基于GABI的液晶电视机环境影响评价

王玲 万超 符永高 赵新 杜彬

（中国电器科学研究院有限公司 广东珠海 510300）

随着环境的恶化和资源的枯竭，国际节能减排的呼声日趋激烈，这直接促使产品的环境影响成为当今最热门的研究领域之一。美国国家标准与技术研究院正在进行制造过程碳排放的分析研究[1]，该研究在制造过程中引入公差的概念，旨在描述碳排放的统计值，在数据采集过程中，以电能为唯一要素。Jeswiet J等[2]以制造过程中的能耗为度量，将其与碳排放挂钩，将电网的碳排放标志定义为CES（Carbon Emission Sign），可以间接地计算出制造过程中的碳排放。孙良峰等[3]通过对产品机构的分层、递阶划分及对工艺过程碳排放的逐层提取，能准确定位各层高碳排放零部件。文献[4]使用生命周期评价方法结合情景分析手段研究转炉钢渣内部综合利用在消解粗钢产品生命周期碳排放上的作用。

虽然关于碳排放的研究很多，但也存在不足之处：(1)多数学者将研究的焦点集中于碳排放方法的开发，引用的实例只是作为佐证研究方法的一种存在，结果的精确性有待商榷；(2)一般的研究方法只能针对某些特殊产品，局限性较大，难以推广；(3)由于产品材料、结构、工艺、人类的生活习惯等千差万别，计算产品的环境影响时应该对上述因素进行适当取舍；(4)碳排放是环境影响的一部分，评价范围应该扩大。

本文以GABI为工具，计算液晶电视机制造过程的环境影响，为节能减排确定方向。

1 液晶电视机评价范围的取舍

产品的生产往往伴随着废料、废气、废水、噪声等有害物质的产生，这些有害物质都是造成环境负担的原因。问题在于，如何界定这些有害物质来源的范围。以液晶电视机为例，一般考虑其全生命周期的环境影响，即材料生产阶段、零部件生产阶段、运输机段、使用阶段、回收阶段。然而生命周期分析的目的在于找到对环境影响较大的结构、系统或时间范围，有针对性的进行材料、结构工艺、生产工艺的改进。液晶电视机使用过程的环境影响远大于其他阶段，但使用阶段的环境影响更多的与人们的生活习惯紧密相连，在技术改进层面空间潜能较小。所以本文对液晶电视环境影响分析的范围不包括使用阶段。

则，液晶电视机生命周期环境影响如下表示：

式中，EMAT为材料生产阶段的环境影响；EMAU为零部件制造过程的环境影响；ETRA为运输过程的环境影响；EREC为回收阶段的环境影响；i为第i种排放指标；j为第j种材料的排放量；p为生产第p个零件的排放量；q为第q种运输工具的排放量；h为第h个零件的回收排放量。

2 液晶电视机的清单分析

清单分析是进行生命周期分析的前提和基础，数据清单的准确性直接决定着结果的可靠与否。图1为液晶电视结构爆炸图。

2.1 数据收集

区域：中国（广东地区）；

产品：某企业液晶电视机；

完整性：数据差异不大；

取舍原则：将液晶电视机的使用阶段排除在外，去除所占比例低于5%的材料；

时间范围：2013~2014年度。

2.2 数据来源

液晶电视机的活动数据包括初级数据和次级数据。初级数据主要通过向企业发放问卷调查以及亲自到车间采集得到；次级数据来源于GABI 数据库，常见材料的碳排放量见表1。

2.3 数据清单

2.3.1 原材料生产阶段。

原材料生产阶段主要考虑钢、铁、铜、玻璃、塑料等材料从自然界流入人类社会所造成的环境影响。液晶电视机材料生产阶段的数据见表2。

2.3.2 零部件生产制造阶段

生产制造阶段的主要考虑各零部件制造、电视机装配、固定件安装、测试等工艺过程的环境影响。该阶段的数据主要包括每一个工艺过程的工艺设备功率以及工艺所需的时间，根据GB/T 8059，抽取三台样机做平均值得到的数据比较可靠。本文采用该方法收集数据，零部件制造阶段的数据如表3。

2.3.3 运输阶段

运输阶段分为从零部件供应厂商到生产企业的供货过程、生产企业到产品销售厂商的分销过程、消费者从产品销售厂商进行购买的过程和废弃物运输到回收企业的过程，运输阶段数据见表4。

2.3.4 回收阶段

回收阶段的回收方式主要包括了破碎、焚烧填埋、材料回收和零部件回收等几种。设定该阶段的电能供应来源于华南电网，产品的材料回收利用率为80%，回收阶段数据见表5。

3 液晶电视机生命周期分析

3.1 前期计算

通过GABI软件对液晶电视机生命周期各阶段进行分析，分析需要的数据见本文第2节。由于液晶电视机内部零件较多，本文将液晶电视机分为外壳系统、液晶屏系统、控制系统、辅助系统四大系统。限于篇幅，这里仅对外壳系统进行生命周期分析，见图2。

采用CML2001-DEC，07，Experts IKP指标，进行环境影响分析时将液晶电视机的环境影响分为六类，即生物灭绝潜能、酸化潜能、富营养化潜能、全球变暖潜能、臭氧消耗潜能、光化学潜能等。不同的材料、能源、工艺方法导致不同的环境影响结果，见表6，图3、图4。

3.2 生命周期评价及解释

生命周期影响评价是在完成清单分析和GABI 前期计算后进行的，旨在根据产品的环境影响进行评估，实质是对清单分析的结果进行定性或定量排序的一个过程。影响分析是LCA的核心，也是难度最大的部分。

表1 常见材料的碳排放当量

表2 液晶电视机的材料构成

表3 液晶电视机零部件生产阶段数据

表4 液晶电视机运输阶段数据

表5 液晶电视机回收阶段数据

表6 液晶电视机不同系统环境影响（单位 kg）

从横向来看，外壳系统的环境影响最大，占全生命周期61.44%。原因是外壳系统的重量所占比重较大，为65.42%，原材料生产阶段的环境影响较大。此外，外壳系统零部件结构复杂，工艺过程消耗的能量以及废弃的材料较多；辅助系统因为零件数量较少，加工工艺简单，环境影响最小，为1.29%。从环境指标来看，生物灭绝潜能、酸化潜能、富营养化潜能、臭氧消耗潜能、光化学潜能所占的比例很小，分别为1.38%、1.08%、0.69%、0.00%、0.063%，液晶电视机的环境影响主要体现为全球变暖潜能。从纵向来看，原材料生产阶段占的比重最大，为63.55%，材料生产阶段，全球变暖潜能表现最为明显，占到整个材料生产阶段的98.32%。臭氧消耗潜能和富营养化也较为突出，二者之和占1.66%，可能是因为控制板和液晶屏中的锡和液晶材料导致。制造阶段的富营养化也有所体现，这是因为零部件生产过程中，废弃材料导致的。回收阶段为负值，说明材料回收对环境影响其阻碍作用，即回收有利于降低液晶电视机的环境影响。

通过以上分析，对液晶电视机的改进建议如下：

（1）由图3图4可知，外壳系统和材料生产阶段产生的环境影响所占的比例最大，由此可以推出，改善外壳系统材料的环境属性可以有效地降低液晶电视机的环境影响。

（2）由图3可知，液晶屏和控制系统的臭氧消耗潜能和富营养化潜能表现突出，考虑采用新的液晶材料和PCB板的焊料。

（3）回收制造阶段的废弃材料可以降低富营养化潜能。

（4）液晶电视机的废弃回收能够积极的抑制液晶电视机全生命周期的环境影响。

4 结论

本文以液晶电视机为研究对象，对液晶电视的材料生产阶段、零部件制造阶段、运输阶段、回收阶段的环境影响做了详细的评估和分析。结果表明，液晶电视的环境影响主要体现在全球变暖潜能。材料生产阶段和外壳系统的环境影响较大，而液晶屏系统和控制系统的生物灭绝潜能、酸化潜能、富营养化潜能表现也较明显。为液晶电视机的绿色设计与制造提供了指导。

[1]AMETA G, MANI M，et al.Carbon weight analysis for machining operation and allocation for redesign [EB/OL].[2011-03-05].http://www.nist.gov/cgi-bin/view_pub.cgi? pub_id=901525, December

[2]Jeswiet J, Kara S.Carbon emissions and CESTM in manufacturing [J].CIRP Annals-Manufacturing Technology, 2008, 57(l):17-20.

[3]孙良峰,裘乐淼,张树有,伍晓榕.面向低碳化设计的复杂装备碳排放分层递阶模型[J].计算机集成制造系统,2012, 11（18）:2381-2390

[4]陈波,杨建新,欧阳志云.钢渣内部综合利用碳减排效果的生命周期评价[J].中国人口资源与环境, 2010,20(10):30-34