计中采用了塑木型材料（Wood-Plastic Composites简称WPC），是当今世界上许多国家逐步推广应用的新型材料。 该材料是以农作物秸秆等废弃物（农作物桔秆、皮壳、竹木屑等）为主原料，应用废旧塑料填充改性和高分子界面化学等技术手段，将经过加工处理的废旧热塑性塑料和加工粉碎的农作物及天然木材废弃物的木质粉与增容剂、稳定剂、偶联剂、胶合剂、润滑剂一起熔融、捏和、混

34、炼制成粒状或碎片状，为了配合顾客对产品颜色的特殊要求,有些产品还会含有少量的色粉，再经高温高压可直接挤出冷却而流变成型制品或把型材再装配最终产品。 原料中废弃物的利用比例可高达95%,不仅可节省大量宝贵的木材资源,而且不产生二次污染,保护生态环境,是一种用途非常广泛,发展前景极为宽广的可逆循环利用的优质“代木”材料。（2）墙壁板的可拆卸设计 生态设计的最直接的系统设计方法就是拆卸设计 通过拆卸的墙壁板，应使大部分零件可以重复使用或回收利用； 另外，通过拆卸使墙壁板的重组和维修更加便利。 为此提出了基于燕尾槽型的墙壁板绿色设计方法，如图8-10所示。图8-10 墙壁板三维立体图根据墙壁板的拆卸设

35、计准则，需先分析其可拆卸的经济性。图8-11表示了考虑拆卸时的墙壁板处置的总成本。1f2f3ff图8-11 墙壁板拆卸终止点的确定拆卸成本；处理成本；墙壁板回收成本；总回收成本。（3）墙壁板的标准化设计 1）墙壁板设计的标准化、通用化、模块化，简化了墙壁板的规格、数量； 2）在生产时，由于简化了墙壁板的规格数，便于质量控制，因此提高了加工精度和生产率，相应的延长了设备的使用寿命，降低了墙壁板的成本。 3）多功能的转换，在墙壁板的使用过程中，力争实现多种功能的转换，并持久耐用，例如，可以将废旧的燕尾型墙壁板拆卸后用于室外建筑用的活动板房墙壁，或用于电话亭、报亭的墙壁板，实现了多功能转换以延长使用

36、寿命。（4）墙壁板的可回收设计回收设计内容包括： 1）墙壁板可回收材料分析 2）回收工艺及方法 3）回收的经济性 4）回收墙壁板的结构工艺性8.6.3 暖通空调系统的绿色设计1工程概况 暖通空调设计中绿色概念的运用，需要考虑如何充分利用自然界的太阳能，同时也要注重选择节能设备和系统，以满足使用要求，力求节约能源，降低成本。 建筑面积约为71380m2，空调采暖面积为32872m2。整个建筑东西长123.7m，南北宽126.4m，地下1层为商场，地上1层为小商铺，地上2、3层为卖场及小商铺，地上4层为空调机房，空调用主机及冷却水塔也放在地上4层。表8-3 室内设计参数夏季冬季新风量/ m3/(人

37、h)噪声标准/ dB(A)温度/ C相对湿度/ %温度/ C相对湿度/ %室内参数263030552空调冷热源空调冷、热源由设在顶层一体化空调提供。其中设置1台500 RT的直燃太阳能机组，2台500RT的离心式冷水机组。夏季冷冻水供回水温度为7/12，冬季热水供回水温度为65/57，在空调系统运行时优先使用太阳能机组，以达到环保、绿色、节能。（1）一体化太阳能空调机组 小型非电空调的加热源在目前空调系统中主要以燃气为主，如果采用太阳能这种可再生能源替代燃气，可以节省很大一部分的运行费用。 该工程的计算冷负荷为5021 kW（1428RT），热负荷1760kW，通过分析比较后选用1台制冷量为5

38、00RT的太阳能空调制冷机组，充分利用太阳能这种可再生能源。 同时配置2台两制冷量为500RT三级离心式压缩机组。 在空调运行过程中优先使用太阳能空调机组，当该机组制冷量不能满足要求时开启离心式冷水机组。 太阳能制冷、制热过程中，如果空调负荷小于太阳能提供的能量，则将多余的能量输送到蓄能罐内储存起来。 在没有太阳能的时候再将储存的能量输送到空调系统中，同时还可以提供生活热水，从而全部利用所集热到的太阳能。图8-12 太阳能空调机组3太阳能空调主机能耗分析 设计太阳能吸收面板采用可跟踪太阳位置的跟踪面板，由于投射在水平面的和跟踪面的直射辐射不同，投射在水平面（北京地区）年平均值为620W/m2，

39、跟踪面的直射辐射平均值为830 W/m2，实际集热效率40%，则实际平均集热取值为332 W/m2。图8-13 弧型阳光跟踪面和采用平面集热板全年平均集热量对比图 如图8-13所示，图中系列1为平面集热板集热曲线，系列2为弧形阳光跟踪面集热板集热曲线。每块集热板集热面积为13.225 m2，共262块集热板。取年运行小时数为h=2400，则年回收的热量为276万kWh。年回收热量相当于天然气的耗量为（天然气热值为10kWh/m3）27.6万m3，相当于每年节省天然气总价值（天然气价格未来7年平均价取2.3元/m3）63.5万元，需要7年左右时间可以回收全部投资。 所以太阳能空调比一体化非电空调

40、每年节省运行费用74.2万元，20年生命周期内比一体化非电空调共可节省运行费用1480万元。4离心式制冷机组选择 为了弥补太阳能机组制冷量的不足，该工程还设置2台高能效、低噪声制冷量均为500 RT的离心式制冷机组，该机组采用三级压缩，将三级压缩、直接传动和二级经济器等先进技术集于一体，该机组的能效比高达7.85W/W（0.448 kW/Ton），机组效率比常规离心机组高16%25%。表8-4不同工况下费用比较机组满负荷运行耗电比较部分负荷运行耗电比较三级离心机组常规离心机组三级离心机组常规离心机组能效比/(kW/Ton)0.590.650.5090.57输入功率/kW590650509570

41、20年运行费用/万元849.6936733821节电费用/万元86.487.8注：电费以0.5元/（kWh）计算，机组平均每年运行4个月，每月运行30 天，每天运行12 小时；部分负荷计算时能效比采用NPLV值，如系统中有多台冷水机组同时运行，将节省更多电费。在以后空调系统的运行中，3台空调制冷主机优先使用太阳能空调机组，不足时再考虑离心制冷机组的开启。5空调冷却、通风、排烟系统设计（1）空调冷却系统 在大型公共建筑采暖空调能耗中，60%70%的能耗被输送和分配冷、热量的风机及水泵所消耗。在1年的大部分时间中空调系统都处于部分负荷运行，在部分负荷时若水泵的效率仍能保持较高水平将节省很大费用。

42、为了节约水泵能耗，节省运行费用，该工程设计中采用低噪声3台变频水泵，以根据室内负荷的变化水泵变频运行。并且空调机组的冷凝水统一回收，作为冷却塔的补水，把冷凝水的冷量和水量进行回收，可以提高冷却塔的冷却效率，同时可以降低冷却塔风机的运行能耗。（2）空调通风系统 1层大厅采用了置换通风空调方式，风口设在坐椅下部，新鲜空气直接送入工作区，并在地板上形成一层较薄的“空气湖”，送入的低温低速的新鲜空气置换掉室内的热空气，送风在重力作用下先蔓延至整个地板表面，随后在后继送风的推动和室内热源产生的热对流气流的卷吸提升作用下由下至上流动，形成室内空气运动的主导气流，最后在房间顶部排到室外，排风温度和浓度高于室

43、内。 采用环保的布袋风道，在送风量相同的情况下，布袋风道的出风面积可以达到铁皮风管出风面积的40倍左右，送风速度小，室内气流均衡能获得更好的室内气流环境。布袋送风时不易产生噪音，并有吸收环境噪音的功能。和普通风道相比，干净卫生，能够有效地防止细菌、霉菌的孳生，而且多次清洗之后仍然能够保持较好的抗菌性能，安装时可以节省超过80%的安装费用并且节约安装工时，可以节约一部分费用。（3）空调排风、排烟系统 室内空调回风管兼做排风管及消防排烟管，风管共用可节约一次能源。排风、排烟风机合用，采用双速风机。平时排风时风机低速运转，当发生火灾时由消防控制中心给出信号风机则转入高速运转状态。 设计中汽车库设置了

44、汽车尾气检测设备，尾气浓度达到了设定值后启动送排风系统，浓度低于设定值后送排风系统停止运行。这种通风方式与全天运行的汽车库通风系统相比可大量节省风机运转能耗，所以该系统更节能。同时，地下车库送、排风系统与火灾排烟系统合用，还部分地采用了人防、消防和排风共用风道，节约了一次投资。6控制系统设计 为了提高空气品质,在室内装设了CO2浓度测量仪，通过对室内CO2浓度的检测来控制空调机房新风管上的比例积分调节阀调整新风、回风的比例；同时室外安装温湿度传感器通过焓差来确定过渡季。 进一步在定风量系统中通过在室内设置的温度传感器来控制水管路上电动阀的开启度；令空调冷热水供回水系统根据负荷的变化确定冷水机组

45、及冷热水泵的开启台数。 而空调冷热水泵则由供回水管主干管压差控制变频泵的台数及频率，采用三级离心式冷水机组进行控制，可以方便有效地实现空调系统节能减耗，使机组达到较好的节能效果。 该暖通空调系统充分体现了绿色设计的概念，利用天然的可再生能源来消除空调负荷，降低传统空调中对能源的消耗，同时采用天然资源的方案大大减小了排放气体对自然环境的破坏，为用户提供了健康、舒适的环境。8.6.4齿轮加工机床的绿色设计 齿轮加工机床是一种技术含量高且结构复杂的装备，已成为汽车、摩托车、工程机械、风力发电和船舶等行业的关键设备。 特别是随着汽车工业和风力发电行业的高速发展，对齿轮的需求量日益增加，对齿轮加工的效率

46、、质量及加工成本的要求愈来愈高。 传统齿轮加工机床在加工过程中有以下特点：切削钢齿轮时，应用切削液可提高刀具寿命，改善加工表面质量，有利于排出切削热而不致引起机床的热变形；但是，高速切削过程中切削液的飞溅和形成的油雾对生态环境和人类特别有害，变质切削液的排放也会严重污染环境；机床漏油、混油现象严重；由于机床的材料用量、能耗、油耗及附加费用偏高，导致齿轮加工成本高，据日本三菱重工资料报道，湿式齿轮加工中消耗的切削液及切削液附加装置的费用占加工成本的20%左右；齿轮加工生产效率低下，加工质量差，已难以满足现代企业生产的要求。1齿轮加工机床特性分析 齿轮加工机床的生命周期过程包括齿轮加工机床设计制造

47、过程、齿轮加工生产过程以及机床淘汰或报废过程三个主要阶段。这三个阶段均不断地消耗物料、能量并产生环境排放，其各个阶段与资源环境交换过程如图8-14所示。 传统齿轮加工机床特性总结如表8-5所示。相比于其他机床，如车床、加工中心、镗床等，齿轮加工机床传动链较长、结构复杂、加工过程中切削油消耗大、油雾和油污污染严重、漏油混油现象严重以及切屑多等，这些特性是导致齿轮加工机床绿色性相对差的重要原因。图8-14 齿轮加工机床资源环境交换过程表8-5 传统齿轮加工机床特性阶段技术特征资源环境影响设计开发及建模分析传动链长、结构复杂、零件复杂多样、功能单一能效低、机床笨重、材料消耗大、零件通用性及重用性差制

48、造材料消耗大、制造工艺复杂、工艺过程多场地占用大、能耗大，材料及刀具、工装等辅助物料消耗大、劳动力密集使用精度低、生产效率低、柔性差、安全风险大、在使用过程中，油雾、漏油、混油等现象严重、可调整维护性差单位产能能耗大、工作环境油雾、油污污染大，导致生产安全性差、油污排放污染车间环境报废处理没有考虑回收重用问题造成资源循环重用率低下2齿轮加工机床绿色设计图8-15 齿轮加工机床绿色设计与制造技术框架（1）干式切削技术 冷却液在使用过程中的成本一般包括使用成本、购置成本、管理成本、工件清洁成本、铁屑与污油的分离成本、废液排放处理成本。 德国大众公司（Volkswagen）在一份统计分析报告中抱怨，

49、他们冷却液的使用成本甚至超过了刀具及其维护成本。 此外，冷却液的使用还是造成切削加工生态和车间环境污染以及操作者健康伤害的主要源头，随着人们环保意识的不断增强以及相关法规的日益严格，减少甚至消除冷却液的使用已成为必然趋势。 目前干切削新技术已成为绿色加工技术中的热点，并出现了微量润滑切削、冷风切削等准干切削新工艺。 当前倡导的干切削并不是简单地把原有工艺中的冷却液去掉，降低切削效率，而是进行传统切削工艺的重大变革，为新世纪提供一种清洁、安全、高效的新工艺。 在国外齿轮加工机床中，干式滚切技术得到了比较完善的发展，典型产品有日本MHI的GE150A系列滚齿机，德国里伯海尔（Liebherr）的L

50、C180系列滚齿机，美国格里森（Gleason）公司的Gleason 210H系列滚齿机等。 干式滚切加工机床的切削速度可达传统加工的5倍，生产效率可提高4倍左右。与湿式加工相比，干式滚切加工机床加工成本可降低45%，其中，刀具费降低40%，切削油费降低100%，电力费降低33%；加工的零件质量更高，而且干净清洁无油雾；干切屑工作环境得到改善，更加清洁、安全。 实现干式切齿技术需要解决的关键技术包括以下几项。1）高滚切速度。一般地，在干式滚切加工中，对于涂层（TiAlN）的高速钢滚刀线速度要求达到180m/min甚至更高；对于硬质合金钢滚刀线速度要求达到300m/min。2）切屑的快速分离。由

51、于温度高，切屑若不能快速脱离刀具、工件和机床，容易引起热变形，影响加工精度，因此必须快速有效地排除铁屑。3）高速滚刀。对比分析结果表明，干式滚切相对于常规加工而言，加工时间短，成本更低；采用粉末冶金高速钢滚刀甚至比采用硬质合金钢滚刀具有更好的干式滚切加工效果。（2）少无切屑加工技术 机械制造中用精确成形方法制造零件的工艺，称少无切屑加工。 齿轮冷轧机是一种无切屑的齿轮加工机床，属绿色加工技术。 但由于受冷成形加工特性的限制，虽然节约了原材料消耗，但加工过程中存在加工能耗高、噪声大以及加工能力有限等问题，仍有待大力推进其技术的发展。图8-16 一种可进行无屑加工的齿轮冷轧机（3）数控化技术 齿轮

52、加工机床的数控化改造有利于其设计与制造的绿色化，主要表现在:一、齿轮加工机床数控化改造有利于简化机床机械结构，从而减少机床原材料及其制造所需能源、辅料的消耗，节约资源，减少环境污染。二、采用数控程序，提高了机床的自动程度，大大缩短了机床调整时间，提高了生产率。三、切削速度、进给量等切削参数任意可调，提高了加工柔性，便于切削参数的优化。四、人机交互式界面，操作方便，而且通常采用密封加工方式，大大降低操作者的劳动强度，提高了操作的安全性，有利于劳动保护。（4）模块化及结构优化设计 齿轮加工机床的模块化设计是根据客户要求，在功能分析的基础上，设计出一系列具有不同用途（或性能）、结构，而功能相同的、可互换的共有功能模块（包括组件、部件、装置或系统等）和一些专用独立部件，然后通过模块的选择和组合来组装成不同性能和规格的齿轮加工机床的设计方法。 采用模块化设计，可以缩短交货期，快速响应市场，而且可提高产品质量，成本更低，性能更加稳定，有利于机床的再制造及维护，便于废弃后拆卸。 另外，在齿轮加工机床的设计过程中，还可采用各种结构优化技术，以改善机床的绿色性能。 如：用钢板焊接机床结构部分代替传统的机床铸件结构。由于铸造过程环境污染严重，能耗高，因此采用铸件床身或立柱结构不利于改善齿轮加工机床的绿色性能。采用钢板焊接