張 南,李 楠,劉 一,王 震,*
1 北京林業(yè)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,北京 100083 2 清華大學(xué)美術(shù)學(xué)院,北京 100084
生態(tài)設(shè)計(jì)家具的碳足跡核算與減排效果分析
——以木質(zhì)家具為例
張 南1,李 楠2,劉 一1,王 震1,*
1 北京林業(yè)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,北京 100083 2 清華大學(xué)美術(shù)學(xué)院,北京 100084
我國的木質(zhì)家具不僅產(chǎn)量大,而且碳排放強(qiáng)度也相對(duì)較高,利用生態(tài)設(shè)計(jì)理念可以降低木質(zhì)家具的碳足跡。為了定量化生態(tài)設(shè)計(jì)所帶來的減排效果,按照減少資源消耗和環(huán)境污染、節(jié)省住宅空間等木質(zhì)家具生態(tài)設(shè)計(jì)原則,通過在一款多功能家具的框架內(nèi)安裝不同面板,形成了4種不同材質(zhì)和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案,利用生命周期分析方法核算了4種方案的碳足跡,并進(jìn)一步量化了改進(jìn)方案的減排效果。結(jié)果表明:4種家具設(shè)計(jì)的碳足跡從小到大為三聚氰胺板家具、木皮板家具、拼板家具、嵌條板家具,其中,實(shí)木類家具原材料碳排放較低,人造板類家具加工過程電力碳排放較低(主要來源于噴涂工段,占電力排放的83%—92%);通過各種減排方案的減排效果分析,發(fā)現(xiàn)采用“可拆卸無膠連接方式”改進(jìn)方案減排效果顯為明顯;同時(shí)發(fā)現(xiàn),合理的“低碳設(shè)計(jì)”(采用以實(shí)木板為基板,以三聚氰胺紙為貼面制作面板),可以避免中纖板噴涂過程的碳排放,從而減少產(chǎn)品整體碳足跡。
木質(zhì)家具;生態(tài)設(shè)計(jì);碳足跡;生命周期分析
溫室氣體的排放對(duì)全球氣候變化的影響受到了廣泛的關(guān)注。國際社會(huì)通過一系列措施對(duì)溫室氣體排放進(jìn)行控制,其中對(duì)碳排放進(jìn)行定量化表達(dá)是管理和削減溫室氣體的有效途徑之一[1]。我國是家具生產(chǎn)大國,出口額于2005年躍居世界首位[2],其中木質(zhì)家具是主要出口品種,約占60%[3]。相較于其它林產(chǎn)品,木質(zhì)家具碳排放量處于較高水平[4]。隨著碳足跡核算標(biāo)準(zhǔn)的日趨成熟,碳足跡可能成為十分重要的貿(mào)易壁壘[5]。生態(tài)設(shè)計(jì)作為一種考慮生命周期的設(shè)計(jì)方法,可降低木質(zhì)家具的碳足跡,有力回應(yīng)全球暖化和貿(mào)易壁壘的挑戰(zhàn)[6]。因此,對(duì)其碳足跡的量化和減排分析的研究具有重要意義,可使產(chǎn)品在生命周期中,減少對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響,同時(shí)提高資源效率。
1997年聯(lián)合國環(huán)境署工業(yè)與環(huán)境中心(UNEPIE)與荷蘭rathenau研究所、代爾夫特理工大學(xué)(TUD)合作出版了生態(tài)設(shè)計(jì)指導(dǎo)手冊,是全球范圍內(nèi)生態(tài)設(shè)計(jì)進(jìn)入系統(tǒng)研究的開始。生態(tài)設(shè)計(jì)作為一種考慮全生命周期的設(shè)計(jì)方法,以實(shí)現(xiàn)環(huán)保和盈利雙重目的,在設(shè)計(jì)時(shí)考慮環(huán)境因素,運(yùn)用各種方法,從源頭解決環(huán)境問題,有助于循環(huán)經(jīng)濟(jì)并能很好地回應(yīng)全球暖化的挑戰(zhàn)[7]。
國外的有些學(xué)者認(rèn)為生態(tài)設(shè)計(jì)已成為環(huán)境管理系統(tǒng)的重要組成部分[8],提出了生態(tài)設(shè)計(jì)可供借鑒的設(shè)計(jì)思想和管理理念[9],而且對(duì)各種工業(yè)領(lǐng)域的產(chǎn)品進(jìn)行了生態(tài)設(shè)計(jì)和改進(jìn)分析[10]。但關(guān)于木質(zhì)家具的生態(tài)設(shè)計(jì),國外研究較少且集中在其供應(yīng)鏈的效益分析[11]。我國的研究多停留在概念、策略的探討上[12-13],少數(shù)研究進(jìn)行簡單的評(píng)價(jià),缺乏完整的定量化[14-15],難以對(duì)我國家具生態(tài)設(shè)計(jì)提供有數(shù)據(jù)支撐的指導(dǎo)。
生態(tài)設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)在:(1)通過木榫設(shè)計(jì),省去粘膠、五金件的使用,以減少資源消耗和環(huán)境污染;(2)采用廢舊材質(zhì),使用循環(huán)材料,以降低資源消耗;(3)通過設(shè)計(jì)讓一件家具發(fā)揮多功能的作用,客觀上節(jié)省了住宅空間和材料使用。本研究的木質(zhì)板家具的生態(tài)設(shè)計(jì)是以一款多功能家具為基礎(chǔ),在相同框架內(nèi)安裝不同面板,形成4種設(shè)計(jì)方案:嵌條板家具、拼板家具、木皮板家具和三聚氰胺板家具,達(dá)到減少溫室氣體排放,提高家具的回收價(jià)值的目的。通過核算4種家具設(shè)計(jì)方案的碳足跡的大小、結(jié)構(gòu)和排放熱點(diǎn),并提出“使用回收材料”和“使用可拆卸無膠連接方式”兩種改進(jìn)方案,量化改進(jìn)方案的減排效果,提供設(shè)計(jì)依據(jù)。
本研究按照國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 14067[16]計(jì)算碳排放量,溫室氣體涉及CO2、CH4和N2O以及HFC和PFC。由設(shè)計(jì)方案決定進(jìn)行工藝和材料的使用,工藝活動(dòng)的電力參數(shù)和材料加工參數(shù)均采用山東某家具企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù),該企業(yè)為大型企業(yè),生產(chǎn)設(shè)備先進(jìn),工藝具有代表性[17]。排放因子來自Simapro數(shù)據(jù)庫和相關(guān)文獻(xiàn)。
2.1 多功能家具與功能單位
多功能家具如圖1(a)所示,具有書桌、單人沙發(fā)和置物架3個(gè)功能,由框架和面板兩類部件組成,圖形由AotuCAD 2007繪制而成。框架包含:小支撐框、坐框、大支撐框和圍欄架;面板包含:桌板、置物板和坐板。面板分別采用嵌條板、拼板、木皮板和3聚氰胺板,嵌條板如圖1(a),桌板采用拼板。其他三種設(shè)計(jì)方案如圖1(b)所示。4種家具的功能單位均為一件家具,即單位為:kgCO2eq/一件家具。
圖1 多功能家具的組成部件、功能與設(shè)計(jì)Fig.1 Components and functions and designing schemes of Multi-function furniture
2.2 系統(tǒng)邊界
4種家具的系統(tǒng)邊界如圖2所示,邊界僅面板不同。系統(tǒng)邊界為“搖籃到門”,包含原材料獲取階段和生產(chǎn)階段。原材料獲取階段包括了原材料從采掘到生產(chǎn)的過程。生產(chǎn)階段包含現(xiàn)場生產(chǎn)和電力供應(yīng)兩部分。其中現(xiàn)場生產(chǎn)包含框架加工、面板加工和包裝3個(gè)步驟,電力供應(yīng)包含電力的資源采掘、生產(chǎn)、傳輸?shù)冗^程。圖2中原材料下方的字母或數(shù)字表示該材料提供給右側(cè)帶有相同字母或數(shù)字的過程使用。在生產(chǎn)現(xiàn)場,經(jīng)框架加工和相應(yīng)面板的加工后,生產(chǎn)出相應(yīng)的家具。在框架加工中,都要使用鋸材和實(shí)木用油漆,在面板加工中,嵌條板加工(A)需要鋸材和實(shí)木用油漆,拼板加工(B)中需要鋸材、實(shí)木用油漆和拼接膠黏劑,木皮板加工(C)需要木皮、木皮用油漆、中纖板、貼面膠黏劑和封面膠黏劑,三聚氰胺板加工需要(D)中纖板、貼面膠黏劑、封面膠黏劑、三聚氰胺浸漬紙和PVC封條,這些面板通過使用連接件、連接用膠黏劑、海綿紙和瓦楞紙的包裝(3)分別形成嵌條板家具、拼板家具、木皮板家具和三聚氰胺板家具。
4種面板加工工藝不同,為便于統(tǒng)一比較,需要將工序合并為工段,本研究中將框架、嵌條板的精截、刨光工序,拼板的銑邊、涂膠、熱壓工序,以及木皮板和三聚氰胺板的裁板、貼面、封邊工序分別合并為各自部件的毛料加工工段,打孔、開榫合并為連接處加工工段。合并后家具的加工工段為:毛料加工、連接處加工、砂光、噴涂、包裝、引風(fēng)。
圖2 家具的系統(tǒng)邊界Fig.2 System boundary of furniture
2.3 計(jì)算活動(dòng)數(shù)據(jù)
活動(dòng)數(shù)據(jù)為一件家具的原材料消耗量和加工耗電量。由設(shè)計(jì)圖可以計(jì)算木材的體積,油漆、貼面、封邊和膠黏劑的面積,以及連接件的個(gè)數(shù)。再根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研獲得面積轉(zhuǎn)為質(zhì)量或個(gè)數(shù)轉(zhuǎn)為美元等單位轉(zhuǎn)換參數(shù),計(jì)算得到與數(shù)據(jù)庫排放因子單位相同的原材料消耗量。由設(shè)計(jì)圖尺寸與現(xiàn)場調(diào)研的設(shè)備功率、加工量、生產(chǎn)能力、排風(fēng)量等數(shù)據(jù),可以計(jì)算各個(gè)工段的耗電量?;诓煌考脑牧舷牧咳绫?至表3所示。
表1 框架活動(dòng)數(shù)據(jù)
2.4 收集排放因子
根據(jù)多功能家具設(shè)計(jì)圖確定原材料種類。查閱原材料的英文術(shù)語,以此為關(guān)鍵詞,在Simapro 8.0.3軟件中搜索并篩選出代表性強(qiáng)的數(shù)據(jù),選擇IPCC 2007,100年計(jì)算方法,計(jì)算得到原材料排放因子(表4)。
表2 實(shí)木類及中纖板類面板活動(dòng)數(shù)據(jù)
面板中Shelf:擱板,SB:坐板Sitting board,TT:桌板Tabletop;活動(dòng)數(shù)據(jù)類型中ST:鋸材Sawn timber,Paint:油漆,GB:拼板膠Glue board,MP:中纖板Medium plate,Veneer:木皮,MV:三聚氰胺貼面Melamine veneer,Adhesive:貼面膠,PVC E:PVC封邊條PVC edge,SR:封邊膠Sealing rubber,WM:毛料加工Wool machining,CM:連接處加工Connection machining,Sanding:砂光,Spray:噴涂,Fan:引風(fēng)實(shí)際生產(chǎn)中實(shí)木用油漆為酸固化涂料,木皮用油漆為紫外光固化涂料,由于數(shù)據(jù)有限,將兩種油漆假設(shè)為同一種。拼板膠和貼面膠均為脲醛膠;封邊膠和連接件用膠都是白乳膠。連接件為圓木榫,使用美國連接件數(shù)據(jù)。三聚氰胺浸漬紙由Simapro 8.0.3數(shù)據(jù)庫的樹脂和紙計(jì)算得到[18]。
表3 包裝與配件活動(dòng)數(shù)據(jù)
表4 原材料碳排放因子表
由于數(shù)據(jù)庫中中國電力排放因子是由歐洲替代數(shù)據(jù)計(jì)算而得的,經(jīng)文獻(xiàn)查閱,已有國內(nèi)學(xué)者計(jì)算了較為可靠的電力排放因子,且具體到本研究的調(diào)研企業(yè)所在電網(wǎng)。因此采用文獻(xiàn)數(shù)據(jù),即中國華東電網(wǎng)電力排放因子,為1.04kgCO2eq/kWh[19]。
2.5 計(jì)算碳排放與家具基準(zhǔn)碳足跡
依公式(1)、(2)和表1、表2的活動(dòng)數(shù)據(jù),得到一件家具的第r類原材料的消耗量與第p個(gè)工段的耗電量。按照公式(3)原材料與其排放因子相乘,工段與電力排放因子相乘,兩者加和為一件家具的基準(zhǔn)碳足跡。加和時(shí),4種家具與相應(yīng)種類的面板對(duì)應(yīng)關(guān)系見圖2,與相應(yīng)量的連接配件的對(duì)應(yīng)關(guān)系見表3。按照公式(4),僅在部件層面將原材料和工段碳排放進(jìn)行加和,得到每個(gè)部件的碳足跡:
(1)
(2)
(3)
(4)
式中,CFP表示碳足跡,分為家具碳足跡和部件碳足跡;AD表示活動(dòng)數(shù)據(jù),包括原材料消耗量和工段耗電量;EF表示排放因子。
2.6 確定改進(jìn)方案
2.6.1 使用可拆卸無膠連接方式
基準(zhǔn)方案的連接方式為有膠連接,改進(jìn)為無膠連接后,除桌板與大小支撐框的上框條6個(gè)連接件使用膠黏劑外,其余全為無膠連接。其中支撐框框條之間以燕尾榫加圓木榫的方式連接,這種結(jié)構(gòu)連接強(qiáng)度較大[20]。
連接方式改進(jìn)的減排效果發(fā)生在使用階段更換零件時(shí),有膠連接方式不可拆卸,需更換整件家具,無膠連接方式可以拆卸,更換受損零部件即可延續(xù)家具功能,與更換整件家具相比,碳排放減少了,減排量為更換零部件與更換整件家具產(chǎn)生碳排放量的差,即生產(chǎn)零部件與生產(chǎn)整件家具的碳排放量之差。減排效果的文字表達(dá)式為:減排效果 =(家具基準(zhǔn)碳足跡-部件碳足跡)/家具基準(zhǔn)碳足跡。
2.6.2 使用回收木材
該改進(jìn)方案為僅改變家具的主要原材料:鋸材、中纖板為回收材料,其余材料和現(xiàn)場加工耗電過程均不變。回收的實(shí)木部件和中纖板部件來自廢舊家具,經(jīng)過簡單的整理加工即可使用[21],主要為人力加工,因此回收鋸材和回收中纖板的排放因子均假設(shè)為0kg CO2eq/一單位原材料。減排效果的文字表達(dá)式為:減排效果=(家具基準(zhǔn)碳足跡-使用回收材料的家具碳足跡)/家具基準(zhǔn)碳足跡。運(yùn)輸過程因情況復(fù)雜、數(shù)據(jù)缺乏,未劃入邊界。
3.1 4種家具基準(zhǔn)碳足跡比較
由圖3可知,4種家具設(shè)計(jì)的碳足跡相差較大,從小到大為:三聚氰胺板家具<木皮板家具<拼板家具<嵌條板家具,最大者是最小者的1.8倍。實(shí)木類家具的碳足跡均高于人造板類家具的碳足跡。從原材料碳排放量分析,實(shí)木類家具比較低碳,其原材料碳排放量是人造板類家具的0.34—0.42倍。從電力排放角度分析,人造板類家具反而有優(yōu)勢,其電力碳排放量是實(shí)木類家具0.35倍—0.57倍。綜合兩者,人造板類家具碳足跡更小,是實(shí)木類家具的0.55倍—0.82倍。識(shí)別具體的碳排放量熱點(diǎn)需進(jìn)一步分析如圖4。
圖3 4種家具碳足跡對(duì)比 Fig.3 Comparison of carbon footprints from four kinds of furniture
由圖4(a)可以看出,在嵌條板家具和拼板家具的原材料碳排放中,鋸材和實(shí)木用油漆是主要的碳排放源,分別約占41%和38%,其次是瓦楞紙的碳排放量,平均約占11%。在木皮板家具和三聚氰胺家具中,主要碳排放源為中纖板,分別占64%和76%;油漆碳排放量占比也比較大,分別占23%和5%。中纖板是造成兩類家具原材料碳排放量差異的主要原因,分別是嵌條板家具和拼板家具的1.87倍和1.79倍。
由圖4(b)可以看出,4種家具的噴涂工段是電力排放的主要成分,占82.7% —91.7%。其次是砂光,占5.8% —12.9%。其他工段的電力排放非常小,毛料加工、連接處加工、引風(fēng)、包裝和組裝的總占比小于5%。此外,噴涂是4種家具電力碳排放量產(chǎn)生差異的主要原因。木皮板和三聚氰胺板家具的面板部件沒有使用實(shí)木噴涂工序,排放比實(shí)木類家具平均減少約50.7kgCO2eq。木皮板家具又比三聚氰胺板家具多一道木皮板噴涂工序,碳排放量比三聚氰胺板家具增加了14.2 kgCO2eq。
圖4 4種家具不同原材料及電力排放對(duì)比圖Fig.4 Different raw material emission and electricity emission from four kinds of furniture
3.2 改進(jìn)方案減排效果分析
3.2.1 使用可拆卸無膠連接方式的減排效果
當(dāng)框架或面板損壞時(shí),有膠連接方式無法更換框架、面板,需購買新的家具;無膠連接方式可更換受損框架或面板。由圖5(a)可知,僅更換一個(gè)框架類部件,相比于更換整件家具,對(duì)于嵌條板家具和拼板家具可減排90% —97%,對(duì)于木皮板家具可減排86% —96%,對(duì)于三聚氰胺板家具可減排81% —95%。由圖5(b)可知,相比于更換整件家具,僅更換一個(gè)面板部件,對(duì)于嵌條板家具可減排77% —83%,對(duì)于拼板家具可減排74% —87%,對(duì)于木皮板家具可減排78% —87%,對(duì)于三聚氰胺板家具可減排83% —92%??傮w來看,通過使用可拆卸無膠連接方式的減排效果十分顯著。
圖5 使用可拆卸無膠連接方式的碳排放比較Fig.5 Comparison of carbon emissions using a detachable free adhesive connection
3.2.2 使用回收木材的減排效果
圖6 不同材料方案碳排放比較Fig.6 Carbon emissions of different materials usage scenarios
由圖6可知,使用回收木材之后,嵌條板家具和拼板家具的碳足跡下降空間有限,分別減排3.9%和4.8%。但是木皮板家具和三聚氰胺板家具的碳排放量下降比例很大,分別減少了26.3%和35.1%。
(1) 4種家具設(shè)計(jì)的碳足跡從小到大依次為:三聚氰胺板家具<木皮板家具<拼板家具<嵌條板家具。后兩種為實(shí)木類家具,碳足跡均高于前兩種人造板類家具。實(shí)木類家具原材料碳排放較低,人造板類家具電力碳排放較低。
(2) 實(shí)木類家具的原材料的碳排放熱點(diǎn)是鋸材和實(shí)木用油漆,共占其原材料碳排放總量的80%。人造板類家具的原材料碳排放熱點(diǎn)是中纖板,約占其原材料碳排放總量的70%,該熱點(diǎn)甚至超過實(shí)木類家具的原材料碳排放。4種家具設(shè)計(jì)的電力排放熱點(diǎn)都是噴涂工段,占電力排放的83% —92%,其中三聚氰胺板家具的排放量最少。
(3) 采用“可拆卸無膠連接方式”改進(jìn)方案,減排效果顯著。相比于更換整件家具,更換一個(gè)框架部件可減排81%以上,更換一個(gè)面板部件可減排74%以上。采用“回收木材”改進(jìn)方案,實(shí)木類家具減排較小,不足5%;人造板類家具減排較大,在26%以上。
綜上所述,從家具的生態(tài)設(shè)計(jì)角度考慮,由于中纖板和噴涂耗電的碳排放占有主導(dǎo)地位,建議采用以實(shí)木板為基板、以三聚氰胺紙為貼面制作面板,這樣的設(shè)計(jì)既可以排除中纖板造成原材料的碳排放,還可以避免由于噴涂帶來的電力排放,達(dá)到低碳生態(tài)的效果。此外,盡量采用可拆卸無膠結(jié)構(gòu),此結(jié)構(gòu)不僅有利于使用中的維修更換,大大減少碳排放,還便于使用后的回收,為其他產(chǎn)品提供易于清潔的回收材料,進(jìn)一步減少碳排放。故最終生態(tài)設(shè)計(jì)方案是以實(shí)木板為基板、以三聚氰胺紙為貼面制作面板,采用可拆卸無膠結(jié)構(gòu),可減排74% —97%。
[1] United Nations.United Nations Framework Convention on Climate Change. (1994-03- 21) [2015-08- 25].http:// unfccc.int/essential_background/ convention/ items/6036.php.
[2] 蔣海銘. 我國木質(zhì)家具產(chǎn)業(yè)國際競爭力研究[D]. 南昌: 江西師范大學(xué), 2013.
[3] 季春藝. 中國木質(zhì)林產(chǎn)品碳流量核算及影響研究[D]. 南京: 南京林業(yè)大學(xué), 2013.
[4] 谷艾婷, 呂佳, 王震. 中國木質(zhì)林產(chǎn)品碳足跡的產(chǎn)業(yè)鏈分布特征分析. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù), 2014, (12): 247- 252.
[5] 王晨曦. 產(chǎn)品碳足跡——后京都時(shí)代的新型貿(mào)易壁壘. 世界貿(mào)易組織動(dòng)態(tài)與研究, 2012, 19(4): 61- 66.
[6] Casamayor J L, Su D. Integration of eco-design tools into the development of eco-lighting products. Journal of Cleaner Production, 2013, 47: 32- 42.
[7] Su B, Heshmati A, Geng Y, et al. A review of the circular economy in China: moving from rhetoric to implementation. Journal of Cleaner Production, 2013, 42: 215- 227.
[8] Lewandowska A, Matuszak-Flejszman A. Eco-design as a normative element of Environmental Management Systems—the context of the revised ISO 14001: 2015. The International Journal of Life Cycle Assessment, 2014, 19(11): 1794- 1798.
[9] Gremyr I, Siva V, Raharjo H, et al. Adapting the Robust Design Methodology to support sustainable product development. Journal of Cleaner Production, 2014, 79: 231- 238.
[10] Schischke K, Nissen N F, Lang K. Welding equipment under the energy-related products directive. Journal of Industrial Ecology, 2014, 18(4): 517- 528.
[11] Nadia Mirabella, Valentina Castellani, Serenella Sala. LCA for assessing environmental benefit of eco-design strategies and forest wood short supply chain: a furniture case study. The International Journal of Life Cycle Assessment, 2014, 19(8): 1536- 1550.
[12] 靳敏. 產(chǎn)品生態(tài)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 (上). 家電科技, 2009, (9): 48- 50.
[13] 周祺, 余飛, 劉丹琳. 以低碳足跡為導(dǎo)向的產(chǎn)品生態(tài)設(shè)計(jì)模式. 湖北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2013, 28(4): 61- 64.
[14] 孫良峰. 面向低碳的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)再生設(shè)計(jì)與反饋關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 杭州: 浙江大學(xué), 2014.
[15] 鮑宏, 劉光復(fù), 王吉?jiǎng)P. 面向低碳設(shè)計(jì)的產(chǎn)品多層次碳足跡分析方法. 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng), 2013, 19(1): 21- 28.
[16] Greenhouse gases-carbon footprint of products-requirements and guidelines for quantification and communication. ISO 14067. London, Geneva: International Organization for Standardization, 2013.
[17] 路則光, 王萌, 賈萬達(dá). 山東省家具產(chǎn)業(yè)的原材料與產(chǎn)品特點(diǎn)研究. 家具與室內(nèi)裝飾, 2014, (4): 64- 65.
[18] 江映其. 基于生命周期評(píng)價(jià)的三種木質(zhì)類家具環(huán)境影響比較研究[D]. 西安: 西北農(nóng)林科技大學(xué), 2014.
[19] 侯萍, 王洪濤, 張浩. 用于組織和產(chǎn)品碳足跡的中國電力溫室氣體排放因子. 中國環(huán)境科學(xué), 2012, 32(6): 961- 967.
[20] 李孫霞, 王菁菁. 基于榫卯結(jié)構(gòu)方式的現(xiàn)代實(shí)木家具設(shè)計(jì)研究. 設(shè)計(jì), 2014, 7: 18- 20.
[21] 呂宙, 戴向東. ISO14000體系下的低碳家具設(shè)計(jì)研究. 中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào), 2013, 33(3): 115- 119.
Calculation of the carbon footprint of eco-design furniture and measures for its mitigation: a case study of wooden furniture
ZHANG Nan1, LI Nan2, LIU Yi1, WANG Zhen1,*
1CollegeofEnvironmentalScienceandEngineer,BeijingForestryUniversity,Beijing100083,China2AcademyofArts&Design,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China
China is a major producer of wooden furniture, but the carbon emissions associated with its production are higher than those of other forest products. However, eco-design, a design method based on life-cycles, could reduce the carbon footprint of wooden furniture. Multi-functional furniture has been developed as a benchmark of the improved designs based on ecological principles, including slit plate, jointed board, veneer board, and melamine board furniture. Emission reductions of different connectors and usage scenarios of recycled material were compared between four furniture designs using different materials. The emission reduction effects were then quantified. The results showed that the carbon footprint was highest for slit plate, followed by that of jointed board, veneer board, and melamine board furniture, in that order. The carbon footprint of two kinds of solid wood furniture was higher than that of artificial board furniture. The carbon emissions of the raw material of solid wood furniture and the power consumption for artificial board furniture production were low. Sawn timber and the painting of solid wood were the main sources of carbon emissions, and accounted for 80% of the raw materials. The carbon emissions of the Medium Density Fiberboard(MDF) were the hotspot in artificial board furniture, at about 70%, and were higher than that of solid wood furniture. The carbon emission hotspots of power usage were spraying, which accounted for 83%—92%, and the carbon emissions of melamine board furniture was the lowest. In contrast, the effect of the “removable glue connection” in reducing carbon emissions was considerable. Compared with replacing an entire piece of furniture, the reduction effect of replacing a frame component was more than 81%, and that of replacing a panel component was more than 74%. For the “recycling wood” improvement program, the reduction effect of solid wood furniture was small (< 5%). However, the reduction effect of artificial board furniture was larger (> 26%). Regarding the eco-design of furniture, because of the carbon emission of fiber board and spraying in a dominant position, it was recommended that solid wood should be used as a substrate with melamine paper veneer for the panels; this design could reduce the carbon emissions caused by MDF and spraying, and achieve the effect of a lower carbon requirement. In addition, the “removable glue connection” was effective for repairing the furniture, and reducing carbon emissions considerably. Therefore, the final ecological design was based on solid wood board for the substrate and melamine paper for the panel with a removable glue connection structure, which could reduce the carbon emission by about 74%—97%.
wooden furniture; eco-design; carbon footprint; life circle assessment
教育部人文社會(huì)科學(xué)研究規(guī)劃基金資助項(xiàng)目(10YJA630159);國家林業(yè)局“948”引進(jìn)項(xiàng)目(2011- 4- 79);中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)資助項(xiàng)目(XDA05140200);環(huán)境模擬與污染控制國家重點(diǎn)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)資助項(xiàng)目(12K09ESPCT)
2015- 08- 25;
2016- 03- 17
10.5846/stxb201508251770
*通訊作者Corresponding author.E-mail: wangzhen@bjfu.edu.cn
張南,李楠,劉一,王震.生態(tài)設(shè)計(jì)家具的碳足跡核算與減排效果分析——以木質(zhì)家具為例.生態(tài)學(xué)報(bào),2016,36(22):7235- 7243.
Zhang N, Li N, Liu Y, Wang Z.Calculation of the carbon footprint of eco-design furniture and measures for its mitigation: a case study of wooden furniture.Acta Ecologica Sinica,2016,36(22):7235- 7243.