绿色设计策略在灯具产品设计中的应用

焦鑫

（四川传媒学院，四川 成都 611745）

1 绿色设计准备阶段

1.1 前期调研

1.1.1 现有产品类别与材料使用

目前市场上灯具主要有云石灯、陶瓷灯、水晶灯、布艺灯、玻璃灯、塑料灯等，多数灯具都是采用易碎的材料，在一定程度上缩短了产品的使用寿命，且部分灯具材料环保性不足，材料性质见表1，考虑到生产、加工、降解和成本等因素，灯具依然存在破坏生态环境的问题。

表1 现有灯具材料使用

1.1.2 绿色产品消费者需求

随着绿色理念的普及，用户对产品的要求从基本的使用到更加关注产品的体验、服务及健康、环境等因素。根据中国社会调查事务所报告，有72%的人支持发展环保事业，开发绿色产品，有54%的人愿意使用绿色产品[1]，但由于材料及加工成本等因素，绿色产品价格普遍高于普通产品，因此在购买时价格成为阻碍绿色产品消费的主要原因，消费者对绿色产品的价格承受能力较低，需要使用更加低成本的绿色材料控制产品价格。

1.1.3 绿色产品营销状况

产品的价格、环保等因素对于产品营销状况的影响较大，同等价格下，消费者更愿意选择购买绿色产品，但部分灯具只是打着绿色产品的名号，其质量并未达到绿色产品的标准，且价格低于真正的绿色产品，使其销量较好，加之企业奉行利益至上的原则，不顾环境资源等问题，使绿色产品的生产、营销举步维艰。

1.2 设计准备

经过前期调研分析，设计项目前要进行设计准备，第一获得企业决策层认可，第二成立设计小组，第三进行设计规划与培训，对绿色设计相关的法律法规、国家标准、国际标准等进行学习，如消费品安全改进法案（CPSIA/HR4040）、《灯具一般安全与要求》等。

2 绿色设计目标确定与需求分析

2.1 选择产品目标

2.1.1 设计对象选择

文章设计对象为灯具。灯具属于居家生活的必需品之一，使用频率高，与人接触距离近，关系到用户健康等问题，对产品的安全、环保等要有着严格的要求，因此需要提高灯具的绿色性能。灯具需求和消耗也不断加大，灯具结构设计与回收等问题也要符合绿色原则。

2.1.2 设计对象范畴

灯具绿色设计要通过科学的照明设计，采用效率高、寿命长、安全和性能稳定的照明电器产品，改善、提高人们工作、学习、生活的条件和质量。灯具绿色设计除了产品基本生产制造、安全、环保、健康等客观范畴，还要考虑用户生理和心理方面的需求，如环保材料与舒适的使用体验、功能与绿色照明、结构与人性化使用方式等，为用户创造良好的生活工作环境。

2.2 设计目标属性

2.2.1 造型属性

灯具造型根据室内环境与风格而定，家庭用灯大多采用有机形态，线条多数以圆润、曲线为主，光源以暖色为主，但现有灯具设计关注照明功能，造型只是单纯地取悦用户，较少考虑到用户心理方面的需求，因此通过造型满足用户心理、审美需求也是灯具绿色设计要求之一。

2.2.2 技术属性

一些新兴产品使用了最新的技术和材料，如新能源电池、柔性显示器、LED 等，这些材料大多拥有节能、环保等特点[2]，获得良好照明环境的同时降低能耗,有利于环保[3]。例如石墨烯材料制作的影驰石墨烯手机，石墨烯具有良好的光学特性，在较宽波长范围内吸收率约为2.3%，加之石墨烯具有较高强度和柔韧性，有较好的导电性和透明性，机械强度好且可弯折，应用前景广阔。此外，研究表明，石墨烯高分子复合材料的导热性较强，理论杨氏模量达10 TPa，固有的拉伸强度为130 GPa[4]，如邦邦熊石墨烯体温计就是利用其良好的导热性能，Catlike 公司研 制的石墨烯头盔，外壳是一层石墨烯复合材料，内部是缓冲泡沫，重量轻且兼具保护性能和舒适性。因此用石墨烯制作灯具也是较好的选择。

2.2.3 绿色属性

灯具外壳主要使用石墨烯，石墨烯在我国储量丰富，价格便宜，加工生产过程中污染小。石墨烯也可以作为空气净化产品，相同质量的石墨烯与吸附炭，石墨烯对甲醛的饱和吸收量是吸附炭饱和吸收量的116 倍[5]。灯具的光源使用LED 照明，LED 光源的工作光效接近200 lm/W，色温范围分布从2200 K到7000 K，主要用于室内照明，是典型的绿色节能光源[6]。LED 灯源不含有汞类有害物质，并且耗电量是白炽灯的20%左右。除了材料的绿色属性，价格方面，石墨烯产品的价格都比较适中，如石墨烯散热毯在50 元左右，石墨烯耳机在100 元左右，石墨烯充电宝在200 元左右，价格实惠。除此之外，还要考虑生产、包装、运输等绿色属性。

3 确定绿色设计策略

3.1 建立绿色设计清单

原材料获取：从产品本身到包装原材料，都选择使用绿色材料，减少材料种类应用，选用可分解、可再生材料。材料生产：使用环保清洁的加工方式进行原材料生产，如使用氧气还原法获取石墨烯，氧化剥离过程简单、高效，产量高，产物容易分散在水及其他溶剂中,可进行各种化学改性，易于实现石墨烯材料的组装与复合[7]。加工过程中不会产生要害气体、安全、制作时间短，符合绿色设计要求。环境保护：灯具生产过程中使用无铅焊锡工艺，引进能源管理系统，进行无害化处理，遵守生产加工规范，加强质量检验，保证产品质量等，如建立ISO9001 质量管理体系，规范产品质量管理。

3.2 产品计划

灯具除了使用绿色材料外，还应包括其他设计原则，如减少原则、简化设计原则，采用简约造型；结构采用模块化原则、重复使用原则，进行可拆卸设计，灯具产品的组装和拆卸部件联接交互系数系数越小，越容易拆卸，绿色设计程度越高，系数见表2；产品废弃后采用回收利用原则与可循环设计，将报废的产品及部件充分拆卸后归类，回收其中可重复利用的零部件和材料；另外，产品不应有锐利边缘、尖端、棱角等，对边缘进行圆角处理。

表2 零部件连接交互系数

3.3 运用绿色设计工具

开展绿色评估，首先确定评估的标准；参照国内外的法律法规确定限值；参照国家及行业标准确定限值；与行业协会进行协商和探讨,确定指标评估限值；与龙头企业交流,确定调整指标标准值等，利用MET 矩阵[8]、产品评估指标龙骨图等进行评估。

3.4 确定绿色设计策略

根据上述绿色设计清单与计划，将设计需求转化为产品绿色设计标准，为之后制定设计方案起到规范作用，并结合采用QDPD 方法，通过顾客需求分析、功能设计制定、设计细节优化、模拟与仿真、输出设计文档等完善设计方案的规划[9]。

3.5 产品制造

选择绿色原材料，如低能耗、少污染、可再生、环境兼容性好、易于回收再利用和降解的材料；选择先进的生产加工方式、方法、技术；选择节能设备，如数控加工设备、电火花加工设备，优化有毒有害工序；保证产品的安全性，工厂应配备相应的安全检测及测试设备，建立确保产品安全性的控制程序，如关键零部件采购及检验的控制程序；产品相关说明中应描述灯具性能参数等。

4 制定绿色设计方案

4.1 概念设计

制定好绿色设计策略后，确定设计目标为陪伴型小夜灯，对灯具的造型和功能进行设计，充分考虑用户心理、生理需求以及灯具

功能的多元化、集合化。使用石墨烯及LED 节能材料；结构采用可拆卸设计。灯具定位为小夜灯，针对起夜上卫生间、陪护等场景进行设计。方案一造型取自爬山虎，灯具与底座的连接处可以自由弯曲，底座模拟爬山虎吸盘，利用真空吸附设计，可以让其吸附在任何地方，如晚上吸附在床头柜、床边柜；方案二采用模拟人偶造型，底座可以自由弯曲，自由改变其放置方式，设计草稿见图1。

图1 设计草稿

4.2 方案优化

概念方案确立后，选出优化方案，利用三维模型对方案各要素进行分析计算，并绘制出产品的结构图、三视图。方案一底座采用真空吸盘的设计，会加大产品的生产成本，方案二在造型、成本、产品使用寿命等方面较优，选用方案二为优化方案。

4.3 方案设计与实施

方案确定后，使用Rhino 与keyshot 软件绘制出产品最终的效果图，见图2。材料方面，产品本体使用石墨烯复合材料，光源使用LED 灯；结构方面，卡扣、间隙和限位的部件联接交互系数较小，更容易拆卸，因此灯具设计为插拔连接，在一些部件损坏或报废后其它部件可以拆出再次利用，见图3；由于强光直射人眼会引起直射眩光，应采取遮挡的办法，使光源处于视平线 45°之外，在灯罩上部设置一个遮盖，防止伤害到眼睛；产品边缘全部使用圆角处理。

图2 效果图

图3 灯具可拆卸设计

尺寸方面，小夜灯具有抓拿、移动等功能需要，参照GB/T 16252-1996《成年人手部号型》，灯具尺寸见图4；生产工艺方面，前文提到石墨烯用氧气还原法获取，周期短、成本较低；色彩方面，使用多种配色满足不同用户需求，灯具配色见图5，注塑时使用UV油墨，不含溶剂，油墨的色膜具有良好的机械和化学性能，已成为一种较成熟的环保油墨，污染物排放很少[10]。

图4 产品尺寸

图5 灯具配色

包装方面，石墨烯具有坚硬和高韧性，在包装上不需要专门防护，外部使用瓦楞纸包装，里面使用可降解塑料膜包裹，用来防止灯具因为运输过程中刮擦。瓦楞纸具有成本低、搬运方便、可回收再生等优点，可降解塑料膜具有成本低、保护性好、环保可降解等优点；运输方面，灯具体积较小，运输以一件灯具包装（90 mm×50 mm×20 mm）为一个模块，以54 包(9 个×6 层)为一箱。

4.4 设计完善与反馈

灯具设计完成后，开始对设计进行实施，包括筹集方案所需资金，申请许可证、投产、销售等等。方案实施后，若设计达标且生产正常，则可收集数据与反馈，检查方案的实施成效，对出现的问题进行分析、修改，利用绿色设计策略提出新目标，使灯具产品符合绿色要求，为产品绿色设计应用提供依据。