基于耗散结构理论的生态型室内设计研究

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　　 摘 要：所谓耗散结构，指的是开放系统在离平衡态非常远的时候，所产生的一种有序的时空结构。随着社会的发展，人们对建筑设计的质量要求也越来越高。尤其是在生态背景下，生态化的室内设计更是获得了人们的青睐。将耗散结构和生态室内设计进行结合，能减少室内设计中的增熵现象，为人们塑造一个更加舒适的家居环境。
　　关键词：耗散结构;质量;生态;室内设计
　　课题项目：本文系江西省高校人文社会科学研究课题“基于生态文明建设视野下的生态型室内设计的应用研究”（JC1527 ）研究成果。
　　 早在20世纪60年代末期，比利时物理学家普利高津便提出了耗散结构理论。所谓耗散结构，指的是远离平衡状态下的多元化系统，和外界能量流、物质流进行交换，并维持一定的状态。
　　一、耗散结构必须具备的条件
　　为了促使耗散结构的运行更加有序，必须具备三个条件。第一，开放性。这是耗散结构产生和继续维持的基础。在开放性的基础上，和外部环境进行能量、物质交换，从而抵消系统中的正熵流。第二，非平衡状态。耗散结构并非固定的结构，其变化性、动态性很强[1]。第三，非线性互动作用。在这样的背景和条件下，内部各个元素会相互影响、相互协作，从而促使耗散结构处于有序的状态。
　　二、远离平衡态的开放系统和熵
　　多元化系统在一定的影响下，通过动态变化，产生一种全新的有序结构。同时，普利高津也将开放系统、远离平衡态、非线性作用当作是产生耗散结构的基础。因此，耗散结构属于研究远离平衡态的开放系统，从无序到有序的状态。
　　（一）开放系统
　　耗散結构包括了两种含义，一种是消耗，一种是有序。为了维持有序的结构，系统必须消耗一些能量、物质。在这个过程中，怎样实现系统有序状态，属于非常重要的问题。这里说的有序，指的是系统中很多要素之间产生的有规律的变化。有序分为两种，一种是静态的，一种是动态的。动态的结构大多来自于孤立系统，少数来自开放系统。在耗散结构理论中，人们都想要实现动态有规律的开放系统。这是由于在孤立系统里，没有物质和能量方面的交换，物质非常容易形成有序的状态。然而来源于孤立系统的有序状态，则是静态平衡状态。但在开放系统里，系统和外部环境会互相影响，同时进行能量和物质的交换。因此要站在耗散结构的基础上来对室内环境进行生态化设计，自然界、社会都需要和外部环境进行能量交换。若是阻止了开放系统和外界之间的能量、物质交换，那么系统的生命就会停止。与此同时，开放系统也会变成孤立的。
　　（二）和平衡态进行疏离
　　耗散结构理论中，对系统的平衡态、非平衡态的理解是开放的。在人类历史上，一直在追寻人和人、人和物、物和物之间的系统平衡[2]。然而，这里的平衡也包括静态和动态两种。随着社会的不断发展，人们对世界的追求也逐渐趋于动态化。但耗散结构理论认为，只有和平衡态进行疏离，才能更好地发展。在普利高津看来，一个非平衡的混乱的无序状态里，能产生新的结构，也就是耗散结构。其对于理解关联性以及非平衡社会的组织作用，具有重要的作用。
　　（三）生命系统和非平衡态
　　分析耗散结构理论，发现有机体全部是开放性的系统，而且远离了平衡态。这主要是因为生命系统拥有一个和平衡系统相背离的本质特征，其来自于生命系统的动态性。也就是说，生命过程只能在非平衡状态中运行。普利高津认为，所有的生命活动都有特征，这些特征表示生命中拥有超过热力学分支平衡阈值以及和平衡态相背离的现象。
　　（四）开放系统和熵
　　在耗散结构中，熵属于非常重要的一个理念。19世纪末期，克劳修斯对热机的循环进行研究，提出了熵这个概念。热机系统在每一次循环结束时，其中的状态函数——熵，都会回到初始值。克劳修斯将熵用在系统无序状态下的动态性函数中，从而阐述系统能力的转化过程。系统里的熵逐渐减少，有效能量也会增多。后来的研究者认为，熵可以用来描述系统的无序程度。在孤立系统中，状态会由非平衡态逐渐朝着平衡态转变，使得熵函数越来越多。待系统完全变为平衡态，其内部也会完全处于无序的状态，熵函数逐渐增加。
　　三、生态设计理念
　　（一）生命以负熵为生
　　人体属于开放的生命系统，其怎样维持自身的生命特征呢？或者说，一个活的生命有机体是如何维持生命呢？这需要依靠生命系统的新陈代谢。换句话说，人通过吃、喝、呼吸或者另外的一些途径，获得人体生存必须的营养物质，从而替换人体损耗的元素，从而完成人体的物质交换。薛定谔认为这样的观点是错误的，他认为新陈代谢的本质并非能量交换。这是因为人体所含的能力和物质是相同的，都不会产生变化。如果体内的卡路里和体外的卡路里价值相同，那么单纯的交换没有任何用处。
　　如果生命系统的延续和新陈代谢无任何关系，那么根据薛定谔的熵理论，则可以得出这样的结论：若仅仅将重点放在系统方面，不考虑系统和外界之间的能量、物质交换，则自然界中所有事物的发生，都会产生系统的熵，所以，一个生命系统也会不断产生熵，逐渐趋于系统最大熵。这样一来，系统会变得无序甚至很危险。为此，可以将重点放在开放系统的熵变化的其他因素方面，也就是系统外的熵传递。薛定谔认为，解决的方法是不断获得负熵，有机体需要依靠负熵而存在。新陈代谢的存在促使有机体减少了很多的熵[3]。
　　（二）生态设计要引入负熵观念
　　人体属于开放的体系，会和外界产生物质、能量方面的交换。若是上面所说的污染物由于人体系统的交换进入人体，便会增加人体系统的熵，给健康带来极大的危害。只有引进负的熵流，促使人体系统产生原理平衡状态的有序结构，才能使得室内环境更加和谐。
　　（三）生态设计的宗旨
　　薛定谔提出，在生态设计过程中，要促使生命体系中的熵被减少，就要找到传递至生命系统的负熵之源。必须在不违背自然规律的前提下，减少其中的熵，这是非常大的难题。可促使该理念被推广到生态设计中，人体属于一个开放的系统，房屋建筑则属于人体系统依赖的外部环境，要将建筑变成人体系统的负熵之源，解决的方法有两个：第一，房屋的功能是为人遮风挡雨、保暖，除了要满足这样的功能，也不能阻止人体系统和外界进行能量、物质方面的交换;第二，要促使房屋建筑和人体系统产生能量、物质方面的交换。 　　四、基于耗散结构理论的生态型室内设计
　　（一）生态型室内设计
　　耗散结构理论的特点是开放性，同时这也是耗散结构维持的基础。孤立系统的熵会产生变化，根据热力学中的定律，这个系统不会产生新的有序结构。也就是说，开放性并非产生耗散结构的充分条件，其属于必要条件。此外，若是开放系统中没有引进负熵流，引进的是正熵流，那么就无法产生新的有序结构，仅仅只能维持系统的无序状态。在对室内环境进行设计的过程中，要开发出有序的体系，从而自动输入能量、物质等，使其被转化为新的形式输出。生态型室内环境具有开放性的特点，在设计完毕之后进行装修，室内系统是封闭的。这样一来，系统不能和外界进行物质、能量方面的交换。进行装修时，如果室内的甲醛物质不断累积，而内部环境又是封闭的，那么就容易威胁到人体健康。对室内环境进行开放性设计，具体包括下面这几个方面的内容：
　　第一，促使室内空气流通。为了提高室内环境的开放性，设计时要遵循流动性、通透性的原则，使得外界的空气和室内进行交换。而且阳光属于非常重要的负熵，所以室内设计必须保证透光性，有充足的阳光。
　　第二，科学使用空气净化技术。目前，世界上出现了很多的空气净化技术。这些技术能起到改善室内空气质量的作用，常见的有HEPA过滤技术、活性炭净化技术、嫁接高分子聚合技术、臭氧消毒技术、负离子净化技术等[4]。在进行应用的时候，要根据室内的实际情况，选择适宜的空气净化技术，使得室内环境更加开放。
　　第三，空气混合对流设计。室内空气混合对流的设计方法，最常用的方法有两种：第一种是合理设计室内的空调体系，其中包括了变通型变风量系统和定风量一次、二次回风系统，从而促使室外的新鲜空气流通到室内，最终实现室内室外的空气混合对流;第二种是经常打開窗户通风，促使室内和室外空气实现混合对流。不仅如此，室内环境的舒适度也受到相对湿度、温度的影响。在促使室内空调系统运行或打开门窗通风时，必须对室内的温度、湿度进行合理控制。
　　（二）种植一些植物，增加负熵
　　首先，可以通过植物来调节室内的湿度。绿色植物能起到蒸腾的作用，增加室内湿度。栽培植物的介质也能增加水分，调节室内空气。尤其是阳光充足的情况下，室内绿色植物的光合作用、蒸腾作用会更强，带来更多水分。这对于人体皮肤的保湿、呼吸保持等，都具有良好的作用。
　　其次，通过绿色植物来减少室内的微生物。在装修和居住时，室内的细菌、病毒数量会逐渐增多。如果室内拥有一些绿植，那么便会产生抗菌成分，抑制室内微生物，减少细菌、病毒的产生。
　　然后，室内的绿植能减少可吸入颗粒物的数量。人体若是吸入过多颗粒物，则会对健康造成一定的威胁。为此，可以在室内种植金边吊兰、马蹄莲等植物，塑造一个良性的低熵环境，减少对人体健康的威胁。
　　最后，可以通过绿色植物来减少室内的气体污染。因为绿植在光合作用的状态下，会形成很多的氧气，和室内的二氧化碳进行交换，调节室内的碳氧比。不仅如此，绿植还能增加空气负离子的浓度，使得室内空气环境更加优良。
　　五、结语
　　综上所述，基于耗散结构的生态室内设计，不但要促使室内环境更加开放，而且要在室内种植一些植物。随着现代科技的不断发展，负熵也在不断增加。只有开展了科学合理的生态设计，在其中融入耗散结构理论，才能真正实现人体系统的熵减。
　　参考文献：
　　[1]沟睿.基于耗散结构理论的生态型室内设计研究[J].美术教育研究，2017（11）：78.
　　[2]陶凯，郭汉丁，王星，等.建筑节能改造项目风险共担耗散结构演化机理[J].吉首大学学报（自然科学版），2016（3）：90-93.
　　[3]管雪松，赵煦.基于耗散结构理论的生态型室内设计研究[J].艺术百家，2016（1）：227-229.
　　[4]张玉利，白峰.基于耗散理论的众创空间演进与优化研究[J].科学学与科学技术管理，2017（1）：22-29.
　　作者简介：
　　 钟朝玲，江西环境工程职业学院工业与设计学院，副教授。研究方向：平面设计、工艺美术。
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