제품 기능의 하락 속도를 고려한 에코디자인 지수 개발 | Development of eco-design index incorporating deterioration rate of the product's functions

학위논문(박사)--아주대학교 일반대학원 :환경공학과,2018. 2

기존의 에코디자인은 제품의 환경성 측면만을 고려하여 수행되어왔다. 제품의 환경측면 분석을 통해서 파악된 주요 부품이 기존 에코디자인의 개선 대상이 되어왔다. 환경적 측면뿐만 아니라 제품의 경제적 측면과 소비자효용가치(Utility value, UV)적 측면을 동시에 고려한 에코디자인 지수(Eco-Design Index, EDI)는 에코디자인을 평가하는 새로운 대안이 될 수 있다. 기존에는 소비자효용가치적 측면 고려 시, 물리적 기능성과의 낙후에 의한 가치 하락 속도는 선형 함수의 형태로 가정하여 산정되어 왔다. 이는 실제 제품의 기능성과가 하락하는 속도를 제대로 반영하고 있지 못하다는 뜻이다. 이 연구의 첫 번째 목적은 제품의 기능성과가 하락하는 속도를 산정하는 식을 실제 수명 분포 모델 중 하나인 지수 분포를 고려하여 제안하고, 기존 선형함수와의 차이를 통해 그 의의를 알아보는 것이다. 두 번째 목적은 앞서 산정한 식을 토대로 공용 복합기의 출력 기능을 수행하는 부품에 대한 EDI 산정 사례 연구를 통해 기존 에코디자인 평가 방법보다 개선된 에코디자인의 새로운 접근방법을 제시하는 것이다. 지수함수 식을 바탕으로 한 하락 속도 모델은 선형함수 식을 통한 모델보다 실제 부품들의 하락 패턴을 더 잘 반영하고 있다. 이번 연구의 대상 제품인 7가지의 부품 모두 기존 선형함수를 통한 UV값이 지수함수를 고려한 UV보다 적게 산정되었다. 즉, 기존의 방법은 제품의 총 가치를 제대로 반영하지 못하였다는 것을 나타낸다. 도출한 식을 반영하여 EDI 산정 사례 연구를 실시한 결과 TPI 에서는 토너(컬러)가 1위, 기존 EDI의 경우 드럼(컬러)가 1위, 이번 연구에서 개발한 EDI의 경우 전사벨트가 1위로 그 순위가 모두 달랐다. 또한, 보조기능 소모품 중 환경성, 경제성만을 고려했을 때는 평가가 좋지 않았으나, 소비자 효용가치가 높아 EDI로 에코디자인 정도를 평가하였을 때는 에코디자인이 가장 잘 된 소모품으로 도출된 소모품이 존재하였다. 반대로 환경성은 우수하나 다른 항목들이 좋지 않은 평가를 받아 EDI순위는 낮은 경우도 있었다. 이것은 에코디자인 정도를 평가할 때에 환경성뿐만 아니라 경제성과 UV 측면 또한 반드시 고려해야 하며, 실제 제품의 수명 분포 모델을 반영하여 UV를 산정해야 한다는 결과를 나타낸다고 판단된다.

제 1 장 개요 1 제 1 절 연구 배경 1 제 2 절 연구 목적 및 내용 4 제 2 장 문헌연구 6 제 1 절 국내·외 친환경제품 관련 동향 분석 6 1. 에코디자인 지침서(Eco-design directive) 개정 6 2. 환경 및 녹색 소비에 대한 소비자의 가치변화 예상 6 3. 지속가능한 산업 정책 계획 7 4. 녹색 소비 촉진 정책 8 가. 미국 8 나. 일본 9 다. 유럽 11 제 2 절 에코디자인 지수 15 1. 소비자 효용가치(Utility Value) 정량화 15 가. 소비자 효용가치(UV) 개요 15 2. 환경성 정량화 : 전과정평가(Life Cycle Assessment; LCA) 19 가. 전과정 평가의 정의 19 나. 전과정 평가 연구 수행을 위한 방법론 23 다. 전과정 평가 연구 수행을 위한 도구 29 3. 경제성 정량화(Life Cycle Cost; LCC) 32 제 3 절 제품의 물리적 기능성과 하락 분석 38 1. 제품 수명주기 예측 38 가. 제품 수명주기 예측(Lifetime prediction) 개요 38 나. 신뢰성의 수학적 측정 38 다. 지수 분포(Exponential Distribution) 40 라. 와이블 분포(Weibull Distribution) 40 2. 평균 고장 간격, 평균 고장 수명 42 가. 평균 고장 간격, 평균 고장 수명 개요 42 제 3 장 소비자효용가치, 환경성 및 경제성 분석 방법 45 제 1 절 소비자효용가치(Utility Value; UV) 분석 45 1. 제품 소유 기간 중 제품 가치 산정 개요 45 2. 제품 가치 하락을 고려한 소비자 효용가치(UV)개요 47 3. 제품 가치 하락을 고려하지 않은 소비자 효용가치(UV)개요 54 4. 정규화 소비자 효용가치(Normalized UV)를 통한 제품 소유기간 중 제품 가치 산정 개요 55 제 2 절 환경성(Life Cycle Impact; LCE) 분석 57 1. 제품의 환경 영향 정량화 개요 57 2. 제품 환경 영향 산정 절차 59 제 3 절 경제성(Life Cycle Costs; LCC) 분석 66 1. 제품수명주기원가(Life Cycle Cost) 개요 66 2. 제품수명주기원가(Life Cycle Cost) 산정 절차 67 제 4 절 에코디자인 지수(Eco-Design Index; EDI) 산정 방법 75 1. 에코디자인 지수의 정의 75 2. Eco-Design Index 산정 개요 76 제 4 장 사례 연구 78 제 1 절 보조기능을 수행하는 소모품 정의 78 1. 출력기능을 구현하는 보조기능 정의 78 2. 보조기능 수행 소모품 정의 78 3. 시스템 경계, 데이터 수집 및 시나리오 79 제 2 절 소모품들의 소비자효용가치 산정 83 1. 소모품 가치 하락을 고려한 소비자효용가치 83 가. 기존 선형함수를 통한 물리적 가치하락 산정 방법을 통한 소비자효용가치 83 나. 지수함수를 통한 물리적 가치하락 산정 방법을 통한 소비자효용가치 84 다. 기존방법과 지수함수를 통한 물리적 가치하락 산정 방법을 통한 가치하락을 고려한 소비자효용가치 비교 89 2. 소모품 가치 하락을 고려하지 않은 소비자효용가치 97 3. 정규화 소비자효용가치를 통한 소모품 소유 기간 내 소모품 가치 산정 97 제 3 절 보조기능을 수행하는 소모품들의 환경성 산정 100 1. 환경성 분석 100 제 4 절 보조기능을 수행하는 소모품들의 경제성 산정 106 1. 경제성 분석 106 제 5 절 출력기능을 구현하는 보조기능 소모품들의 EDI 산정 112 제 6 절 기존 에코디자인 평가 지수 결과와의 비교 115 제 5 장 결론 및 향후 연구 117 제 1 절 결론 117 제 2 절 향후 연구 방향 119 제 6 장 참고문헌 120

Doctoral

Existing ecodesign method has focused only on the environmental aspects of a product. Key components of a product identified from the analyses of the environmental aspects have been the target for improvements. The ecodesign index (EDI) can be an alternative to the existing ecodesign method for evaluating the degree of ecodesign of a product. It takes into consideration not only the environmental aspects but also economic as well as consumer’s utility value (UV) of the product. Conventional UV calculation assumed deterioration rate of a product’s physical function linear. However, this linear assumption cannot reflect the true deterioration rate. One of the main objectives of this research was to propose an equation that predicts deterioration rate of the product’s function, and assesses the difference from the linear assumption equation. Other objective was to propose a new ecodesign approach through a case study of applying the EDI method to the components of a multi functional printer. The deterioration rate model based on the exponential equation better mimics the real deterioration pattern of the components, while the liner equation does not. The model based on the linear equation consistently underestimated the UV values of the seven components of the printer compared to that based on the exponential equation. The case study results indicated that the degree of ecodesign should be assessed based on not only environmental aspects but also economic as well as UV aspects. In addition, the UV should be calculated based on the lifetime distribution model of the product under ecodesign.