零碳理念下的工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計研究

王洪閣　馬驥

摘要：本文從理論研究、案例分析和設(shè)計思路三部分對零碳理念的設(shè)計進行了解讀，在此基礎(chǔ)上，從零碳理念的視角對工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域進行了分析。零碳理念推動工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計的轉(zhuǎn)型思路可以歸納為三個方面：針對生產(chǎn)制造，使設(shè)計考慮產(chǎn)品的使用周期和生產(chǎn)周期，并關(guān)注人的根本需求;使結(jié)構(gòu)設(shè)計實現(xiàn)輕量化，零部件模塊化;在外觀造型上，將綠色設(shè)計和可持續(xù)設(shè)計的理念應(yīng)用到現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計中，強調(diào)產(chǎn)品的小型化、簡潔化。以節(jié)約、簡化、綠色環(huán)保的零碳理念構(gòu)建可持續(xù)發(fā)展的設(shè)計原則，進一步引領(lǐng)經(jīng)濟發(fā)展方式向零碳轉(zhuǎn)型。

關(guān)鍵詞：零碳理念;工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計;思路

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：A

文章編碼：1672-7053（2021）03-0114-02

零碳社會是我國推動人與自然、科技高度融合的綠色發(fā)展理念，本研究旨在將零碳理念轉(zhuǎn)化為工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計理念，實現(xiàn)綠色、生態(tài)、低碳可持續(xù)的發(fā)展理念，并通過產(chǎn)品的形式進入人們的生活生產(chǎn)中。

1零碳理念概述

零碳的概念最早來自國外建筑行業(yè)，是通過各種路徑來降低二氧化碳的排放。英國社區(qū)及地方政府部（DCLG）最初將零碳定義為：按照一個年度計算，包括采暖、空調(diào)、通風(fēng)、照明、熱水，以及烹調(diào)、洗滌、娛樂等在內(nèi)的所有相關(guān)電器、設(shè)備所使用的能源帶來的碳排放為零。理論上，低碳是零碳的發(fā)展基礎(chǔ)，零碳是低碳的追求目標。零碳的概念更周全，目標更明確，具有挑戰(zhàn)性，是作為人類社會現(xiàn)代化文明進步的一個目標。零碳理念的本質(zhì)是要求將人類活動對環(huán)境的影響降到最低、直至為零。

在人們通過減少二氧化碳排放的過程中，最主要的方式是在生產(chǎn)生活過程中盡可能減少化石能源的開發(fā)利用和燃燒，逐步依靠太陽能、風(fēng)能、生物能等可再生能源，進而實現(xiàn)零碳排放。

目前在很多國家和行業(yè)領(lǐng)域都已經(jīng)有一定的方法研究和實踐效果，其中可分為這兩種形式：一種是通過不使用含碳能源或原材料保證無碳輸入，放棄使用煤、石油等含碳能源和材料，轉(zhuǎn)而使用太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能等可再生清潔能源為主的發(fā)展路徑，進而實現(xiàn)低碳、零碳或近零碳的排放;另一種方式是采用碳中和機制抵消碳排放，采用綠化和增加植被覆蓋等碳中和機制來抵消碳排放，達到零碳排放。而當(dāng)前，我國實現(xiàn)零碳轉(zhuǎn)型仍面臨來自增長方式與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、能源利用與低碳技術(shù)創(chuàng)新、政策引導(dǎo)與法律法規(guī)約束、零碳觀念與生活方式融合等多重挑戰(zhàn)。

我國當(dāng)前處于工業(yè)化和城市化快速發(fā)展的階段，在保障經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的同時減緩二氧化碳排放，其核心指標就是持續(xù)降低單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能源強度和二氧化碳強度，也就是持續(xù)提高單位能源消費和單位二氧化碳排放的經(jīng)濟產(chǎn)出效益。在可持續(xù)發(fā)展框架下，從工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計上開展零碳理念轉(zhuǎn)型，對我國制造業(yè)發(fā)展和人們生活方式的轉(zhuǎn)型來說尤為重要。

2零碳理念下的工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計實例分析

2.1 Bookniture紙凳

Bookniture紙凳是一款注重綠色環(huán)保的紙質(zhì)家具，適用于家庭和戶外等場所，其體積小，質(zhì)量輕且質(zhì)地堅固，外觀尺寸接近一本書的厚度，材質(zhì)全部使用紙質(zhì)材料。紙質(zhì)材料是易降解的環(huán)保材料，不論是生產(chǎn)加工還是回收利用，對減少碳排放都有很大的優(yōu)勢。在設(shè)計上，將Bookniture紙凳展開之后會變成圓柱體的造型，從展開的頂部可以看到它運用了蜂巢狀結(jié)構(gòu)。蜂巢結(jié)構(gòu)是一種最經(jīng)濟的空間架構(gòu)，并且在幾何力學(xué)性能上有著獨特的優(yōu)勢，因此蜂巢結(jié)構(gòu)能夠增強承重，經(jīng)常運用在我們的日常生活中，如建筑設(shè)計和家具設(shè)計等。Bookniture紙凳的另一個特征是便攜，當(dāng)把它收納起來時只有一本書的大小，這一點對于搬運來說很重要。就產(chǎn)品的閉環(huán)設(shè)計而言，一個產(chǎn)品的完整設(shè)計需要考慮它的整個流程，產(chǎn)品的回收利用、包裝和運輸往往是讓人忽視的方面。Bookniture紙凳可折疊成更小體積的設(shè)計不論是從用戶角度還是生產(chǎn)商角度來說，都為之后在運輸上提供了很多便利，減少了碳排放，從材質(zhì)、設(shè)計等角度為零碳理念的設(shè)計提供了典范。

2.2 Smartflower太陽能發(fā)電系統(tǒng)

我們傳統(tǒng)觀念里的太陽能電池板是固定在一個角度或者作為屋頂光伏板，對于移動和維修調(diào)整來說都有一定的局限性。設(shè)計師Alexander Swatek設(shè)計的可以主動追蹤太陽光的太陽能發(fā)電系統(tǒng)Smart flower就能夠解決這些問題。這款太陽能發(fā)電系統(tǒng)的外觀是花瓣狀的造型，與傳統(tǒng)的光伏板不同的是它的光伏板環(huán)繞組成花的形狀，可以自動開合折疊，內(nèi)部裝配有多軸運動的太陽光追蹤系統(tǒng)，根據(jù)太陽起落運行的角度而轉(zhuǎn)變自身的角度，始終保持與太陽光線成90度角，這樣的設(shè)計能夠最大化地吸收太陽光。相比傳統(tǒng)固定裝配的光伏板，Smart flower發(fā)電量超出百分之四十。因為光伏板層層疊加，使得每張光伏板后面裝配的小排刷在打開和收納時可以互相清潔板上的灰塵，確保能夠最大化地吸收太陽光。同時，這款太陽能發(fā)電系統(tǒng)通過強風(fēng)風(fēng)速傳感器的監(jiān)測可以進行自我保護，當(dāng)風(fēng)速達到一定強度光伏，扇葉可以自動折疊收納，以避免強風(fēng)對其產(chǎn)生損壞，折疊的功能設(shè)計使得它的體積更小，方便運輸和收納儲存。Smart Flower的功能設(shè)計充分考慮了綠色低碳的設(shè)計理念，同時能夠讓人們關(guān)注到對于能源保護和清潔能源的利用。

3零碳理念下的工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計思路

3.1生產(chǎn)制造上

3.1.1延長產(chǎn)品使用壽命

產(chǎn)品使用壽命的延長能夠減少資源浪費進而減少碳排放。產(chǎn)品從開始使用到廢棄的階段為產(chǎn)品的使用壽命，傳統(tǒng)的產(chǎn)品研發(fā)只注重生產(chǎn)成本和經(jīng)濟效益，很少考慮產(chǎn)品帶來的污染和資源浪費。在產(chǎn)品設(shè)計初期建立零碳發(fā)展的設(shè)計理念極其重要，一方面從設(shè)計、加工、材料等方面考慮盡可能使其堅固耐用，另一方面通過產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)拆卸、零部件通用等措施實現(xiàn)替換裝配以延長使用壽命，減少資源浪費。

3.1.2考慮整個生命周期

產(chǎn)品設(shè)計研發(fā)應(yīng)合理平衡環(huán)境、資源和人三者之間的關(guān)系，并兼顧整個生命周期，但在產(chǎn)品的生命周期中往往忽略包裝、運輸和回收再利用。產(chǎn)品的包裝從功能上考慮是為了收納和運輸過程中保護產(chǎn)品，所以設(shè)計需要精簡包裝且重點關(guān)注包裝的功能性，考慮產(chǎn)品的包裝是否低碳環(huán)保，使企業(yè)靠低碳環(huán)保的理念去提高品牌形象。

3.2結(jié)構(gòu)設(shè)計上

3.2.1結(jié)構(gòu)優(yōu)化

零碳理念設(shè)計的節(jié)能減排可以體現(xiàn)在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的設(shè)計和改進上，針對結(jié)構(gòu)上的低碳化操作途徑有多種方式。在確保產(chǎn)品質(zhì)量功能的前提下，簡化結(jié)構(gòu)是產(chǎn)品輕量化的解決方案之一。產(chǎn)品的輕量化需配合結(jié)構(gòu)優(yōu)化、裝配優(yōu)化和材料選用，在設(shè)計時優(yōu)化內(nèi)部裝配的布局和空間，使產(chǎn)品更加輕巧，簡化生產(chǎn)流程，在有效降低碳排放量的同時降低生產(chǎn)成本。

3.2.2模塊化

模塊化設(shè)計體現(xiàn)在產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和外觀上的拆分重組。模塊化設(shè)計廣泛應(yīng)用在我們?nèi)粘Ｉ钪械募揖?、電器和工業(yè)設(shè)備上。模塊化設(shè)計以實用為主要特征，以產(chǎn)品功能為基礎(chǔ)可以增加產(chǎn)品的使用壽命，進而減少資源的浪費。工具和工業(yè)設(shè)備零部件的可拆卸設(shè)計，可以替換易損耗的部件，簡化維修和裝配的可操作性，能夠直接或間接減少資源浪費以及碳排放，有效延長產(chǎn)品使用周期，提高產(chǎn)品的利用率[5]。

3.2.3材料選擇

加工材料的選擇和碳排放有著直接的聯(lián)系。原材料的生產(chǎn)和加工所產(chǎn)生的碳排放量很大，所以材料選擇要考慮從原材料加工到回收的整個生命周期。事實上，絕大部分材料的加工和生產(chǎn)是造成碳排放的主要階段。因此，在設(shè)計初期應(yīng)盡可能去規(guī)避高碳排放生產(chǎn)的原材料，探索清潔、環(huán)保新材料的研發(fā)。

3.3外觀造型上

3.3.1簡潔化

產(chǎn)品外觀設(shè)計上的簡潔化體現(xiàn)出自然、質(zhì)樸、淡雅的中國傳統(tǒng)哲學(xué)理念，同時還體現(xiàn)出零碳理念。在設(shè)計中簡化外觀，重點關(guān)注技術(shù)和待解決的問題，這種簡約的設(shè)計風(fēng)格很容易被受眾群體所接受。目前國內(nèi)外市場上越來越多的家居電器、生活用品等在外觀造型方面都是以簡潔為主要特征，并且能夠突出產(chǎn)品的實用性。簡潔是產(chǎn)品外觀造型設(shè)計的趨勢，同樣遵循自然質(zhì)樸的設(shè)計風(fēng)格，體現(xiàn)著以人為本的設(shè)計理念。產(chǎn)品造型上的簡潔化并不一定會影響其使用價值，反而會更加環(huán)保，節(jié)省材料。

3.3.2小型化

交通碳排放占據(jù)城市碳排放的很大一部分，小型化的設(shè)計可以節(jié)省成本和空間。產(chǎn)品的體積小了也就減少了，運輸?shù)拇螖?shù)和存儲占用，能有效降低碳排放量。另外，產(chǎn)品外觀造型上的小型化也是未來發(fā)展的趨勢，小型化的交通工具越來越被消費市場認可，像目前更多小體積的電動汽車進而更加注重用戶的體驗和操作，在保證功能和質(zhì)量的前提下著重關(guān)注技術(shù)和材料的使用，對于制造業(yè)要求更高，同時還能減少碳排放量。

4總結(jié)

就設(shè)計而言，零碳理念的工業(yè)設(shè)計、制造業(yè)除了需要節(jié)能減排之外，更加需要的是注重人的體驗和需求，以可持續(xù)發(fā)展的標準衡量產(chǎn)品的整個生命周期，建立零碳理念的設(shè)計新思路。零碳社會是未來發(fā)展的必然趨勢，零碳理念的設(shè)計是低碳設(shè)計、綠色設(shè)計的延伸。推動工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計進行零碳理念轉(zhuǎn)型需要靠設(shè)計師、制造商和用戶群體共同實現(xiàn)，進而促進社會經(jīng)濟結(jié)構(gòu)優(yōu)化，使能源結(jié)構(gòu)向更清潔、更高效的方向發(fā)展。