Nghiên cứu ứng dụng bơm nhiệt để sưởi ấm cho bể nuôi tôm hùm thương phẩm trên cạn

Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2020
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 35
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BƠM NHIỆT ĐỂ SƯỞI ẤM CHO 
BỂ NUÔI TÔM HÙM THƯƠNG PHẨM TRÊN CẠN
STUDY APPLICATION HEAT PUMP FOR HEATING IN SHRIMP CARTRIDGES 
 Trần Đại Tiến¹, Lê Như Chính¹, Huỳnh Văn Thạo¹
¹ Khoa Cơ khí, Trường Đại học Nha Trang
Tác giả liên hệ: Trần Đại Tiến (Email: tientd@ntu.edu.vn)
Ngày nhận bài: 07/12/2019; Ngày phản biện thông qua: 05/03/2020; Ngày duyệt đăng: 24/03/2020
TÓM TẮT
Tôm hùm thương phẩm là mặt hàng thủy sản có giá trị kinh tế cao. Tuy nhiên trong thời gian gần đây việc 
nuôi tôm hùm thương phẩm trên biển gặp nhiều khó khăn và trở ngại. Do đó Việt Nam đang triển khai nuôi tôm 
hùm thương phẩm trên cạn. Thực tế cho thấy nhiệt độ thích hợp để tôm sinh trưởng tốt trong khoảng 27 đến 
28ºC cho nên mùa nóng cần làm lạnh và mùa lạnh lại cần phải làm ấm nước biển cho bể nuôi.
Bài viết sau đây giới thiệu chọn phương án thiết kế, chế tạo hệ thống bơm nhiệt điều hòa nhiệt độ cho bể 
nuôi tôm hùm thương phẩm trên cạn. Kết quả cho thấy với tổng thể tích các bể nuôi là 195 m³, máy nén lạnh 
cho bơm nhiệt cần công suất 7,5 kW, dàn nóng dạng ống xoắn có diện tích bề mặt trao đổi nhiệt 3,6 m² được 
chế tạo từ thép Inox-316L. Thời gian để máy chạy nâng nhiệt từ 20ºC đến 28ºC hết gần 48h, thời gian chạy 
máy để duy trì nhiệt độ nước biển trong bể từ 27ºC đến 28ºC hết 4,55h cho một ngày đêm, tiêu hao năng lượng 
0,168 kWh/m³ nước giảm 5,2 lần so với sưởi ấm bằng điện trở. Thời gian thường sưởi ấm cho tôm khoảng 2 
tháng trong một năm, kinh phí sẽ tiết kiệm được gần 16,5 triệu đồng và thời gian thu hồi vốn 2,6 năm so với 
sưởi ấm cho tôm bằng điện trở.
Từ khóa: Bơm nhiệt, Dàn ngưng tụ, nhiệt độ nước biển, sưởi ấm, tôm hùm. 
ABSTRACT
Commercial lobster is a seafood product with high economic value. However, in recent time, commercial 
lobster farming on the sea had encountered many diffi culties and obstacles. Therefore, Vietnam was deploying 
commercial lobster farming in land. In fact, the suitable temperature for lobster to grow well ranged from 27 
to 28ºC. So in the hot season, sea water in rearing tanks needs to be cooled and vice-verse for the cold season.
This paper introduces a design option and fabrication of air conditioning heat pump system for com-
mercial lobster farming in land. The results showed that with the volume of the rearing tank of 195 m³, refrig-
eration compressor for heat pump capacity required 7.5 kW. The condenser unit had a surface area of 3.6 m² 
heat exchanger made from stainless steel-316L. The time for the Heat pump to raise temperature from 20ºC to 
28ºC was almost 48 hours. The time for Heat pump to operate and to maintain the sea water temperature in 
the tank from 27ºC to 28ºC was 4.55h per day , the energy consumption was 0.168 kWh/m³ decreased by 5.2 
times compared to resistance heating. The time lobster needs heating was 2 months a year. This will save 16.5 
million VND and payback time was 2.6 years compared to using resistance heating.
Keyword: Heat pump, condenser, seawater temperature, heating, lobster.
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Tôm hùm thương phẩm có giá trị kinh tế 
cao trong và ngoài nước. Thời gian gần đây 
do biến đổi khí hậu nên việc nuôi tôm hùm 
thương phẩm trên biển gặp nhiều khó khăn. 
Việt Nam đang nghiên cứu triễn khai nuôi tôm 
hùm thương phẩm trên cạn tại các tỉnh Nam 
Trung Bộ [5]. Qua thực nghiệm cho thấy tôm 
sinh trưởng tốt ở nhiệt độ từ 27 đến 28ºC. Do 
đó mùa nóng cần phải lắp đặt thiết bị làm lạnh 
nước biển cho bể nuôi [2] và mùa lạnh cần phải 
sưởi ấm.
36 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2020
Trong mùa lạnh nhiệt độ ngoài trời nhiều 
ngày hạ xuống 18ºC đến 20ºC và nhiệt độ trong 
bể nuôi chỉ đạt vào khoảng 20ºC đến 22ºC, dễ 
làm cho tôm biếng ăn dẫn đến kiệt sức và chết. 
Để khắc phục sự cố trên các trại nuôi thường 
dùng điện trở để làm nóng nước sưởi ấm cho 
tôm. Tuy nhiên phương pháp này chi phí điện 
năng lớn dẫn đến giá thành cao và không được 
an toàn.
Chính vì vậy cần nghiên cứu ứng dụng bơm 
nhiệt để điều hòa nhiệt độ sưởi ấm cho tôm 
hùm thương phẩm trên cạn trong mùa lạnh là 
vấn đề cấp thiết mà thực tế đặt ra nhằm tiết 
kiệm năng lượng.
II. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP 
NGHIÊN CỨU
1. Đối tượ ng nghiên cứ u 
Đối tượ ng nghiên cứ u là thiết bị sưởi ấm 
bằng bơm nhiệt để điều hòa nhiệt độ nước 
biển cho bể nuôi tôm hùm thương phẩm trên 
cạn.
2. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu tính toán trên lý thuyết, thiết 
kế chế tạo dàn ngưng (dàn nóng), chạy thử 
nghiệm cho bể nuôi tôm hùm thương phẩm 
trên cạn tại Viện Nghiên Cứu Nuôi Trồng 
Thủy Sản III.
III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO 
LUẬN
1. Chọn phương án thiết kế, chế tạo thiết bị
Thiết bị sưởi ấm bằng bơm nhiệt cho bể 
nuôi tôm hùm thương phẩm được chọn như 
trên Hình 1, môi chất lạnh R-22. Về nguyên 
lý làm việc giống như máy lạnh [1], [2], chỉ 
khác nhiệt thu được từ dàn lạnh không khí (7) 
đặt ở ngoài trời được máy nén chuyển vào dàn 
ngưng tụ (dàn nóng 10) để làm nóng nước 
biển sưởi ấm cho tôm. Như vậy chỉ có dàn 
nóng tiếp xúc trực tiếp với nước biển, còn các 
thiết bị khác giống như hệ thống bơm nhiệt 
thông thường. Nước biển sau khi qua bể (9) 
được làm nóng và bơm đi đến các bể nuôi tôm 
hùm lớn (11) và tôm hùm nhỏ (12) rồi về lại 
bể lọc (13), sau đó lại tuần hoàn qua bể sưởi 
ấm nước biển (9). 
Do dàn nóng làm việc trong môi trường 
nước biển mặn dễ bị ăn mòn vì tiếp xúc trực 
tiếp với nước biển nên được chọn ống thép 
Inox 316L chịu được sự ăn mòn trong môi 
tường nước biển mặn để chế tạo. Do đặc thù 
cho bể nuôi dàn nóng cần được vệ sinh dễ 
dàng, dễ chế tạo, sự chênh lệch nhiệt độ nước 
Hình 1: Sơ đồ hệ thống bơm nhiệt sưởi ấm cho bể nuôi tôm.
Ghi chú:
1. Máy nén lạnh; 2. Bình tách dầu; 3. Bình chứa cao áp; 4. Phin lọc ẩm; 5. Van điện từ; 6. Van tiết lưu nhiệt; 7. Dàn lạnh; 8. Bình tách lỏng; 9. Bể đặt dàn 
nóng; 10. Dàn nóng; 11. Bể nuôi tôm hùm lớn; 12. Bể nuôi tôm hùm nhỏ; 13. Bể lọc; 14. Bơm nước tuần hoàn.
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2020
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 37
vào và ra không lớn để không làm ảnh hưởng 
đến sinh trưởng của tôm nên dàn nóng được 
chọn là loại ống xoắn như trên Hình 2, [4] để 
tính toán, thiết kế và chế tạo. 
Hì nh 2: Dàn nóng dạng ống ống xoắn.
Bảng 1: Các thông số và kết quả tính toán của hệ thống bơm nhiệt
Tổng thể tích của các bể, V 195 m3
Nhiệt độ nước vào, t
v
20oC
Nhiệt độ nước ra, t
r
28oC
Khối lượng riêng của nước biển, ρ 1050 kg/m3
Nhiệt dung riêng của nước biển, C 3,2 kJ/kgK
Nhiệt lượng cần thiết, Q = Vρ(t
r
 – t
v
) 5241600 kJ
Nhiệt độ không khí xung quanh bể, t
k
22oC
Diện tích xung quanh bể, F 123,52 m2
Hệ số truyền nhiệt qua vách bể, K 9,58 W/m2K
Nhiệt tổn thất từ các bể ra môi trường bên ngoài, Q
s
 = kF(t
r
 – t
k
) 7,1 kW
Chọn công suất nhiệt, Q
k
37,5 kW
Phương án chạy máy: Điều khiển theo 
phương pháp chạy dừng, lúc đầu bơm nhiệt sẽ 
chạy liên tục trong thời gian làm nóng nước 
biển từ 20ºC lên 28ºC. Sau đó máy sẽ làm việc 
ở chế độ chạy dừng, khi nhiệt độ nước biển 
đạt 28ºC máy dừng, nhiệt độ giảm xuống 27ºC 
máy chạy lại. 
Trong thời gian máy dừng nhiệt bị tổn thất 
qua các bể chủ yếu là qua kết cấu bao che của 
các bể.
Thời gian máy chạy để nâng nhiệt từ nhiệt 
độ 20ºC đến 28ºC:
Gần 2 ngày đêm.
Máy chạy 1h tương ứng với thời gian nhiệt 
tổn thất ra bên ngoài qua vách bể:
Thời gian máy lạnh chạy trong 1 ngày đêm:
Chọn chế độ làm việc của máy nén cho bơm 
nhiệt: Nhiệt độ ngưng tụ 40ºC, nhiệt độ bay hơi 
5ºC. Sau khi tính toán được hệ số bơm nhiệt: φ 
= 5,2. Công suất của máy nén:
Chọn máy nén lạnh công suất: 7,5 kW.
2.2. Thiết kế và chế tạo dàn ngưng tụ (dàn 
nóng)
Dàn nóng được tính toán thiết kế theo 
phương pháp vòng lặp [3]. Kết quả sau khi tính 
toán và thiết kế được thể hiện ở Bảng 2. 
2. Tính toán nhiệt, thiết kế, chế tạo dàn nóng
2.1. Tính toán nhiệt 
Các thông số được chọn và kết quả tính 
được thể hiện ở Bảng 1. 
38 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2020
Từ diện tích: F = 3,6 m², dàn nóng được thiết kế như trên Hình 3.
Bảng 2: Các thông số của dàn nóng sau tính toán
Nhiệt độ nước biển vào 20oC
Nhiệt độ nước biển ra 28oC
Môi chất đi trong dàn nóng R-22
Nhiệt độ ngưng tụ 40oC
Nhiệt độ bay hơi 5oC
Hiệu số nhiệt độ trung bình logarit 15,66oC 
Công suất dàn nóng 37,5 kW
Chọn hệ số truyền nhiệt, K
c
K
c
= 665 W/m2K
Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của dàn nóng 3,6 m2
Hệ số trao đổi nhiệt của môi chất đi trong dàn nóng α1 = 3400 W/m
2K
Vận tốc nước biển chyển động qua dàn nóng ω = 0,04 m/s
Hệ số trao đổi nhiệt của nước biển đi bên ngoài dàn nóng α2 = 1210 W/m
2K
Trở nhiệt cáu cặn bám bên ngoài ống dàn nóng 0,09.10-3 m2K/W
Trở nhiệt của dầu bên trong ống của dàn nóng 0,36.10-3 m2K/W
Hệ số truyền nhiệt thực của dàn nóng K
T
 = 636,7 W/m2K
Sai số:
4,3% ≤ 5%
Ghi chú:
- Ống góp 2 đầu D42.
- Ống thành phần gồm 6 ống D21
- Dàn nóng được hàn bằng que hàn Inox-316L
Hình 3: Dàn nóng làm ấm nước biển dạng ống xoắn.
3. Chạy thử nghiệm 
Sau khi tính toán, thiết kế, hệ thống bơm 
nhiệt được lắp đặt để điều hòa nhiệt độ cho bể 
nuôi tôm hùm thương phẩm trong mùa lạnh 
được chạy thử nghiệm và so sánh với kết quả 
tính toán lý thuyết được thể hiện ở Bảng 3. 
Từ kết quả ở Bảng 3 cho thấy các số liệu 
tính toán thiết kế và thực nghiệm của hệ thống 
bơm nhiệt có sự sai khác không nhiều. Hệ 
thống bơm nhiệt đã và đang hoạt động liên tục 
hơn 2 năm nay rất ổn định. Điều đó chứng tỏ 
các số liệu tính toán thiết kế đáng tin cậy.
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2020
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 39
4. So sánh dùng bơm nhiệt với điện trở
Từ điện năng tiêu hao khi sử dụng hệ thống 
bơm nhiệt và điện trở tiêu hao để làm nóng 
nước từ nhiệt độ 20ºC đến 28ºC. Sau đó duy 
trì nhiệt độ nước biển từ 27ºC đến 28ºC cho 1 
ngày đêm. Kết quả được tính toán chi phí cho 2 
giải pháp trên được thể hiện ở Bảng 4. Kết quả 
cho thấy dùng bơm nhiệt để điều hòa nhiệt độ 
nước biển cho bể nuôi tôm hùm chí phí ít hơn 
gần 5,2 lần so với dùng điện trở. Điều đó chứng 
tỏ dùng hệ thống bơm nhiệt để điều hòa nhiệt 
độ nước biển cho bể nuôi tôm hùm thương 
phẩm trên cạn hiệu quả hơn so với dùng điện 
trở.
Bảng 3: Các thông số tính toán theo lý thuyết và thực nghiệm
Tính toán theo lý thuyết Thực nghiệm
Thời gian chạy máy để nâng nhiệt độ nước biển 
từ 20oC đến 28oC
47,89h 45,84h
Thời gian chạy máy để duy trì nhiệt độ nước 
trong bể: 27oC ÷ 28oC trong 1 ngày đêm, τ2
4,55h 4,32h
Nhiệt độ nước biển trong các bể 27oC đến 28oC 27oC đến 28oC
Điện năng tiêu thụ chạy máy để duy trì nhiệt độ 
nước biển trong bể trong 1 ngày đêm: P1 = N.τ2
32,81 kWh 32,4 kWh
Chi phí năng lượng cho 1 m3 nước biển 0,168 kWh/m3nước 0,17 kWh/m3nước
Bảng 4: So sánh chi phí năng lượng và kính phí sử dụng hệ thống bơm nhiệt với điện trở
Mô tả
Sử dụng hệ thống bơm nhiệt Sử dụng điện trở
Điện năng 
tiêu hao, 
kWh
Đơn giá,
VNĐ/kWh
Thành tiền, 
VNĐ
Điện năng 
tiêu hao, 
kWh
Đơn giá,
VNĐ/kWh
Thành tiền, 
VNĐ
Duy trì nhiệt độ nước 
27oC ÷ 28oC trong 1 
ngày đêm
32,81 2000 65620 170,63 2000 341260
Duy trì nhiệt độ nước 
27oC ÷ 28oC trong 1 
năm (1 năm sưởi ấm 
2 tháng)
1968,6 2000 3.937.200 10237,8 2000 20.475.600
Chi phí làm nóng cho 
1 m3 nước biển
336,51 VND/m3.Ngày-đêm 1750,05 VND/m3.Ngày-đêm
Kinh lắp đặt thêm 
một số thiết bị cho hệ 
thống bơm nhiệt từ 
hệ thống lạnh
50.000.000 VNĐ 0 VNĐ
Kinh phí lắp điện trở 
để sưởi ấm. 
0 VNĐ 7.000.000 VNĐ
Trong đó: 
- Số thanh điện trở: 15 thanh
- Công suất 1 thanh: 2,5 kW/thanh
Điện năng tiêu hao cho điện trở trong một 
ngày đêm: P2 = Qk.τ2 = 37,5.4,55 = 170,63 kWh
Kinh phí tiết kiệm được khi dùng bơm nhiệt 
so với điện trở: 
ΔE = 20.475.600 – 3.937.200 = 16.538.400 
VNĐ
40 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2020
Kinh phí đầu tư cho bơm nhiệt nhiều hơn 
so với điện trở: E = 50.000.000 – 7.000.000 = 
43.000.000 VNĐ
Thời gian thu hồi vốn so với dùng điện trở:
 IV. KẾ T LUẬ N VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết luận
Hệ thống bơm nhiệt sau thiết kế và lắp đặt 
cho trại nuôi tôm hùm thương phẩm trên cạn 
có công suất máy nén lạnh 7,5 kW, điện năng 
tiệu thụ cho 1 ngày đêm hết 32,81 kWh, diện 
tích dàn nóng 3,6m², làm việc ở nhiệt độ ngưng 
tụ và bay hơi 40ºC và 5ºC, hệ thống hoạt động 
bình thường, duy trì nhiệt độ nước biển trong 
bể nuôi ổn định từ 27ºC đến 28ºC, tôm sinh 
trưởng tốt, đáp ứng nhu cầu công nghệ nuôi 
tôm hùm thương phẩm trên cạn. Dàn nóng 
được chế tạo từ thép Inox 316L làm việc tốt 
trong môi trường nước biển. Kết quả nghiên 
cứu cho thấy dùng bơm nhiệt để điều hòa nhiệt 
độ nước biển cho bể nuôi chi phí ít hơn gần 5,2 
lần so với dùng điện trở như hiện nay một số 
nơi đang áp dụng, thời gian sưởi ấm 2 tháng 
trong một năm thì hết 2,6 năm sẽ thu hồi vốn.
2. Kiến nghị
Kết quả nghiên cứu được sử dụng trong tính 
toán, thiết kế hệ thống bơm nhiệt để sưởi ấm 
nước biển cho bể nuôi tôm hùm thương phẩm 
trên cạn vào mùa lạnh.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tùy, Kỹ thuật lạnh cơ sở, NXB Giáo dục, 2005. 
2. Trần Đại Tiến, Lê Như Chính, Huỳnh Văn Thạo, Nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị làm lạnh nước biển điều 
hòa nhiệt độ cho bể nuôi tôm hùm thương phẩm trên cạn, Tạp chí KH- CN Thủy sản, số 1, 2019 
3. Trần Đại Tiến và các tác giả, Truyền nhiệt và thiết bị trao đổi nhiệt. Nhà xuất bản KH&KT, 2019.
4. Komondy, Halász, Hűtögépek, Tankönyvkiadó, Budapest, 1981.
5. https://www.youtube.com/watch?v=r6dMddiFcME