呂喆
早上看電視，裡面有條關於對煙花爆竹銷售商店進行消防檢查的新聞。記者為了證明這家店鋪存在嚴重的消防安全隱患，專門把攝像機瞄準了店內照明用的節能燈上方的天花板，可以看到那裡已經被「燻黑」了，讓俺們這些觀眾看看點那些節能燈有多「危險」。這條新聞促使我動手敲打出這篇好久以前就想寫的博文——天花板和牆壁是怎麼被燻黑的。
我們在生活中都有這樣的經驗或觀察，暖氣片或燈具上方的天花板、牆壁如果不每天清掃，時間久了就會顯得很黑；此外，屋角也會顯得很黑。這些黑色顯然不是人們塗抹上去的，而是灰塵日積月累的沉積造成的。那麼灰塵們來自哪裡？又為何會更「偏愛」這些地方呢？
沉積在天花板和牆壁上的灰塵，顯然來自空氣中懸浮著的微粒，這些微粒會隨著空氣流動，遇到障礙物時有可能會吸附或沉積上去。燈具、暖氣等這些比較熱的物體上方的天花板與牆壁上沉積的灰塵會格外的多，是因為在這些發熱體上方，空氣會被加熱，然後就會產生更強烈的上升氣流。由於上升氣流有確定的流動方向，而且流速要比自然對流大得多。這樣和牆壁、天花板發生作用的氣體的量會比較多，在空氣中灰塵含量一定的情況下，在一定時間內沉積下來的灰塵也就越多，所以那些地方會比較髒、比較黑。在屋角的位置，由於氣流在那裡必然發生轉向，與空氣中的氣體分子相比重得多的灰塵容易與氣體分離，沉積在角落處，所以角落處也會顯得比較黑。事實上，像新聞中所說的天花板被節能燈給燻黑的情況，也和屋角類似，上升氣流在遇到天花板時必然發生轉向，並在此處留下了灰塵。
關於新聞中被燻黑的天花板能否被用來證明那家店鋪的照明系統不夠安全，我持審慎的懷疑態度。根據剛才的分析，「燻黑」是由於灰塵沉積產生的一種現象，只要長時間積累就必然發生，並不是熱源造成了天花板材料本身發生了物理或化學變化，這還不至於造成火災及其隱患。如果天花板被更高溫度的熱源或熱氣加熱後發生了熱解碳化，到了可能被點燃的程度，那才是真正危險的。其實節能燈本身的發熱量並不算太大，至少比相同亮度的白熾燈小得多，如果線路沒有其他問題（例如導線過細、開關或燈頭的觸點接觸不良等），應該不至於成為安全隱患。
當然，新聞中提到在經銷煙花爆竹的店鋪內燒香的行為，過近的店鋪分布和太多易燃易爆貨物的集中堆積等等，才是真正的安全隱患，這是必須消除的。無論如何，咱們國內要的是歲歲平安，而絕對不是碎碎平安。
（http://blog.sciencenet.cn/u/boxcar）
[16]fonen
確實牆面內表面溫度在垂直方向有分布，但相對於牆面內外表面的溫差大小，這個由於垂直分布產生的差異可以忽略，即外牆內表面可認為是均勻的。同時，室內空氣溫度的垂直分布與牆面內表面的基本一致，如此室內空氣溫度與外牆內表面的溫差在垂直方向上基本保持不變。所以用牆面和空氣之間的溫差來解釋牆面變黑現象不合理，也沒法解釋為何只有散熱器上方有牆變黑現象，而外牆其他地方幾乎沒這個現象。有條件的可以對牆面黑物質進行下測試，究竟是灰塵還是帶有金屬分子？
博主回覆：不大可能是金屬粒子。因為：
1）金屬被熱蒸發的溫度要很高，而暖氣片的表面溫度還遠遠不夠；
2）通常金屬的密度往往比其他浮塵大。
如果弄一個電燈泡在牆邊點著，時間長了也會有很多灰塵沉積在其上方的牆上。
另外，不在於溫差有多大，而在於長期的積累效應。我用熱像儀測試了一下實驗室牆壁的溫度，上下的溫差有零點幾度。以前曾經觀測過鋁合金窗框的溫度，那差距可是相當的大！
[15]匿名
如果牆面黑物質是灰塵的話，那為何一般是散熱器上方有大量黑物質？一般而言，外牆內表面溫度比較均勻，若是由於外牆內外表面的溫差引起的，那麼整個外牆內表面都有變黑現象，請問這個如何解釋？
博主回覆：知道什麼最黑麼？孔洞！
如果是灰塵小顆粒堆積在一起，之間就會形成很多小孔隙，遠遠看去，這些小空隙是黑色的。
其實外牆的內表面溫度恐怕並不均勻，因為空氣氣溫是按照高度有分布的，所以牆表面的溫度本來也不是處處相同的，而在目前咱們討論的這個問題中，牆面與空氣的溫差似乎更重要。
[14]zfding
我的觀點：不是物理氣相澱積。在電器加電工作時，外殼帶有靜電，空氣中的塵埃被電極化，受電吸引力，容易在電器周圍落下。依據這種原理，已有人開發了靜電除塵設備。
博主回覆：當然不是氣相沉積，因為灰塵可比氣體分子大多了。靜電吸附的現象是有的，但前提是先帶上靜電。
[13] 匿名
本人物理學識較少，僅限於大學物理水平，有錯誤望大家指正。（有評論）提出了牆壁變黑屬於物理氣相沉澱現象，非常受啟發。我以前也想與散熱器本身材料有關，散熱器表面的金屬分子在熱擴散熱作用下，散發到空氣中，然後由於外牆內壁面的冷卻作用，被冷牆面吸附，形成黑表面。貌似本質如此，同時也有人做了個有趣的實驗，將壁面塗黑，結果一個採暖季下來，壁面變花了，這個可以百度搜索到。也許他家散熱器表面塗上什麼銀灰塗料，這些花點可能是銀灰分子造成的。所以用物理氣相沉澱現象解釋挺合理，但還是需要進一步驗證。
博主回覆：灰塵，是灰色的。灰色的東西，落在黑色的物體上會顯得「白」，落在白色的物體上會顯得「黑」。穿衣服的經驗即如此。
[9]fonen
這篇博文非常好，我是研究室內環境的，基本同意博主和zhangxw先生的觀點。關於窗花的實質上是結露現象，與外窗內表面的溫度是否低於室內空氣露點溫度有關。以前用的單層窗，傳熱比較大，溫差也比較大，造成內表面溫度低於空氣露點溫度，就容易產生結露或窗花，現在用雙層窗，傳熱比較小，導致內表面溫度較高，高於空氣露點溫度，就不會發生結露現象了。同樣，現在外牆的保溫性能越來越好，其內表面溫度一般比外窗要高，就更不會發生結露現象。而關於牆壁結灰是否與溫差有關，需要驗證。這一點我更同意博主的觀點，由於散熱器或其他熱源的加熱，使其表面空氣對流明顯加快（按傳熱學定義，但仍屬於自然對流範疇），這個是有大量實驗和模擬驗證的，最終使熱源附近的空氣與其接觸的壁面作用加強。這個作用機理如何，挺值得研究的。現在有個有效做法，在散熱器上加個罩，這樣確實能有效減少牆面黑度，但也損失了一部分熱量，降低室內空氣溫度，這不是根本辦法。
博主回覆：關於結灰與溫差的關係，我在張老師的博文下面作出了評論。我認為還是與溫差有關係。關於這個問題的實驗驗證，您提出了一個很好的課題，我會找機會做這個實驗的。我個人認為，使用氣包罩對室內環境的影響是不利的。雖然這樣可能會顯得稍微乾淨和整齊一些。但是，如您所說，氣包罩會損失熱量，更為嚴重的是，氣包罩中含有的一些有機成分（油漆、膠水等）會在暖氣加熱後揮發出來，影響室內空氣，可能會危害健康。
[5]zhangxw
看到呂喆教授的博文談及天花板和牆壁被燻黑事，深感認同，我認為它不是一般意義上被烤得變了顏色，而是空氣中的灰塵在那裡的積累。我覺得，與其說它與高溫有關係，不如說它與溫度差有關。
住在北方，在冬季很容易看到暖氣片附近的牆上有深色的灰自動黏著現象。細看這個現象其實普遍存在：北方的房子最髒的一面就是外牆的內側。再細看，哪裡的內外溫度差大（牆角），哪裡的牆就更黑，有時通過黑色的程度不同，你可以猜到哪裡的牆磚縫沒有抹嚴實！
你家裡的電視機為什麼用了幾年，內部就積了很多灰，而商店的電視機內部就沒有灰？
你家的電子鐘裡為什麼有灰，而商店的電子鐘裡沒有？
北方人家過去要生爐子取暖，而爐子的煙筒幾乎每個月要清理一次菸灰？
問題1：在煙筒裡你放一塊鐵皮，它也會結灰嗎，為什麼？
我沒有做實驗，但是我相信煙筒裡的鐵皮根本不結灰，而是乾淨的，而鐵皮煙筒就結大量的灰！歡迎大家試試看？問題在哪裡？
問題2：室外是-20°C，你敢用舌頭舔鐵片嗎？
我認為這就是物理學已經談及的所謂熱擴散現象（也許更深一層）。即溫度梯度大（內外溫度差別大）就使密度大的物質（空氣中的塵埃）向冷側聚集。而這種富集是如此強烈，以致形成固體結層，用手都抹不掉。我過去經常在冬季打煙筒，那些菸灰黏在煙筒上是相當結實的。
想消滅暖氣包附近牆上的黑灰嗎？我認為，那你就把牆皮加厚，以減少那裡的溫度梯度。
過去北方窗子上的玻璃是單層的，屋子裡熱，結果玻璃附近的溫度梯度大，就使水汽分子（我認為是水分子的聚合體）向玻璃上附著而成為窗花。現在北方新建築的窗子是雙層玻璃，於是這個現象就消失了！
這些現象我估計與雨滴、雪花的形成有關。但是更細的話我目前說不清楚。
[4]孫學軍
這個方式很好，針對我們的媒體和日常生活中的「不科學現象」，比單純科普效果要好一些。過去真的沒有想過這個現象的原因。
博主回覆：對生活中的現象作出科學的解釋，是最容易做的科普。
《中國科學報》 (2012-01-07 A3 博客@科學網)