零碳理念下的工业产品设计研究

王洪阁　马骥

摘要：本文从理论研究、案例分析和设计思路三部分对零碳理念的设计进行了解读，在此基础上，从零碳理念的视角对工业产品设计领域进行了分析。零碳理念推动工业产品设计的转型思路可以归纳为三个方面：针对生产制造，使设计考虑产品的使用周期和生产周期，并关注人的根本需求;使结构设计实现轻量化，零部件模块化;在外观造型上，将绿色设计和可持续设计的理念应用到现代产品设计中，强调产品的小型化、简洁化。以节约、简化、绿色环保的零碳理念构建可持续发展的设计原则，进一步引领经济发展方式向零碳转型。

关键词：零碳理念;工业产品设计;思路

中图分类号：TB472 文献标识码：A

文章编码：1672-7053（2021）03-0114-02

零碳社会是我国推动人与自然、科技高度融合的绿色发展理念，本研究旨在将零碳理念转化为工业产品的设计理念，实现绿色、生态、低碳可持续的发展理念，并通过产品的形式进入人们的生活生产中。

1零碳理念概述

零碳的概念最早来自国外建筑行业，是通过各种路径来降低二氧化碳的排放。英国社区及地方政府部（DCLG）最初将零碳定义为：按照一个年度计算，包括采暖、空调、通风、照明、热水，以及烹调、洗涤、娱乐等在内的所有相关电器、设备所使用的能源带来的碳排放为零。理论上，低碳是零碳的发展基础，零碳是低碳的追求目标。零碳的概念更周全，目标更明确，具有挑战性，是作为人类社会现代化文明进步的一个目标。零碳理念的本质是要求将人类活动对环境的影响降到最低、直至为零。

在人们通过减少二氧化碳排放的过程中，最主要的方式是在生产生活过程中尽可能减少化石能源的开发利用和燃烧，逐步依靠太阳能、风能、生物能等可再生能源，进而实现零碳排放。

目前在很多国家和行业领域都已经有一定的方法研究和实践效果，其中可分为这两种形式：一种是通过不使用含碳能源或原材料保证无碳输入，放弃使用煤、石油等含碳能源和材料，转而使用太阳能、风能、生物质能等可再生清洁能源为主的发展路径，进而实现低碳、零碳或近零碳的排放;另一种方式是采用碳中和机制抵消碳排放，采用绿化和增加植被覆盖等碳中和机制来抵消碳排放，达到零碳排放。而当前，我国实现零碳转型仍面临来自增长方式与产业结构调整、能源利用与低碳技术创新、政策引导与法律法规约束、零碳观念与生活方式融合等多重挑战。

我国当前处于工業化和城市化快速发展的阶段，在保障经济持续发展的同时减缓二氧化碳排放，其核心指标就是持续降低单位国内生产总值能源强度和二氧化碳强度，也就是持续提高单位能源消费和单位二氧化碳排放的经济产出效益。在可持续发展框架下，从工业产品设计上开展零碳理念转型，对我国制造业发展和人们生活方式的转型来说尤为重要。

2零碳理念下的工业产品设计实例分析

2.1 Bookniture纸凳

Bookniture纸凳是一款注重绿色环保的纸质家具，适用于家庭和户外等场所，其体积小，质量轻且质地坚固，外观尺寸接近一本书的厚度，材质全部使用纸质材料。纸质材料是易降解的环保材料，不论是生产加工还是回收利用，对减少碳排放都有很大的优势。在设计上，将Bookniture纸凳展开之后会变成圆柱体的造型，从展开的顶部可以看到它运用了蜂巢状结构。蜂巢结构是一种最经济的空间架构，并且在几何力学性能上有着独特的优势，因此蜂巢结构能够增强承重，经常运用在我们的日常生活中，如建筑设计和家具设计等。Bookniture纸凳的另一个特征是便携，当把它收纳起来时只有一本书的大小，这一点对于搬运来说很重要。就产品的闭环设计而言，一个产品的完整设计需要考虑它的整个流程，产品的回收利用、包装和运输往往是让人忽视的方面。Bookniture纸凳可折叠成更小体积的设计不论是从用户角度还是生产商角度来说，都为之后在运输上提供了很多便利，减少了碳排放，从材质、设计等角度为零碳理念的设计提供了典范。

2.2 Smartflower太阳能发电系统

我们传统观念里的太阳能电池板是固定在一个角度或者作为屋顶光伏板，对于移动和维修调整来说都有一定的局限性。设计师Alexander Swatek设计的可以主动追踪太阳光的太阳能发电系统Smart flower就能够解决这些问题。这款太阳能发电系统的外观是花瓣状的造型，与传统的光伏板不同的是它的光伏板环绕组成花的形状，可以自动开合折叠，内部装配有多轴运动的太阳光追踪系统，根据太阳起落运行的角度而转变自身的角度，始终保持与太阳光线成90度角，这样的设计能够最大化地吸收太阳光。相比传统固定装配的光伏板，Smart flower发电量超出百分之四十。因为光伏板层层叠加，使得每张光伏板后面装配的小排刷在打开和收纳时可以互相清洁板上的灰尘，确保能够最大化地吸收太阳光。同时，这款太阳能发电系统通过强风风速传感器的监测可以进行自我保护，当风速达到一定强度光伏，扇叶可以自动折叠收纳，以避免强风对其产生损坏，折叠的功能设计使得它的体积更小，方便运输和收纳储存。Smart Flower的功能设计充分考虑了绿色低碳的设计理念，同时能够让人们关注到对于能源保护和清洁能源的利用。

3零碳理念下的工业产品设计思路

3.1生产制造上

3.1.1延长产品使用寿命

产品使用寿命的延长能够减少资源浪费进而减少碳排放。产品从开始使用到废弃的阶段为产品的使用寿命，传统的产品研发只注重生产成本和经济效益，很少考虑产品带来的污染和资源浪费。在产品设计初期建立零碳发展的设计理念极其重要，一方面从设计、加工、材料等方面考虑尽可能使其坚固耐用，另一方面通过产品的结构拆卸、零部件通用等措施实现替换装配以延长使用寿命，减少资源浪费。

3.1.2考虑整个生命周期

产品设计研发应合理平衡环境、资源和人三者之间的关系，并兼顾整个生命周期，但在产品的生命周期中往往忽略包装、运输和回收再利用。产品的包装从功能上考虑是为了收纳和运输过程中保护产品，所以设计需要精简包装且重点关注包装的功能性，考虑产品的包装是否低碳环保，使企业靠低碳环保的理念去提高品牌形象。

3.2结构设计上

3.2.1结构优化

零碳理念设计的节能减排可以体现在产品结构的设计和改进上，针对结构上的低碳化操作途径有多种方式。在确保产品质量功能的前提下，简化结构是产品轻量化的解决方案之一。产品的轻量化需配合结构优化、装配优化和材料选用，在设计时优化内部装配的布局和空间，使产品更加轻巧，简化生产流程，在有效降低碳排放量的同时降低生产成本。

3.2.2模块化

模块化设计体现在产品的结构和外观上的拆分重组。模块化设计广泛应用在我们日常生活中的家具、电器和工业设备上。模块化设计以实用为主要特征，以產品功能为基础可以增加产品的使用寿命，进而减少资源的浪费。工具和工业设备零部件的可拆卸设计，可以替换易损耗的部件，简化维修和装配的可操作性，能够直接或间接减少资源浪费以及碳排放，有效延长产品使用周期，提高产品的利用率[5]。

3.2.3材料选择

加工材料的选择和碳排放有着直接的联系。原材料的生产和加工所产生的碳排放量很大，所以材料选择要考虑从原材料加工到回收的整个生命周期。事实上，绝大部分材料的加工和生产是造成碳排放的主要阶段。因此，在设计初期应尽可能去规避高碳排放生产的原材料，探索清洁、环保新材料的研发。

3.3外观造型上

3.3.1简洁化

产品外观设计上的简洁化体现出自然、质朴、淡雅的中国传统哲学理念，同时还体现出零碳理念。在设计中简化外观，重点关注技术和待解决的问题，这种简约的设计风格很容易被受众群体所接受。目前国内外市场上越来越多的家居电器、生活用品等在外观造型方面都是以简洁为主要特征，并且能够突出产品的实用性。简洁是产品外观造型设计的趋势，同样遵循自然质朴的设计风格，体现着以人为本的设计理念。产品造型上的简洁化并不一定会影响其使用价值，反而会更加环保，节省材料。

3.3.2小型化

交通碳排放占据城市碳排放的很大一部分，小型化的设计可以节省成本和空间。产品的体积小了也就减少了，运输的次数和存储占用，能有效降低碳排放量。另外，产品外观造型上的小型化也是未来发展的趋势，小型化的交通工具越来越被消费市场认可，像目前更多小体积的电动汽车进而更加注重用户的体验和操作，在保证功能和质量的前提下着重关注技术和材料的使用，对于制造业要求更高，同时还能减少碳排放量。

4总结

就设计而言，零碳理念的工业设计、制造业除了需要节能减排之外，更加需要的是注重人的体验和需求，以可持续发展的标准衡量产品的整个生命周期，建立零碳理念的设计新思路。零碳社会是未来发展的必然趋势，零碳理念的设计是低碳设计、绿色设计的延伸。推动工业产品设计进行零碳理念转型需要靠设计师、制造商和用户群体共同实现，进而促进社会经济结构优化，使能源结构向更清洁、更高效的方向发展。