Mặc quần áo chống nắng màu đen hay màu trắng cản nhiệt tốt hơn?

Khi mùa hè bước vào giai đoạn đỉnh điểm, trang phục che chắn khi ra đường trở thành vật dụng thiết yếu của mỗi người. Nhiều người băn khoăn liệu nên chọn áo khoác màu trắng để phản chiếu ánh nắng hay màu đen để cản bức xạ nhiệt tốt hơn.

Về khả năng cản nhiệt trực tiếp trên bề mặt vải, màu trắng vượt trội hơn màu đen khi giúp trang phục duy trì mức nhiệt độ thấp hơn đáng kể dưới ánh nắng mặt trời gắt gao ^[1]. Màu đen có xu hướng hấp thụ phần lớn năng lượng quang phổ khả kiến và chuyển hóa thành nhiệt năng ^[2]. Tuy nhiên, hiệu quả làm mát thực tế trên cơ thể còn phụ thuộc chặt chẽ vào độ thông thoáng, lưu tốc gió của môi trường và đặc tính cấu trúc sợi vải ^[1].

Cơ chế hấp thụ quang phổ và bức xạ nhiệt của màu sắc vải

Nhiệt lượng từ ánh sáng mặt trời truyền xuống mặt đất chủ yếu bao gồm quang phổ ánh sáng khả kiến và dải cận hồng ngoại (NIR) ^[1]. Khi ánh sáng chiếu vào sợi vải, một phần năng lượng sẽ bị phản xạ trở lại môi trường, một phần truyền xuyên qua và phần còn lại bị vật liệu hấp thụ ^[1].

Màu sắc của trang phục quyết định trực tiếp đến hệ số phản xạ ánh sáng (albedo) trong dải khả kiến ^[1]. Vải màu trắng phản xạ phần lớn các bước sóng ánh sáng nhìn thấy, do đó hệ số hấp thụ năng lượng mặt trời của nó ở mức rất thấp ^[1]. Ngược lại, vải màu đen thể hiện khả năng hấp thụ quang phổ vượt trội ở toàn bộ dải ánh sáng nhìn thấy, giữ lại gần như toàn bộ năng lượng photon chiếu tới ^[2].

Khi sợi vải màu tối hấp thụ bức xạ mặt trời, năng lượng này được chuyển hóa trực tiếp thành nhiệt năng, làm nhiệt độ bề mặt vải tăng nhanh ^[1]. Trong các vật liệu màu tối, hệ số hấp thụ quang phổ có thể đạt mức rất cao, khiến bề mặt sợi vải tích tụ nhiệt lượng lớn khi tiếp xúc với nguồn sáng mạnh ^[2]. Ngoài dải ánh sáng nhìn thấy, khả năng phản xạ trong dải cận hồng ngoại cũng là một yếu tố mang tính quyết định đến mức độ gia nhiệt của bề mặt trang phục ^[1].

Nghiên cứu thực nghiệm: Chênh lệch nhiệt độ bề mặt lên tới 15 độ C

Để làm sáng tỏ tác động của màu sắc trang phục đối với vi khí hậu bề mặt, một nghiên cứu thực nghiệm công bố năm 2024 đã tiến hành quan sát nhiệt độ bề mặt của các áo polo có cùng chất liệu và kiểu dáng nhưng khác nhau về màu sắc ^[1]. Thí nghiệm được thực hiện ngoài trời trong không gian thoáng đãng, không có bóng râm vào những ngày mùa hè nắng gắt và lặng gió ^[1].

Kết quả đo đạc cho thấy mức chênh lệch nhiệt độ bề mặt tối đa giữa áo màu đen (hoặc xanh đậm) so với áo màu trắng lên tới hơn 15 độ C trong điều kiện thời tiết nắng ráo và tĩnh gió ^[1]. Mức chênh lệch nhiệt độ này đạt đỉnh khi cường độ bức xạ mặt trời ở mức mạnh nhất trong ngày ^[1].

Khi phân tích sâu về khía cạnh vật lý, nhóm tác giả chỉ ra rằng nếu bỏ qua năng lượng truyền xuyên qua áo, độ chênh lệch hấp thụ bức xạ mặt trời do màu sắc tạo ra tối đa là 24% ^[1]. Khi tính toán đầy đủ cả phần năng lượng truyền qua, mức chênh lệch hấp thụ bức xạ mặt trời giữa các màu lên tới 34%, và đây chính là nguyên nhân trực tiếp dẫn tới chênh lệch nhiệt độ bề mặt 15 độ C giữa màu đen và màu trắng ^[1]. Sự khác biệt về albedo ở cả dải ánh sáng nhìn thấy và dải cận hồng ngoại lý giải vì sao các sắc màu có biểu hiện nhiệt độ bề mặt hoàn toàn khác nhau dưới ánh nắng ^[1].

Khả năng hấp thụ bức xạ nhiệt mạnh mẽ của màu đen cũng được khẳng định trong một nghiên cứu năm 2023 về vật liệu dệt nhiệt ^[2]. Khi sử dụng một chiếc áo len màu đen dày 2,184 mm làm mẫu đối chứng trên mô hình da nhân tạo ngoài trời, các nhà khoa học ghi nhận áo len đen có hệ số hấp thụ năng lượng mặt trời alpha đạt tới 83% và độ phát xạ hồng ngoại epsilon là 91% ^[2]. Tuy nhiên, nghiên cứu cũng ghi nhận khi cường độ bức xạ mặt trời thấp hơn 80 W/m2, ưu thế gia nhiệt bề mặt của vật liệu hấp thụ năng lượng mặt trời không còn rõ rệt ^[2].

So sánh khả năng hấp thụ năng lượng giữa các sắc thái màu

Không chỉ có hai cực đen và trắng, các sắc thái màu trung gian cũng thể hiện các mức độ hấp thụ nhiệt khác nhau rõ rệt theo từng bước sóng quang phổ ^[3]. Một nghiên cứu công bố năm 2018 sử dụng mô hình hấp thụ quang phổ trên các hạt màu và đối chứng với thực nghiệm làm tan băng tuyết đã lượng hóa cụ thể mức năng lượng nhiệt mà từng màu hấp thụ ^[3].

Nghiên cứu chỉ ra rằng các hạt màu tím chuyển hóa lượng năng lượng mặt trời bằng 87% đến 89% so với hạt màu đen ^[3]. Các hạt màu đỏ có khả năng chuyển hóa năng lượng nhiệt gần tương đương hạt màu tím, đạt mức 85% đến 87% so với hạt màu đen, do chúng hấp thụ mạnh các bước sóng mặt trời cực đại ^[3]. Trong khi đó, các hạt màu xanh lam và xanh lục chỉ chuyển hóa từ 80% đến 82% năng lượng mặt trời so với màu đen ^[3].

Trong thực nghiệm đo lượng băng tuyết bị tan chảy dưới ánh nắng, các hạt màu đỏ làm tan chảy lượng tuyết bằng 87% so với hạt màu đen ^[3]. Ngược lại, các hạt màu xanh lam chỉ làm tan chảy 77% lượng tuyết so với hạt màu đen ^[3]. Dữ liệu này chứng minh rằng các màu sắc rực rỡ hoặc tối màu như đỏ, tím hấp thụ nhiệt gần sát với màu đen, trong khi các gam màu sáng, xanh lam hay trắng có tỷ lệ hấp thụ năng lượng mặt trời thấp hơn đáng kể ^[3].

Phản xạ dải cận hồng ngoại và giải pháp làm mát bức xạ

Khoa học vật liệu hiện đại ngày càng chú trọng đến việc kiểm soát phổ quang học để giảm hấp thụ nhiệt ^[4]. Các nghiên cứu về vật liệu làm mát bức xạ thụ động vào ban ngày chỉ ra rằng việc hấp thụ ánh sáng khả kiến của chất màu hóa học thông thường sẽ tạo ra nhiệt và triệt tiêu khả năng làm mát ^[5].

Một nghiên cứu năm 2022 về màng làm mát từ tinh thể nano cellulose có màu cấu trúc cho thấy việc phản xạ chọn lọc bước sóng giúp vật liệu không hấp thụ năng lượng mặt trời ^[4]. Khi phủ các màng cellulose màu xanh tím, xanh lục và đỏ lên đế silicon dưới ánh sáng mặt trời, nhiệt độ bề mặt đã giảm tới 9 độ C nhờ sự kết hợp giữa phát xạ nhiệt và giảm hấp thụ bức xạ mặt trời ^[4].

Tương tự, nghiên cứu năm 2023 ứng dụng sợi nano cellulose acetate nhuộm tơ đã chế tạo thành công bộ làm mát bức xạ ban ngày có màu sắc rực rỡ ^[5]. Vật liệu này đạt độ phản xạ cận hồng ngoại (NIR) lên tới 99% và độ phát xạ hồng ngoại nhiệt đạt 95% ^[5]. Nhờ cấu trúc phản xạ phổ vượt trội, vật liệu giúp giảm nhiệt độ cực đại của môi trường xung quanh xuống 3,2 độ C và đạt công suất làm mát 40 W/m2 ở cường độ bức xạ mặt trời 700 W/m2 ^[5].

Một nghiên cứu khác năm 2022 cũng khẳng định rằng vật liệu làm mát bức xạ có độ hấp thụ năng lượng mặt trời cực thấp dưới 3% và độ phát xạ hồng ngoại trong cửa sổ khí quyển trên 90% có thể giúp bề mặt duy trì mức nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ môi trường 4 độ C vào ban ngày và 11 độ C vào ban đêm ^[6].

Bên cạnh đó, nghiên cứu năm 2023 về lớp phủ thích ứng nhiệt lấy cảm hứng từ tắc kè hoa cho thấy vật liệu có khả năng điều tiết 41% ánh sáng khả kiến ^[7]. Vào mùa hè, lớp phủ có độ phản xạ năng lượng mặt trời khoảng 93% và độ phát xạ 94%, giúp nhiệt độ bề mặt thấp hơn môi trường 6,5 K ^[7]. Nhưng vào mùa đông, khi lớp phủ chuyển sang màu tối, nó hấp thụ mạnh bức xạ mặt trời và khiến nhiệt độ tăng thêm 4,3 K ^[7].

Tác động của gió và lưu thông không khí ngoài trời

Mặc dù màu đen hấp thụ bức xạ mạnh và làm nhiệt độ bề mặt vải nóng hơn màu trắng tới 15 độ C, điều này không đồng nghĩa với việc người mặc áo đen luôn luôn cảm thấy nóng hơn trong mọi hoàn cảnh thực tế ^[1]. Yếu tố lưu thông không khí và vận tốc gió đóng vai trò then chốt trong việc giải tỏa lượng nhiệt tích tụ trên bề mặt trang phục ^[1].

Cũng trong nghiên cứu thực nghiệm năm 2024, các nhà khoa học đã tiến hành thêm thử nghiệm với khẩu trang để đánh giá vai trò của gió ^[1]. Kết quả đo lường cho thấy sự chênh lệch nhiệt độ bề mặt giữa màu trắng và màu đen gần như bị triệt tiêu hoàn toàn khi vận tốc gió đạt mức khoảng 3 m/s ^[1].

Khi có gió thổi qua bề mặt sợi vải, hiện tượng đối lưu nhiệt cưỡng bức diễn ra rất nhanh chóng ^[1]. Lượng nhiệt năng sinh ra do màu đen hấp thụ bức xạ mặt trời sẽ liên tục bị dòng khí mát mang đi ^[1]. Do đó, nếu trang phục màu tối được thiết kế rộng rãi và môi trường có gió thổi đều đặn, nhiệt lượng trên bề mặt vải đen sẽ nhanh chóng thoát ra ngoài môi trường thay vì truyền trực tiếp vào cơ thể người mặc.

Lợi ích và giới hạn của các bằng chứng khoa học

Các nghiên cứu thực nghiệm đã phân tích chi tiết cơ chế hấp thụ và phản xạ bức xạ năng lượng mặt trời của từng nhóm màu sắc sợi vải ^[2][1]. Bằng chứng định lượng xác thực cho thấy màu trắng có ưu thế cản nhiệt tuyệt đối trên bề mặt vật liệu trong môi trường tĩnh gió ^[1].

Tuy nhiên, các bằng chứng khoa học hiện tại cũng có những giới hạn nhất định khi áp dụng vào thực tế đời sống. Thí nghiệm đo chênh lệch 15 độ C được thực hiện trên bề mặt vải áo polo đặt trực tiếp ngoài trời nắng gắt và lặng gió ^[1]. Trong điều kiện sinh hoạt hàng ngày, cơ thể con người liên tục sinh nhiệt và tiết mồ hôi, tạo nên một quá trình tương tác nhiệt - ẩm phức tạp giữa da, lớp không khí bên trong và lớp vải bên ngoài.

Bên cạnh đó, các thử nghiệm về màng nano làm mát bức xạ hay sợi dệt công nghệ cao có hệ số phản xạ cận hồng ngoại 99% chủ yếu được tiến hành trong phòng thí nghiệm hoặc môi trường kiểm soát ^[5]. Các loại vải may trang phục chống nắng thông thường trên thị trường hiện nay chưa đạt được các thông số phản xạ quang phổ chuyên biệt như các vật liệu quang học tiên tiến này ^[4][5].

Những hiểu lầm thường gặp về màu sắc trang phục chống nắng

Hiểu lầm phổ biến nhất là quan niệm mặc áo màu đen đi nắng lúc nào cũng khiến cơ thể nóng bức hơn áo màu trắng. Thực tế thực nghiệm đã chứng minh nhiệt độ chênh lệch giữa hai màu này phụ thuộc chặt chẽ vào vận tốc gió ^[1]. Trong môi trường có gió tự nhiên khoảng 3 m/s, lượng nhiệt hấp thụ trên áo đen bị tiêu tán gần như tức thì ^[1].

Một hiểu lầm khác là cho rằng màu sắc là yếu tố duy nhất quyết định khả năng cản nhiệt của trang phục. Độ dày của vật liệu đóng vai trò cách nhiệt rất lớn ^[2]. Một chiếc áo len đen dày 2,184 mm có khả năng hấp thụ năng lượng mặt trời tới 83% nhưng bản thân lớp sợi dày lại đóng vai trò như một lớp đệm cản trở sự thất thoát hoặc truyền nhiệt ^[2].

Nhiều người cũng lầm tưởng rằng trang phục màu trắng sẽ luôn mang lại cảm giác mát mẻ tuyệt đối. Màu trắng phản xạ ánh sáng mạnh ^[1], nhưng nếu chất liệu vải quá mỏng hoặc dệt thưa, ánh sáng mặt trời vẫn có thể truyền xuyên qua sợi vải và tiếp xúc trực tiếp với bề mặt da ^[1]. Khi đó, hiệu quả che chắn bức xạ nhiệt tổng thể sẽ bị suy giảm đáng kể.

Ai nên thận trọng khi lựa chọn trang phục đi nắng?

Những người thường xuyên phải làm việc hoặc di chuyển ngoài trời trong điều kiện nắng gắt và lặng gió cần đặc biệt cẩn trọng khi chọn trang phục màu tối ^[1]. Sự tích tụ nhiệt trên bề mặt vải đen trong không gian không có gió có thể lên tới hơn 15 độ C so với màu trắng, làm tăng tải nhiệt cục bộ cho người mặc ^[1].

Người cao tuổi, trẻ nhỏ và những người có bệnh lý tim mạch hoặc rối loạn điều hòa thân nhiệt nên ưu tiên các trang phục sáng màu khi ra nắng. Nhóm đối tượng này có khả năng tự làm mát và thích ứng kém hơn trước các biến thiên nhiệt độ môi trường, việc giảm thiểu năng lượng mặt trời hấp thụ qua trang phục là biện pháp bảo vệ cần thiết ^[1].

Những người lao động nặng nhọc ngoài trời nắng cũng cần chú ý không mặc áo màu đen hoặc màu tối bó sát vào cơ thể. Khi vải màu tối tiếp xúc sát với da, nhiệt lượng do hấp thụ bức xạ mặt trời từ bề mặt vải sẽ truyền thẳng vào cơ thể qua hình thức dẫn nhiệt, làm tăng nguy cơ kiệt sức vì nóng. Người có các vấn đề sức khỏe mãn tính liên quan đến nhiệt nên tham khảo ý kiến nhân viên y tế để có biện pháp bảo vệ thân nhiệt phù hợp.

Hướng dẫn lựa chọn và ứng dụng trang phục chống nóng thực tế

Để tối ưu hóa khả năng cản nhiệt và bảo vệ cơ thể khi ra ngoài trời nắng, việc phối hợp giữa màu sắc, kiểu dáng và chất liệu vải là vô cùng quan trọng:

• Lựa chọn màu sắc theo điều kiện môi trường: Khi phải đứng hoặc làm việc ở nơi nắng gắt, không gian kín gió hoặc ít gió, trang phục màu trắng hoặc màu sáng là lựa chọn tối ưu để hạn chế tối đa việc hấp thụ bức xạ nhiệt mặt trời ^[1]. Khi di chuyển bằng xe máy hoặc ở nơi có gió lưu thông tốt (khoảng 3 m/s trở lên), bạn có thể linh hoạt chọn các gam màu tối hơn mà không lo bị nóng bề mặt ^[1].
• Ưu tiên phom dáng rộng rãi: Tuyệt đối không chọn áo chống nắng màu tối bó sát. Trang phục rộng rãi tạo ra một khoảng đệm không khí giữa da và lớp vải. Khoảng trống này giúp nhiệt lượng từ bề mặt vải không truyền trực tiếp vào da, đồng thời tạo điều kiện cho không khí lưu thông và mồ hôi bay hơi tự nhiên.
• Độ dày và mật độ dệt: Nên chọn loại vải có mật độ dệt khít để giảm thiểu tỷ lệ bức xạ mặt trời truyền xuyên qua áo ^[1]. Vải quá mỏng dù có màu trắng vẫn để lọt năng lượng nhiệt xuống da ^[1].
• Kết hợp các biện pháp bảo vệ: Trang phục chống nắng chỉ là một phần trong kế hoạch bảo vệ thân nhiệt. Cần kết hợp đội mũ rộng vành, đeo kính râm, uống đủ nước đều đặn và hạn chế ở ngoài trời liên tục trong các khung giờ nắng gắt nhất trong ngày.

Màu trắng sở hữu khả năng cản nhiệt trên bề mặt vượt trội hơn màu đen nhờ phản xạ tốt bức xạ mặt trời trong điều kiện lặng gió ^[1]. Tuy nhiên, một bộ trang phục chống nóng lý tưởng cần dung hòa giữa màu sắc phản xạ nhiệt, độ dày sợi vải và kiểu dáng rộng rãi nhằm tận dụng tối đa luồng gió tự nhiên để làm mát cơ thể hiệu quả ^[2][1].