基于低碳與成本約束的機(jī)電產(chǎn)品包裝概念設(shè)計(jì)

邱定春

(廣東晟豐建設(shè)工程有限公司,廣東 東莞523000)

我國(guó)是世界上最大的機(jī)電出口國(guó)之一，每年出口到國(guó)外的機(jī)電產(chǎn)品為我國(guó)增加了大量的外匯收入，也為推動(dòng)我國(guó)的外貿(mào)發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)。然而，與此同時(shí)，每年用于出口機(jī)電產(chǎn)品包裝所需的原木數(shù)量也達(dá)到了驚人的地步。資料顯示,僅2012年就達(dá)到了1000m3，折合森林固碳達(dá)到47.6萬t。可見，從碳排放的角度來審視，機(jī)電產(chǎn)品包裝與當(dāng)前我國(guó)追求低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展的目標(biāo)產(chǎn)生了嚴(yán)重沖突，與《京都議定書》等一系列的國(guó)際環(huán)保法令宗旨也格格不入；從企業(yè)經(jīng)營(yíng)效益來看，也提高了產(chǎn)品的成本，影響到了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。如何從實(shí)現(xiàn)低碳和控制成本的角度來設(shè)計(jì)機(jī)電產(chǎn)品的包裝概念，成為國(guó)內(nèi)外機(jī)電行業(yè)一個(gè)亟待解決的重要課題。

近年來，包括美、日、韓在內(nèi)的一些發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體，紛紛致力于機(jī)電產(chǎn)品代木包裝材料的研發(fā)，我國(guó)在這一課題的研究雖然起步較晚，但是也在包裝材料生產(chǎn)設(shè)備的低碳低溫制造領(lǐng)域取得了一些突破。不過，機(jī)電產(chǎn)品包裝低碳與成本的綜合優(yōu)化問題還僅僅是看見了冰山一角，尚需開展進(jìn)一步的研究和探索。

1 基于低碳與成本約束的機(jī)電產(chǎn)品包裝模式

機(jī)電產(chǎn)品的包裝，受到客戶需求和產(chǎn)品物性的約束，產(chǎn)品的工件規(guī)格、運(yùn)輸方式和去向等信息決定了對(duì)產(chǎn)品的包裝形式，基于低碳和低成本約束的機(jī)電產(chǎn)品包裝概念設(shè)計(jì)，是對(duì)包裝“雙需求”約束下的平衡和優(yōu)化，因而，它需要對(duì)傳統(tǒng)的包裝模式進(jìn)行繼承和創(chuàng)新，也就是將過去那種包裝概念設(shè)計(jì)的需求分析——功能原理設(shè)計(jì)——方案形成的流程進(jìn)行分解和變形，成為：需求層——方法層——技術(shù)層——方案形成的模式，使低碳與成本控制在方法選擇與技術(shù)實(shí)現(xiàn)中得到約束，這也是對(duì)“雙需求”約束和“雙低”約束的分解，為“雙低”約束的實(shí)施選擇了獨(dú)立可行的途徑。

2 機(jī)電產(chǎn)品包裝概念設(shè)計(jì)低碳與成本的計(jì)算模型

2.1 機(jī)電產(chǎn)品包裝概念設(shè)計(jì)低碳計(jì)算模型

產(chǎn)品包裝的碳足跡可以分為實(shí)體碳足跡（LEn）和過程碳足跡（Lpr）兩個(gè)部分：

Lpk為機(jī)電產(chǎn)品包裝生命周期在概念設(shè)計(jì)階段的可控碳足跡。

實(shí)體與過程碳足跡的碳源除二氧化碳外，還應(yīng)該包含其他溫室氣體(Greenhouse gas,GHG)排放源，GHG排放應(yīng)按溫室氣體的質(zhì)量衡量，并由全球增溫潛勢(shì)(Global warming potential,GWP)系數(shù)轉(zhuǎn)換成 二氧化碳當(dāng)量排放，

式中的Gi表示第i類GHG氣體的GWP系數(shù),Mi表示第i類GHG氣體排放量。

對(duì)于機(jī)電產(chǎn)品包裝而言，GHG的排放源可以分為土地變化、能源使用、設(shè)備運(yùn)行、物流運(yùn)輸、化學(xué)反應(yīng)與廢棄物處理等等，各種因素的碳足跡計(jì)算要遵循下列原則。

（1）納入產(chǎn)品生命周期碳足跡計(jì)算的應(yīng)當(dāng)包括非二氧化碳的GHG氣體(如降解產(chǎn)生的CH4)、用于原材料轉(zhuǎn)變的GHG排放以及所有能源消耗或直接GHG排放源。但是，基于生物碳源產(chǎn)生的二氧化碳應(yīng)當(dāng)排除在外。如一般木質(zhì)包裝材料的選取是建立在土地、森林以及固碳損失的基礎(chǔ)上，因此應(yīng)當(dāng)納入碳足跡計(jì)算中；而生物質(zhì)秸稈包裝材料是對(duì)農(nóng)作物的廢物利用，因秸稈損失的固碳不應(yīng)該納入評(píng)估，不過，秸稈材料加工與合成的GHG排放與成本則應(yīng)當(dāng)計(jì)算在內(nèi)。

（2）用于機(jī)電產(chǎn)品包裝的資產(chǎn)性商品的生產(chǎn)所產(chǎn)生的GHG在碳足跡計(jì)算時(shí)無需加以考慮，如貼標(biāo)機(jī)、生產(chǎn)裹包機(jī)等儀器設(shè)備產(chǎn)生的GHG排放。而諸如濕度控制、溫度控制、貨架倉儲(chǔ)搬運(yùn)消耗等由于機(jī)電產(chǎn)品包裝存儲(chǔ)而消耗的成本和能源在碳足跡計(jì)算時(shí)要予以考慮。

（3）碳足跡計(jì)算不能包含機(jī)電產(chǎn)品包裝各個(gè)環(huán)節(jié)中的的人體體能(如人工貼標(biāo))或運(yùn)送人工產(chǎn)生的GHG排放；但是物流運(yùn)輸系統(tǒng)排放以及運(yùn)輸工具的空載返程或部分路段空載的排放量則要納入計(jì)算。

（4）機(jī)電產(chǎn)品包裝回收再利用所產(chǎn)生的GHG排放要納入碳足跡計(jì)算，其計(jì)算方法應(yīng)以其生命周期排除使用階段的總排放量除以其預(yù)計(jì)再利用的次數(shù)。

基于以上碳足跡的量化原則，要以完備材料的創(chuàng)新性方法作為機(jī)電產(chǎn)品包裝概念設(shè)計(jì)階段的碳足跡評(píng)估準(zhǔn)則，以實(shí)體和過程因素的每功能單位的GHG排放量形式記錄

式中ai表示實(shí)體或過程的排放因子；Vi表示實(shí)體或過程的直接或間接數(shù)據(jù)。實(shí)體數(shù)據(jù)包括了結(jié)構(gòu)、材料等相關(guān)的要素，材料碳足跡的量化是根據(jù)材料數(shù)據(jù)與排放因子的乘積來獲得的，因?yàn)椴牧螹ar與結(jié)構(gòu)Str存在耦合關(guān)系，結(jié)構(gòu)碳足跡的量化可以由結(jié)構(gòu)因子和材料碳足跡構(gòu)成，所以，實(shí)體排放可表達(dá)為

共同對(duì)結(jié)構(gòu)因子起決定作用的因素包括有：機(jī)電產(chǎn)品的解體工藝或數(shù)量、產(chǎn)品的包裝標(biāo)準(zhǔn)和聯(lián)接關(guān)系以及結(jié)構(gòu)深度等。過程數(shù)據(jù)是包裝制作、物流運(yùn)輸、裝卸存儲(chǔ)、回收重用等一系列過程的物質(zhì)或能量輸入或輸出，即

式中VMa表示包裝制作，VLo表示物流運(yùn)輸，VLS表示裝卸存儲(chǔ)，VRe表示回收重用。

由于回收重用階段的碳足跡計(jì)算存在著消耗和抵消的加減共生特性，所以需要單獨(dú)處理

式中VRy表示回收成本，VLi表示廢棄成本，VRu表示重用成本。

2.2 機(jī)電產(chǎn)品包裝概念設(shè)計(jì)成本計(jì)算模型

出于衡量產(chǎn)品為低碳設(shè)計(jì)所付出成本代價(jià)的考慮，同時(shí)為了明確產(chǎn)生碳足跡的各實(shí)體和過程的低碳與成本平衡，機(jī)電產(chǎn)品包裝概念設(shè)計(jì)的成本計(jì)算，以低碳計(jì)算模式為參考，在相應(yīng)的碳足跡實(shí)體與過程階段確定單位碳足跡成本，所以，機(jī)電產(chǎn)品包裝概念設(shè)計(jì)的成本計(jì)算可以表達(dá)為

實(shí)體成本跟結(jié)構(gòu)、材料要素相關(guān)，并可由結(jié)構(gòu)參數(shù)表達(dá)為

回收再利用成本的表達(dá)式為