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汽车零部件全生命周期生态效益评价研究

陈轶嵩  
【摘要】:汽车产业作为国民经济的支柱产业,上下游辐射面广、社会联动效应深远,与人类日常生活、生产关系密切,正在对包括能源、材料、环境以及人类自身在内的整个生态系统造成越来越大的影响,对汽车产品的生态效益进行全生命周期评价已成为我国生态文明建设中非常重要而紧迫的一项任务。但评价汽车产品的生态效益必须从组成汽车产品的零部件入手,然而当前我国尚未建立汽车零部件生态效益评价体系与评价方法,且相关的专业化评价工具欠缺,导致政府部门制定绿色产品支持政策缺乏依据、汽车零部件企业的绿色产品技术路线不明晰。针对这一现状,本文从评价体系、评价模型、评价系统、评价案例等方面围绕汽车零部件“从摇篮到再生”的全生命周期生态效益开展研究,主要研究内容包括以下五个方面:(1)提出了构建我国汽车零部件生态效益评价体系的总体思路。从生态效益的内涵与评价指标出发,综述了国内外相关文献,总结出当前我国汽车零部件生态效益评价存在的主要问题。提出以资源节约和环境友好为两条主线评价汽车零部件全生命周期生态效益的思路,并采用静态与动态、理论推演与案例分析结合的评价方法,构建了我国汽车零部件生态效益评价体系的框架,最后得出了针对我国具体国情、可操作性强的评价技术路线。(2)构建了汽车零部件生态效益评价模型。首先提出材料消耗、能源消耗、气体排放物、有毒有害物质的计算模型,然后通过资源耗竭当量因子矩阵,将“材料—能源”经过分类、特征化、标准化后,归一化计算为资源耗竭当量,通过环境影响当量因子矩阵,将“气体排放物—有毒有害物质”归一化计算为环境影响当量。由于汽车零部件对生态环境影响的大小取决于这两个当量值,因此以计算两个当量为目标,构建了“从摇篮到再生”的汽车零部件全生命周期生态效益评价模型。(3)开发了汽车零部件生态效益静态评价系统。首先构建适合中国国情的基础数据库,同时将评价模型嵌入系统作为后台计算引擎,之后又开发了前台多元化界面,最后利用COM组件技术实现前后台之间的数据通讯,完成评价软件系统的开发。开发的汽车零部件生态效益评价软件Vehicle-IA1.0(软件著作权号:2014SR1211581)可以精确、快捷地计算各种汽车零部件全生命周期各阶段以及总的资源耗竭当量和环境影响当量,并为优化升级预留了相应接口。(4)开发了汽车零部件生态效益动态评价系统。运用系统动力学的Vensim软件建模,选取了基础数据库中相关数据、零部件自身关键参数以及配套车型关键参数等因素为自变量,深入剖析各自变量与资源耗竭当量、环境影响当量之间的因果关系和逻辑结构。通过实际调研、课题组研讨、专家论证,分别建立了资源耗竭当量和环境影响当量两个子系统流图,共包含15个计算模块:金属材料资源耗竭、非金属材料资源耗竭、材料回收利用能耗、不可再生能源消耗、可再生能源消耗、资源耗竭当量计算、原材料生产的气体排放物、材料回收利用的气体排放物、燃料燃烧的气体排放物、能源上游的气体排放物、原材料生产的有毒有害物质、材料回收利用的有毒有害物质、能源上游的有毒有害物质、环境总排放、环境影响当量计算。之后根据流图中各系统、各模块之间变量的原因树关系确定了数理方程,并经过语法检验、方程调试、试运行等步骤确保计算精度,使系统可以较为准确地仿真分析各种变量对汽车零部件生态效益的动态影响。(5)选取汽车电动座椅进行实证评价并提出绿色设计改进建议。本文与宁波双林股份有限公司深度合作,选取汽车电动座椅为评价对象,获取了座椅BOM表(Bill of Materials)、生产制造能耗、配套车型、座椅电机等数据,然后将清单数据二次处理后代入静态评价系统,计算出电动座椅全生命周期各阶段的资源耗竭当量和环境影响当量。之后通过动态评价系统进行仿真分析,分析各变量变化时该款电动座椅的生态效益变化趋势,并以该结果为基础进行敏感性分析,探索各种变量对资源耗竭和环境影响的敏感程度。在此基础上,对五种不同电动座椅方案的生态效益进行了对比分析,最后总结归纳出电动座椅的绿色设计改进建议。本文研究成果一方面为汽车零部件企业开发节能减排的绿色产品提供了技术指导,另一方面可为政府制定绿色产品相关政策提供决策依据。经优化完善,还可应用到其他机电产品、工业制品上,对于构建绿色设计、绿色制造、绿色使用、绿色报废、绿色回收的产品全生命周期绿色产业链意义重大。


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