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机电产品生态数据库建设研究

2013-01-10 15:51 来源:生态战略论文 人参与在线咨询

作者:颜鹰 赵志强 蒋建平 单位:浙江省标准化研究院

产品生命周期(从原材料获取、制造、运输、使用到最终的废弃处理)的所有环境因数,同时要求量化表示以下的环境影响指数:自然资源损耗指数(NRD)、能耗指数(ED)、水资源损耗指数(WD)、全球变暖潜力指数(GWP)、同温层臭氧层消耗潜力指数(ODP)、空气毒性指数(AT)、水资源毒性指数(WT)、光化学臭氧生成指数(POC)、空气酸化潜力指数(AA)、水资源富养指数(WE)、有害废物生成指数(HWP)。机电产品生态数据库用于管理机电产品生命周期评价过程中的相关数据,如材料、产品或事件在整个生命周期过程的环境负荷数据、评价方法指标体系、评价项目信息、模型计算及图表等。对机电产品中的常用材料、加工工艺、典型产品作为构建生态数据的对象,生命周期制造、运输、使用、报废4个阶段出发,构建对环境影响指标的生态数据库。该生态数据库构建对评价指标重点考虑是环境影响指标,对经济指标和技术指标暂不作考虑[4]。

数据库构建对象机电产品生态数据库构建范围涉及机电产品常用的原材料如铸铁、压铸铝等;机电产品常用的加工工艺,如锻压、铸造等;机电产品基础标准件,如螺钉、螺栓等。

涵盖过程从整个全生命周期考虑生态数据库架构建设,涵盖过程包括制造阶段、销售阶段、使用阶段、寿终阶段等4个阶段[5-6]。(1)制造阶段:重点考虑原材料获取、加工工艺和流程、资源的消耗以及有毒有害物质的排放等因素,也考虑把(原)材料/组件从供应商运到制造工厂的运输过程。(2)销售阶段:重点考虑将产品销往欧盟等市场的运输过程,同时也考虑了欧盟市场内销售过程,此外也考虑了包装过程。运输过程的环境影响主要从运输方式和运输距离2个方面考虑。运输方式主要有海运、空运、公路运输等多种方式,运输设备本身的能效也是需要考虑的;运输距离主要采用平均距离方法进行估算,对于部分运输距离较远的零部件单独进行计算。(3)使用阶段:从使用寿命、每年使用时间、运行状态(开机、待机及关机模式)、能效水平等角度考虑综合考虑使用阶段对环境的影响。此外考虑了使用阶段必需的消耗品以及有害物质的排放,比如冷冻油、润滑油的消耗以及氟利昂等有害气体的排放。考虑到产品都是在欧盟使用,电力数据选择欧盟数据。(4)寿终阶段:主要考虑了WEEE指令的要求,指出部分必须除去的部件,并需要考虑零部件的回收利用。回收利用方式包括填埋、焚烧、重新熔化等多种方式。同样,由于回收工作主要是在欧盟进行,因此回收过程的电力消耗也采用欧盟电力数据。

输出指标从资源能源消耗、对空气影响、对水影响、有害物质生成等方面考虑输出指标[7]。(1)资源能源消耗:①材料消耗(RMD):考虑某资源的储备量大小以及当今经济的消费率,计算资源消耗。②能量消耗(ED):在产品整个生命周期内所消耗的能量,不管是来自燃料(石化或者其他)的燃烧,还是其他来源(水能、潮汐能、太阳能和风能)。同时,还考虑到原料中潜在的能源(产生中原料的消耗过程,寿终阶段就是典型)。③水资源消耗(WD):计算水的消耗,如水源类型或质量(饮用水、工业用水)。(2)对空气影响:①温室效应(GWP):在产品整个生命周期内向大气空间排放导致全球变暖的气体含量。②臭氧消耗(ODP):计算放出的气体对同温层中臭氧层的损耗的影响。③空气毒性(AT):在考虑到大气所能容忍的最大排放量和吸收量时人类生存环境中的空气毒性。④光化学臭氧形成(POC):计算光化学臭氧(烟雾)的潜在形成,因为排放的各种气体在太阳紫外线的作用下,会在底层空气中的氧化剂。⑤空气酸化(AA):表示气体排放到大气之后对空气的酸化影响。(3)对水的影响:①水体富营养化(WE):计算各种经排水道排放的物质对湖水和海水的水体富营养化(营养元素的富集)。②水毒性(WT):在考虑到大气所能容忍的最大排放量和挥发量的情况下水的毒性。(4)有害物质生成(HWP)在整个产品生命周期内所产生的危险废物的总质量。

建设方法

1原材料和加工工艺数据库用来实现机电产品原材料清单数据的输入和计算,负责计算和保存各原材料和加工工艺环境污染和能源消耗情况,此数据库的建设工作是一个不断积累完善的过程。

1.1原材料和加工工艺数据收集对数据的收集首先要识别出机电产品原材料的主要组成部分,原材料一般是一次或者二次资源或能源,通常作为公共生产的基础材料,其环境性能由社会生产的总体水平决定,不能由某个生产企业提供,而应以社会生产的平均水平作为清单分析的数据来源,这些数据存储在公共基础数据库中,因此不需要对这一阶段的数据进行收集;对原材料的每个制造阶段分解为小单元,识别每一单元过程的输入输出,然后将单元过程进行分类汇总就得到原材料制造阶段的数据清单。这一阶段的数据收集主要是到原材料生产的地方根据实际情况录入,同时检索特征数据库中是否存在类似元件和材料,如若存在则可以直接调用其清单分析结果,这样大大简化了此阶段的数据收集工作;对原材料运输过程的数据收集主要是收集运输过程的燃料消耗、有毒气体排放。这部分数据可以通过输入运输工具、运距和装载率等因素直接调用基础数据库中存入的相关数据。

1.2清单数据处理、影响评价和解释评价清单数据处理的一个重要任务就是将非终端输入追溯到终端输入,将非终端输出延伸到终端输出;影响评价是根据清单分析后所提供的物料、能源消耗数据以及各种排放数据对产品所造成的环境影响进行评估,即实质上是对清单分析的结果进行定性或定量排序的一个过程;解释评价主要是识别、评价和选择减少研究系统环境影响或负荷的方案,确定和评价与减少能量和原材料使用有关的环境影响的机会,包括识别产生重要的资源耗损的资源类型、对环境产生重大影响的环境影响类型以及识别产品全生命周期中对环境和资源损耗构成最大影响的生命过程。由于影响评价对通过各种指示因子表达的环境影响已经进行标准化和权重处理,因此可以直接通过数值大小的比较进行重点问题的识别[5]。

2典型零件数据库:机电产品中常用和通用的零配件建立生态数据库

2.1数据收集数据收集是生态评估工作的关键环节,重点考虑两方面的内容,一方面是基于企业BOM表的材料清单;另一方面是生产工艺数据,主要考虑生产加工过程中能耗以及有毒有害物质的排放。需要注意的是,材料清单和生产工艺信息要求和格式不是固定的,需要随产品种类的不同而进行调整,比较适合机械加工过程。调整原则和目的是尽量能快速、有效的收集到产品生命周期特别是制造阶段对环境会产生影响的信息。2.2建模(1)建模基本原理:Gabi3生态评估的建模,首先是对实际的生命周期环节的一种模拟,通过采用方案(Plan)、工艺(Process)、流(flow)3个基本要素的不同组合模拟实际的生命周期环节。其中,方案也可理解为计划,一个模型只能有一个总的计划,但可以有多个子计划;工艺(Process)也可理解为过程,是组成一个方案(Plan)的重要部分;流(flow)不仅仅是组成工艺(Process)的重要组成部分,也是连接工艺以及工艺和方案的纽带。(2)建模一般方法:根据EuP指令的要求,定量化生态评估需要考虑制造、销售、使用、废弃等过程对环境的影响,因此一般应将这几个环节作为仅次于最终方案的子方案,每个环节一个方案,如图2所示。在每个子方案中,再根据过程的不同进行分解并考虑是否由必要建立新的方案。以制造过程为例,不仅可以按照材料建立子方案,也可以按照零部件建立子方案。

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