精心打造工业设计专业《材料与工艺》课程课件

第四章 材料与环境材料与环境

4.1 环境 意识

4.2 绿色 设计

4.3绿色 材料

4.4材料选择 对环境保护 的考虑

4.5影响材料 选择的 环境因素

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4.1 环境意识环境意识作为一种现代意识，已引起 了人们的普遍关注和国际社会的重视。随 着世界性的日新月异的生活方式与突飞猛 进的生产方式的不断演进，全球资源无节 制的利用与消耗，产生的废弃物不断增加， 对地球环境的破坏越来越严重。“我们只 有一个地球”的呼声越来越高，保护我们 赖以生存的绿色空间环境已成为公众注目 的重要课题。

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20世纪下半叶是人类历史发展的黄金时代， 随着科技和经济的高速发展，一方面，物质的富 足为人们提供了优厚的生存条件，人们在进行物 质享受的同时，对生存环境、精神功能方面的享 受也提出了新的要求标准；另一方面，现代文明 带来的负面效应愈来愈明显，工业化大生产与高 科技结合产生空前巨大的社会和经济效益，使人 们在饱尝工业文明带来的甜头后，也不得不吞下 生态环境遭到破坏这颗自己种植的苦果。

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长期以来，人类在材料的提取、制备、生产以及制品的使 用与废弃的过程中，消耗了大量的资源和能源，并排放出废气、 废水和废渣，污染着人类自身的生存环境。有资料表明，从1970 年至1995年的25年间，人类消耗了地球自然资源的1/3。现实要 求人类从节约资源和能源、保护环境和社会可持续发展的角度出 发，重新评价以往研究、开发、生产和使用材料的活动；改变单 纯追求高性能、高附加值的材料而忽视生存环境恶化的做法；探 索发展既有良好性能或功能，又对资源和能源消耗较低，并且与 环境协调较好的材料及制品。图4-1为材料的“生命周期”示意 图。从图中可见，矿物开采、原材料加工和冶炼、材料半成品加 工、产品生产使用等各个环节都会向我们居住的地球或大气层排 放污染物。

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迄今为止，材料生产、使用、废弃的过程，可以说是 一个将大量有用资源从环境中提取出来，再将大量废弃物排 回到环境中去的恶性循环过程。“我们的社会习惯于用了即 丢，耗费过多的能源，产生太多的碳，造成严重的空气污染、 酸雨、水污染、有毒废物和垃圾问题，对社会产生巨大的冲 击”《拯救地球》一书的作者Lester Brown大声疾呼道。 环境意识是现代社会的产物，也是后工业社会发展的必 然。它是现代人类对自然、社会、人性的感悟与理性判断的 结果，具有明显的时代特征。人类寄希望于设计，试图通过 设计来改善目前的生存环境状况。

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4.2 绿色设计一谈到绿色方面的问题，都会想到工业对环境的污染， 如果我们

将视野再扩大、再深入一些，就会发现许多危害 生态或污染的因素，在设计开发阶段就应该被考虑周详。 以往的设计总是只考虑产品的功能目标，而忽略了产品在 使用结束后对生态环境的破坏。 绿色设计出现在新旧世纪交替之际，是20世纪后期 兴起的现代设计理念之一。绿色设计的基本思想就是维护 地球绿色生态环境的设计，就是在设计阶段将环境因素和 预防污染的措施纳入产品设计之中，将环境性能作为产品 的设计目标和出发点，力求产品对环境的影响最小。如图 4—2所示。

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4.2.1 绿色设计的基本特征

绿色设计是指在产品整个生命周期 内以产品环境属性为主要设计目标，着 重考虑产品的可拆卸性、可回收性、可 维护性、可重复利用性等功能目标，并 在满足环境目标要求的同时，保证产品 应有的基本功能、使用寿命和经济性等， 突出了“生态意识”和“以环境保护为 本位”的设计观念。

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1 环境协调性

环境协调性是指产品开发与使用的整个过程 中，对人类生态环境与资源环境的协调有益程度。

为达到这一目标，绿色设计中应将环境问题与产品的性能、造型设计等问题共同考虑，使产品在 满足所要求的功能目标的同时，也要防止对环境 的污染破坏，尽量避免废弃物的产生，以最低的 成本、最高的再生值回收并重复利用。

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2 价值创造性

与传统的设计相比，绿色设计的产品价值 形态发生了新的变化，其本身就包含着创造性

内涵，体现在：结构与零部件设计中的结构技术的更新与进步变化；在材料与工艺选择中的 污染防范技术的应用；在人与环境整体关系中 的创新设计和提高产品总体价值的措施。

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3 功能全程性绿色设计是将产品的功能认识与价值认识贯穿 到产品开发直至废弃全过程的设计思想与策略。

绿色设计将产品的生命周期从“产品制造到投入使用”延伸到了“产品使用结束后的处理及回收 利用”,从而在设计过程中从整体的角度理解和 掌握与产品有关的环境问题及原材料的循环管理 与利用、废弃物的处理与回收利用等问题，便于

绿色设计的整体过程的优化和“全程性”功能目

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4.2.2 绿色设计的基本原则——6R设计原则指导绿色设计的方针是产品的6R原则： 即研究(Research)、

保护(Reserve)、减量化(Reduce)、

回收(Recycling)、重复使用(Reuse)、 再生(Regeneration)原则。

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1 研究(Research)

重视研究产品的环境对策，着眼于人与自然 的生态平衡关系，从设计伦理学和人类社会的长

远利益出发，以满足人类社会的可持续发展为最终目标，详尽考察研究新产品生命周期全过程对 自然环境和人的影响，即在设

计过程的每一个决 策中都充分考虑到环境效益，尽量减少对环境的 破坏。

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2.保护(Reserve)

最大限度地保护环境，避免污染，尽 可能减缓由于人类的消费而给环境增加的 生态负荷，减少原材料和自然资源的使用， 减轻各种技术、工艺对环境的污染。

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3 减量化(Reduce)

这一原则的目标是减少物质浪费与环境破坏； 包含以下四方面的内容：即产品设计中减小体量， 精简机构；生产中减少消耗；流通中的降低成本 与消费中的减少污染。在设计中，设计师必须利 用各种设计的技巧及手法，在不影响产品其他方 面功能的前提下，将设计材料的使用降到最低，

尽量节约资源，减少不必要的浪费。

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4 回收(Recycling)

将使用过的产品废弃物中尚有利用价值的 资源或部件加以收回，减少废弃物的垃圾量，并 将可利用的部分加以重复使用或再生。 这一原则包括三方面内容： 一是通过立法形成全社会对资源回收与再利 用的普遍共识； 二是通过材料供应商与产品销售商的联手建 立材料回收的运行机制； 三是通过产品结构设计的改革，使产品部件 与材料的回收运作成为可能。

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5 重复使用(Reuse)

这一原则包含了两个层次，一是将废弃产品的可用零部件用于合适结构中发

挥作用；二是更换零部件，使原产品重新返回使用过程。产品重复使用的频率越高，

越是降低了废弃物产生的速率。