环境工程解决了系统设计和运行中出现的四个问题。它们是:(1)针对特定操作环境的设计,(2)环境影响,(3)绿色设计,(4)符合环境法规。
系统是为特定的操作环境而设计的。特别是产品系统,通常会考虑温度和湿度条件。根据产品的不同,可能需要考虑其他环境条件,包括紫外线暴露、辐射、磁力、振动等。这些条件的允许范围必须在系统的要求中规定。
需求
编写需求的一般原则也适用于为系统及其元素指定操作环境。需求通常被编写为要求遵守一组标准。
纪律管理
许多国家要求在获得监管批准之前对大型项目的环境影响进行评估。 评估记录在环境影响报告 (EIS) 中。 在美国,一个复杂的项目可能需要一个 EIS,这大大增加了项目的成本、进度和风险。 范围
在美国,遵循图 1 中的过程。 在项目获得资助之前准备一份提案。 监管机构审查该提案。 如果它属于排除类别,则不采取进一步行动。 如果不是,则进行环境评估。 如果该评估确定没有重大影响 (FONSI),则不采取进一步行动。 在所有其他情况下,都需要环境影响声明。
图 1. 确定是否需要 EIS 的流程图。 (SEBoK 原创)
EIS 的准备是一项资源重大的任务。 Bregman (2000) 和 Kreske (1996) 提供了对该过程的易于理解的概述。 Lee 和 Lin (2000) 提供了一本环境工程计算手册,以帮助提交技术文件。 许多公司提供咨询服务。 法律参考
美国的基本参考资料包括 1969 年国家环境政策法案及其实施条例 (NEPA 1969) 和欧洲委员会指令 (EC 1985)。 州和地方法规可能很广泛; Burby 和 Paterson (1993) 讨论了提高合规性。 对成本和进度的影响
根据项目的规模,EIS 的准备可能需要数年时间并花费数百万美元。 例如,檀香山轻轨项目的 EIS 耗时四年,耗资 1.56 亿美元(Hill 2011)。 即使 EIS 发现负面影响,项目也可能继续进行,但项目的反对者可能会使用 EIS 流程来推迟项目。 一种常见的策略是声称 EIS 不完整,因为它忽略了一些环境影响。 Eccleston (2000) 提供了 EIS 规划指南。 能源效率
已经出版了大量关于能源效率设计的文献。 Lovins (2010) 提供了十个设计原则。 他还提供案例研究(Lovins et al. 2011)。 英特尔 (2021) 为提高其计算机芯片的能效提供了指导。 在结构的有效设计方面也有大量信息可供使用; DOE (2011) 提供了一个很好的概述。
提高能源效率可以显着降低系统的总生命周期成本。 例如,丰田普锐斯被发现具有最低的 60,000 英里生命周期成本,尽管初始购买价格较高(Brown 2011),但三年。 碳排放量
人们越来越关注二氧化碳的排放。 BSI 英国标准提供了评估商品和服务生命周期温室气体排放的规范(BSI 2011)。 可持续性
Graedel 和 Allenby (2009)、Maydl (2004)、Stasinopoulos (2009)、Meryman (2004) 以及 Lockton 和 Harrison (2008) 讨论了可持续性设计。 可持续性经常在联合国关于我们共同未来的报告(WCED 1987)和里约宣言(UN 1992)的背景下进行讨论。
学科关系
企业必须注意遵守各种环境法规。 德尚等人。 (1994 年)提供了一个公司的例子,其中每销售美元的 17% 用于合规活动。 他们讨论通过更好的合规性获得竞争优势。 Gupta (1995) 研究了合规性如何改善运营功能。 Berry (1998) 和 Nash (2001) 讨论了企业环境管理的方法。 依赖项
ISO14001 为组织制定了遵守环境法规的标准。 Kwon 和 Seo (2002) 在韩国语境中讨论了这一点,Whitelaw (2004) 提供了一本关于实施 ISO14001 的手册。
纪律标准
根据正在开发的产品,可能存在操作条件标准。 例如,ISO 9241-6 规定了视频显示终端的办公环境。 军事设备可能需要满足美国的 MILSTD 810G 标准 (DoD 2014) 或英国的 DEF STAN 00-35 (MoD 2017)。
美国联邦航空管理局发布了一份 EIS 最佳实践清单 (FAA 2002)。
美国环境保护署 (EPA) 将 绿色工程 定义为:设计、商业化和使用可行且经济的工艺和产品,同时最大限度地减少 (1) 从源头产生污染和 (2) 对人类健康的风险和环境(EPA 2011)。 绿色工程包含这样一个概念,即保护人类健康和环境的决策在早期应用于过程或产品的设计和开发阶段时可以产生最大的影响和成本效益。
EPA (2011) 提供了以下绿色工程原则:
- 全面设计流程和产品,使用系统分析,并集成环境影响评估工具。
- 保护和改善自然生态系统,同时保护人类健康和福祉。
- 在所有工程活动中使用生命周期思维。
- 确保所有的物质和能量的输入和输出都是安全的。
- 尽量减少自然资源的消耗。
- 努力杜绝浪费。
- 开发和应用工程解决方案,同时了解当地的地理、愿望和文化。
- 创建超越当前或主导技术的工程解决方案; 此外,改进、创新和发明(技术)以实现可持续发展。
- 积极参与社区和利益相关者的工程解决方案的开发。
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