（机械设计及理论专业论文）生命周期评价方法在照明光源比较中的应用研究.pdf

l i f ec y c l ea s s e s s m e n ta sam e t h o df o rc o m p a r i s o no f l i g h t i n gs o u r c e s c a n d i d a t e ：l i uh o n g l i n g s p e c i a l t y ：m e c h a n i c a ld e s i g na n dt h e o r y s u p e r v i s o r ：l i a ox i l i a n g ，z h a n gs h u s h e n g s h a n d o n gu n i v e r s i t y m a y , 2 0 1 0 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行 研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他 个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：盘牟墟 e l 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者虢雒立新躲牵慨硝甲曰 1 1 研究背景1 1 2 生命周期评价方法概述2 1 2 1 生命周期评价的概念及内涵2 1 2 2 生命周期评价的起源与发展3 1 2 3 生命周期评价的研究现状。4 1 2 4 生命周期评价的应用5 1 3 照明光源生命周期评价的意义6 1 4 照明光源生命周期评价的研究现状8 1 5 课题来源和主要研究内容1 0 1 5 1 课题来源1 0 1 5 2 本文主要研究内容1 0 第2 章照明光源生命周期评价指标体系和评价方法1 1 2 1 照明光源生命周期评价指标体系构建1 1 2 1 1 指标体系的构建原则1 l 2 1 2 环境影响类别的确定1 1 2 1 3 指标体系的确定1 3 2 1 4 生命周期评价技术框架。1 4 2 2 目标和范围的确定15 2 2 1 研究目标的界定15 2 2 2 产品或系统的选择1 5 2 2 3 功能和功能单元的确定1 6 2 2 4 研究对象系统边界的界定1 7 2 2 5 数据质量要求分析1 7 山东大学硕+ 学位论文 2 2 6 相关假设和局限性说明1 7 2 2 7 影响类别和评价方法的选择1 8 2 3 生命周期清单分析1 8 2 3 1 数据收集1 8 2 3 2 资源消耗和环境排放的计算1 9 2 4 生命周期影响评价1 9 2 4 1 生命周期环境影响类别的定义和分类2 0 2 4 2 特征化分析和计算2 0 2 4 3 加权和加权方法比较分析2 1 2 5 生命周期结果分析2 4 2 6 生命周期评价软件和数据库2 5 2 6 1g a b i 4 生命周期评价软件2 6 2 6 2e c o l n v e n t 数据库2 7 2 7 本章小结。2 7 第3 章照明光源生命周期模型构建研究。2 9 3 1 照明光源生命周期评价的研究背景和目标2 9 3 2 产品或系统的选择2 9 3 3 照明光源功能单元构建3 0 3 4 系统边界说明3 2 3 4 1 生产阶段边界条件3 3 3 4 2 使用阶段边界条件3 3 3 4 3 最终处理阶段边界条件3 3 3 5 照明光源生命周期总体分析。3 3 3 6 局限性和假设说明3 4 3 7 照明光源技术特性分析3 4 3 7 1 白炽灯和卤钨灯技术特性分析3 5 3 7 2 直管荧光灯技术特性分析3 6 3 7 3 紧凑型荧光灯技术特性分析3 7 3 7 4 金属卤化物灯技术特性分析3 8 目录 3 7 5l e d 技术特性分析。3 9 3 8 本章小结4 0 第4 章照明光源生命周期清单分析。4 1 4 1 照明光源生产阶段数据清单4 l 4 1 1 白炽灯生产阶段原材料清单4 l 4 1 2 紧凑型荧光灯生产阶段原材料清单4 2 4 1 3 直管荧光灯t 5 生产阶段原材料清单4 3 4 1 4l e d 灯生产阶段原材料清单4 3 4 1 5 陶瓷金属卤化物灯生产阶段原材料清单4 5 4 1 6 六种照明光源生产阶段装配清单4 5 4 2 照明光源使用阶段的数据清单4 6 4 3 照明光源最终处理阶段分析4 6 4 4 照明光源生命周期各阶段一次能源需求计算4 7 4 4 1 生产阶段的一次能源需求4 8 4 4 2 使用阶段的一次能源需求4 9 4 4 3 最终处理阶段的一次能源需求5 0 4 5 本章小结。5l 第5 章照明光源生命周期环境影响评价及结果分析。5 3 5 1 照明光源生命周期环境影响评价5 3 5 1 1 照明光源生命周期影响指标定义5 3 5 1 2 生命周期清单结果分类5 4 5 1 3 环境影响指标特征化5 7 5 2 照明光源生命周期评价结果分析6 1 5 3 本章小结6 3 结论与展望6 5 讨论6 6 展望6 6 参考文献6 9 致谢7 5 a c r o n y m s v c h a p t e r1 i n t r o d u c t i o n 1 1 1b a c k g r o u n do fl c a 1 1 ：! i 。( ：a0 v e r v i e w 2 1 2 1k e yc o n c e p ta n dd e f i n i t i o n s 2 1 2 2d e v e l o p e m e n to ft h el c a c o n c e p t 3 1 2 3s t a t eo f a r t 4 1 2 4a p p l i c a t i o n so fl c a 5 1 3b a c k g r o u n do fl c ai nl i g h t i n gs o u r c e s 6 1 4s t a t eo fa r to fl c ai nl i g h t i n gs o u r c e s 8 1 5r e s e a r c hb a c k g r o u n da n do b j e c t i v e s 1 0 1 5 1r e s e a r c hb a c k g r o u n do ft h i ss t u d y 10 1 5 2m a i no b j e c t i v e so ft h i ss t u d y 1 0 c h a p t e r2i n d e xs y s t e ma n dm e t h o d o l o g yo fl c a i nl i g h t i n gs o u r c e s 1 1 2 1t h ef o r m i n go fi n d e xs y s t e mo fl c ai nl i g h t i n gs o u r c e s 。11 ：! 1 1p r i n c i p l e sf o rf o r m i n gi n d e xs y s t e m 11 2 1 2i m p a c tc a t e g o r yd e f i n i t i o n 11 2 1 3i n d e xs y s t e md e f i n i t i o n 1 3 2 1 4l c ap r o c e d u r e 1 4 2 2g o a la n ds c o p ed e f i n i t i o n 15 ：! 2 1g o a l sd e f i n i t i o n 1 5 2 2 2c h o i c eo fp r o d u c t so rs y s t e m s 15 2 2 3f u n c t i o n sa n df u n c t i o n a lu n i t s 16 2 2 4s y s t e mb o u n d a r i e s 17 2 2 5d a t aq u a l i t yr e q u i r e m e n t s 17 山东大学硕士学位论文 2 2 6l i m i t a t i o n sa n da s s u m p t i o n s 1 7 2 2 7c h o i c eo fi m p a c tc a t o g o r i e sa n dm e t h o d s 18 2 3l i f ec y c l ei n v e n t o r y a n a l y s i s 18 2 3 1d a t ac o l l e c t i o n 1 8 2 3 2c a l c u l a t i o no fr e s o u r c e sa n dp o l l u t a n te m m i s i o n s 1 9 ：! 4l i f ec y c l ei m p a c ta s s e s s m e n t 1 9 2 4 1i m p a c tc a t o g a r yd e f i n i t i o na n dc l a s s i f i c a t i o n 2 0 2 4 2c h a r a c t e r i s a t i o na n dc a l c u l a t i o n ：! ( ) 2 4 3w e i g h t i n ga n dc o m p a r i s i o no f w e i g h t i n gm e t h o d s 2 1 2 5l i f ec y c l er e s u l t si n t e r p r e t a t i o n 2 4 2 6l c as o f t w e a rp a c k a g e sa n dd a t a b a s e s 2 5 ：! 6 1g a b i 4s o f t w e a r ：1 6 ：! 6 2e c o i n v e n td a t a b a s e 2 7 ：! 7b r i e fs u m m a r y 2 7 c h a p t e r 3l i f ec y c l em o d e l i n go fl i g h t i n gs o u r c e s 2 9 ：；1g o a l so fl c ai nl i g h t i n gs o u r c e s 2 9 3 2c h o i c eo fp r o d u c t so rs y s t e m s 2 9 3 3f u n c t i o n a lu n i to fi nl i g h t i n gs o u r c e s 3 0 ：；4s y s t e mb o u n d a r i e s 3 2 ：；4 1 m a n u f a c t u r i n gp h a s eb o u n d a r i e s 3 3 ：；4 2u t i l i z a t i o np h a s eb o u n d a r i e s 3 3 3 4 3t h ee n do fl i f ep h a s eb o u n d a r i e s 3 3 3 5o v e r v i e wa n a l y z eo fl c ao fl i g h t i n gs o u r c e s 3 3 3 6l i m i t a t i o n sa n da s s u m p t i o n si ns t u d y 3 4 ：；7t e c h n i c a ld e s c r i p t i o no fl i g h t i n gs o u r c e s 3 4 i i 3 7 1t e c h n i c a ld e s c r i p t i o no fi n c a n d e s c e n tl i g h tb u l b 3 5 3 7 2t e c h n i c a ld e s c r i p t i o no fl i n e a rf l u o r e s c e n tl a m p 。3 6 3 7 3t e c h n i c a ld e s c r i p t i o no fc o m p a c tf l u o r e s c e n tl a m p 3 7 3 7 4t e c h n i c a ld e s c r i p t i o no fc e r a m i cm e t a lh a l i d e 3 8 一 c o n t e n t s ：；7 5t e c h n i c a ld e s c r i p t i o no fl e d l a m p 3 9 ：；8b r i e fs u m m a r y 4 0 c h a p t e r 4l i f ec y c l ei n v e n t o r ya n a l y s i so f l i g h t i n gs o u r c e s 4 1 4 1d a t ai n v e n t o r i e so fl i g h t i n gs o u r c e si nm a n u f a c t u r i n gp h a s e 4 1 4 1 1r a wm a t e r i a l so fg l si nm a n u f a c t u r i n gp h a s e 4 1 4 1 2r a wm a t e r i a l so fc f li nm a n u f a c t u r i n gp h a s e 4 2 4 1 3r a wm a t e r i a l so ft 5i nm a n u f a c t u r i n gp h a s e 4 3 4 1 4r a wm a t e r i a l so fl e di nm a n u f a c t u r i n gp h a s e 4 3 4 1 5r a wm a t e r i a l so fc m hi nm a n u f a c t u r i n gp h a s e 4 5 4 1 6a s s e m b l yi n v e n t o r y 4 5 4 2d a t ai n v e n t o r yo fl i g h t i n gs o u r c e si nu t i l i z a t i o np h a s e 4 6 4 3d a t ai n v e n t o r yo fl i g h t i n gs o u r c e si nt h ee n do fl i f ep h a s e 4 6 4 4p r i m a r ye n e r g yd e m a n do fl i g h t i n gs o u r c e s 4 7 4 4 1p r i m a r ye n e r g yd e m a n di nm a n u f a c t u r i n gp h a s e 4 8 4 4 2p r i m a r ye n e r g yd e m a n di nu t i l i z a t i o np h a s e 4 9 4 4 3p r i m a r ye n e r g yd e m a n di nt h ee n do fl i f ep h a s e 5 0 4 5b r i e fs u m m a r y 51 c h a p t e r 5l i f ec y c l ei m p a c ta s s e s s m e n ta n dr e s u l ti n t e r p r e t a t i o n 5 3 1 ；1l i f ec y c l ei m a p c ta s s e s s m e n to fl i g h t i n gs o u r c e s 5 3 5 1 1i m p a c tc a t e g o r yd e f i n a t i o no fl i g h t i n gs o u r c e s 5 3 1 ；1 2c l a s s i f i c a t i o ni nt h i ss t u d y 5 4 5 1 3c h a r a c t e r i s a t i o ni nt h i ss t u d y 5 7 5 2r e s u l t si n t e r p r e t a t i o n 61 5 3b r i e fs u m m a r y 6 3 ：o n c l u s i o na n do u t l o o k 6 5 d i s c u s s i o n 6 6 p r o s p e c t s 6 6 r e f e r e n c e s 6 9 a c k n o w l e d g e m e n t 7 5 环境治理方式已从单纯的末端治理，向清洁生产转变，这种转变虽然极大 地降低了污染排放，改善了环境质量，但随着对环境问题了解的深入和环保意 识的增强，人们逐渐认识到这种管理模式也不能完全满足经济、资源、环境可 持续发展的需求。因此，人们迫切地希望能够对所从事各类活动的资源消耗和 环境影响有一个彻底、全面、综合的认识，以便寻求机会采取措施减轻对环境 的影响。生命周期评价( l c a ) j e 是这样一种新的环境管理和分析工具，是用来 评价产品( 或服务) 从原材料提取到最终处理整个过程中对环境造成潜在影响 的有效方法。本文的研究工作是瑞典皇家工学院针对不同电子设备的l c a 研 究项目的一部分，目的是为有关部门制定相关政策提供依据。 本文运用生命周期评价方法( l i f ec y c l ea s s e s s m e n t ，简称l c a ) ，评价 和比较了白炽灯( g l s ) 、卤钨灯( h a l o ) 、紧凑型荧光灯( c f l ) 、直管荧 光灯t 5 、l e d 灯和陶瓷金属卤化物灯( c m h ) 六种照明光源。其产品主要数 据信息依据欧司朗公司提供。本文采用“从摇篮到坟墓”的方法，将照明光源 生命周期简化为包括生产阶段、使用阶段和最终处理三个阶段，并以六种照明 光源中使用寿命最长的l e d 灯的寿命( 2 5 ，0 0 0 h ) 作为评价和比较的时间基准。 本文运用了基于软件和数据库相分离的l c a 评价软件一一g a b i 4 ，并同时 使用了g a b i 4 数据库以及瑞士生命周期中心的e c o i n v e n t 生命周期清单数据库， 整个评价过程遵循i s 0 1 4 0 4 0 - - i s 0 1 4 0 4 4 相关规定。基于我国的电源结构研究 了不同照明光源进行的一次能源需求和环境影响。本文选择的环境影响类别分 别为：全球变暖潜能、酸化潜能和人体毒性潜能。这些指标的计算是通过计算 照明光源生命周期不同阶段所使用的能量对应的一次能源需求来实现的。 本文对六种不同照明光源的研究显示：由于使用阶段需要消耗电能，而电 能的生产过程会对环境产生影响，所以照明光源在使用阶段的环境影响最大。 由于紧凑型荧光灯( c f l ) 和l e d 这两种照明光源在使用阶段能量消耗最低， 使其在使用阶段对环境的有害排放也最少。从生命周期所有阶段来看，这两种 照明系统的整体能量需求也最低。因此，从节能的角度出发，这两种照明光源 是最合适的选择。 山东大学硕士学位论文 关于其他方面的环境影响，本文还分析了紧凑型荧光灯( c f l ) 和直管荧 光灯t 5 中汞的影响因素。汞的排放主要来源于电能生产过程中的煤炭燃烧， 即便是将荧光灯中本身含有的汞含量计算在内，其生命周期内的汞排放总量也 远低于白炽灯。但随着这两种照明系统市场份额的不断增长，有必要开发完善 的回收系统，并增强人们对汞对人体健康和环境影响的认识。 关键词照明光源；生命周期评价；环境影响 e n v i r o n m e n t a la w a r e n e s s ，t h e r ei sg r o w i n gr e c o g n i t i o nt h a tc l e a np r o d u c t i o na l s o c a nn ol o n g e rf u l l ym e e tt h ed e m a n do fs u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to fe c o n o m y ， r e s o u r c e sa n de n v i r o n m e n t p e o p l ea r ee a g e rt og e tat h o r o u g h ，c o m p r e h e n s i v ea n d i n t e g r a t e du n d e r s t a n d i n gi nt h er e s o u r c ec o n s u m p t i o na n de n v i r o n m e n t a li m p a c t s o fv a r i o u sa c t i v i t i e st h e ye n g a g ei n ，i no r d e rt os e e ko p p o r t u n i t i e st ot a k em e a s u r e s t om i t i g a t ee n v i r o n m e n t a li m p a c t s l i f ec y c l ea s s e s s m e n t ( l c a ) i san e wt o o lf o r e n v i r o n m e n tm a n a g e m e n ta n da n a l y s i s i ti sa ne f f e c t i v em e t h o du s e dt oa s s e s st h e p o t e n t i a le n v i r o n m e n t a li m p a c t sf r o map r o d u c t ( o ras e r v i c e ) f r o mr a wm a t e r i a l e x t r a c t i o nt of i n a ld i s p o s a l t h i st h e s i si sap a r to far e s e a r c hp r o j e c tc a r r i e do u ta t r o y a li n s t i t u t eo ft e c h n o l o g y ，s t o c k h o l m ，s w e d e n t h ea i mi s t o d e v e l o pm o r e c o m p r e h e n s i v ei n t e g r a t e dm e t h o d sb a s e do nl c af o rf u t u r ep o l i c yd e v e l o p m e n t t h i ss t u d yh a se v a l u a t e dt h el i f ec y c l ee n v i r o n m e n t a li m p a c t so fs i xd i f f e r e n t l i g h ts o u r c e s ；i n c a n d e s c e n tg e n e r a ll i g h t n i n gs e r v i c e ( g l s ) ，h a l o g e nl a m p ( h a l o ) ，c o m p a c tf l u o r e s c e n tl a m p ( c f l ) ，l i g h te m i t t e dd i o d e ( l e d ) ，l i n e a r f l u o r e s c e n tl a m p ，a n dc e r a m i cm e t a lh a l i d el a m p ( c m h ) u s i n gal i f ec y c l e a s s e s s m e n t ( l c a ) m e t h o d o l o g y i nt h i ss t u d ya c r a d l e t o - g r a v e a p p r o a c hh a s b e e nu s e dw i t has i m p l i f i e dl i f ec y c l ei n c l u d i n gt h ep r o d u c t i o np h a s e ，t h eo p e r a t i n g p h a s e ，a n dt h ee n do fl i f ep h a s e t h et i m ep e r i o df o rt h i sa n a l y s i si sb a s e do nt h e l o n g e s tl i f et i m eo f t h ed i f f e r e n tl i g h ts o u r c e s ，t h el e dl a m pw h i c hh a v eal i f et i m e o fa r o u n d2 5 ，0 0 0h o u r s i nt h es t u d yt h es o f t w a r es y s t e mg a b i 4h a sb e e nu s e d t h i sp r o g r a mi sb u i l ti n aw a yw h e r et h es o f t w a r ei ss e p a r a t e df r o mt h ed a t a b a s e i nt h es t u d yb o t ht h e g a b i 4d a t a b a s ea n dt h ee c o l n v e n tl i f ec y c l ei m p a c ta s s e s s m e n td a t a b a s ef r o mt h e s w i s sc e n t r ef o rl i f ec y c l ew e r eu s e d t h el c as t r u c t u r ei nt h es t u d yf o l l o wt h e o n ed e s c r i b e di nt h ei sos t a n d a r d t h ec a l c u l a t i o n sf o rt h ep r i m a r ye n e r g yd e m a n d i i i 山东大学硕七学位论文 a n da l s oi m p a c t sw e r eb a s e do na ne l e c t r i c i t ym i xc o m p a r a b l et ot h em i xu s e di n c h i n a i nt h i ss t u d yt h r e ee n v i r o n m e n t a li m p a c tc a t e g o r i e sh a v eb e e nu s e d t h e s e a r eg l o b a lw a n n i n gp o t e n t i a l ，a c i d i f i c a t i o np o t e n t i a la n dh u m a nt o x i c i t y p o t e n t i a l t h e s ec r i t e r i aw e r ec a l c u l a t e df r o mp r i m a r ye n e r g yd e m a n dn e e d e df o r t h ep r o d u c t i o no ft h ee n e r g yu s e di nt h ed i f f e r e n tp h a s e so ft h el a m p s i nt h i ss t u d yo fs i xd i f f e r e n tl a m p s ，t h ei m p a c t sh a v eb e e ns h o w nt ob eh i g h e s t d u r i n gt h eu s eb e c a u s eo ft h ed e m a n df o re l e c t r i c i t yw h i c hc a u s e si m p a c td u r i n g p o w e rp r o d u c t i o n s i n c et h ec f l a n dt h el e dh a v et h el o w e s te n e r g yc o n s u m p t i o n d u r i n gu s e ，t h e yw i l lc o n t r i b u t et oal o w e rp r o d u c t i o no fh a r m f u le m i s s i o n sd u r i n g i t su s ep h a s e t h e s et w ol i g h t i n gs y s t e m sh a v ea l s o t h eo v e r a l ll o w e s te n e r g y d e m a n dc o n s i d e r i n ga l lp h a s e sw h i c hw i l ll e a dt ot h er e s u l tt h a tt h e s et w os y s t e m s a r et h em o s ta p p r o p r i a t ew h e nc o n s i d e r i n gt h el o we n e r g yc o n s u m p t i o n r e g a r d i n go t h e re n v i r o n m e n t a la s p e c t sc f la n dt h et 5c o n t a i n sm e r c u r y i ti s a c t u a l l yd u r i n gt h ep r o d u c t i o no fe l e c t r i c i t yt h r o u g hc o a lc o m b u s t i o nw eg e tt h e h i g h e s te m i s s i o n so fm e r c u r y ，a n dt h ee m i s s i o n so fm e r c u r yf r o mc f l si sm u c h l o w e rt h a nt h a to fg l se v e ni n c l u d i n gt h em e r c u r yi nt h e m s e l f b u tt h ei n c r e a s eo f t h e s e l i g h t i n gs y s t e m so nt h e m a r k e tw i l lr e q u i r em o r ed e v e l o p e dr e c y c l i n g p r o g r a m sa n di n c r e a s e da w a r e n e s so ft h ee f f e c t so fm e r c u r yo nh u m a nh e a l t ha n d t h ee n v i r o n m e n t k e y w o r d sl i f ec y c l ea s s e s s m e n t ；l i g h ts o u r c e s , e n v i r o n m e n t a li m p a c t i v d c b g l s g w p h g h t p l c a l c d l e d l p w t 5 w e e e d i c h l o r o b e n z e n e 二氯苯 g e n e r a ll i g h t i n gs e r v i c e ( i n c a n d e s c e n tl a m p ) 传统白炽灯 g l o b a lw a r m i n gp o t e n t i a l m e r c u r y h u m a n t o x i c i t yp o t e n t i a l l i f ec y c l ea s s e s s m e n t l i q u i dc r y s t a ld i s p l a y l i g h te m i t t e dd i o d e l u m e n sp e rw a t t l i n e a rf l u r e s c e n tl a m p 全球变暖潜能 汞 人体毒性潜能 生命周期评价 液晶显示器 发光二极管 光效 直管荧光灯t 5 w a s t ee l e c t r i ca n de l e c t r o n i ce q u i p m e n t 报废电子电气设备指令 v 2 0 世纪，伴随着全球性