环境材料的生态设计理论

1 、生态设计的基本概念和内涵

（1）生态设计的定义

生态设计（Eco-design, ED）是指产品在整个生命周期设计中充分考虑对资源和环境的影响，设法使性能，包括安全性、实用性、美观性和寿命等趋于最大；使成本和对生态环境的影响趋于最小，故又称为生命周期工程设计（Life Cycle Engineering Design, LCED）、绿色设计（Green Design, GD）,或为环境而设计（Design for Environment, DFE）。

（2）生态设计的内涵

著名的生态设计学家德国德尔夫特理工大学Hand Brezet 教授把生态设计区分为4个动态阶段：产品改进、产品再设计、功能创新、系统创新。

第一阶段为产品改进。产品改进就是应用污染预防与清洁生产观念来调整和改进现有产品，而总的产品技术基本维持现状，例如组织轮胎回收系统，改变某产品零件的原材料等。

第二阶段为产品再设计，即产品概念将保持不变，但该产品的组成部分被进一步开发或用其他东西代替。从污染预防和清洁生产角度对现有产品结构和零部件重新设计。

第三阶段为功能创新，改变满足产品功能的方式，例如用E-mail代替纸张传递信息等。

第四阶段为产品系统创新，出现了新的产品和服务，需要改变有关的基础设施和组织，系统创新涉及整个产品与服务的创新，要求相关的基础设施与社会观念发生变革，例如用生态建材取代传统建材等。

(3) 生态设计的特点

1.扩大了产品的生命周期

2.生态设计是并行闭环设计

3.生态设计有利于保护环境，维护生态系统平衡

4.生态设计可以防止地球上矿物资源的枯竭

5.生态设计的结果是减少了废弃物数量及其处理的棘手问题

（4）生态设计和传统设计的关系

表 生态设计与传统设计的关系比较

2、生态设计的原则和思路

（1）生态设计的原则

基本原则：生态设计必须在使用资源丰富的材料的同时要有效地利用可再生资源；必须认识到存在隐含于资源中的物质流的问题，尽量设法使用物质集约度（material intensity， MI）更低的物品；必须选择材料环境影响值（ecoindicator）更低的物品。这里的环境影响值是表示综合环境影响的指标，一般而言再生材料的环境影响值要比新鲜材料的小。

1.）与材料有关的原则

2.）与产品结构设计有关的原则

3.）与制造工艺有关的原则

（2）生态设计的思路

1.）低物质化

2.）功能经济

3.)物质替代

3、生态设计的主要内容

（1）原材料的生态设计

1）减少原材料的使用量。

通过生态设计，在为人类提供同样的经济功能的同时相对或绝对地减少原材料的使用量。

2）采用再循环材料。

尽量避免使用不可再生，或者需要很长时间才能再生的原料，如矿物燃料，金属铜等。尽量使用可以再循环利用的原材料，可以减少原料在采掘和生产过程中的能耗。例如：日本的Beauty工业利用废旧的玻璃作为原料，生产的免烧瓷砖可以节省大量的资源和能源，而且这种瓷砖可以再利用。

3）采用低能值原料。

在原料的采掘和生产过程中，需要的工艺过程愈复杂，所消耗的能源就越多。这种在采掘和生产过程中消耗大量能源的原料称为高耗能原料。但必须注意：必须采用系统和全生命周期的观点，即全局看待其原料采掘、生产和使用过程。比如：碳纤维属于高耗能材料，但是其后续的使用过程中因为其具有良好的强度、硬度、抗老化等优良特性而节省能源。

（2）产品的生态设计

1）整合产品功能

2）优化产品结构

3）产品部件的功能优化

①长寿命化，尤其是易损部件的长寿命化可提高产品的整体寿命。

②连接简化，采用容易拆卸的连接方法。

③重复利用化。经过翻修可达到原设计要求而再次使用。

4）模块化设计

5）易于维护和维修

6）易于再循环

（3）生产过程的生态设计

1）尽可能减少生产环节

2）选择对环境影响小的生产技术

3）使用清洁能源和材料

4）建立ISO14001环境管理体系

（4）产业生态系统的生态设计

（5）材料再生设计