Tính toán và triển khai hệ thống làm mát chuồng trại bằng nguồn nước ngầm

110 Thái Ngọc Sơn 
TÍNH TOÁN VÀ TRIỂN KHAI HỆ THỐNG LÀM MÁT CHUỒNG TRẠI 
BẰNG NGUỒN NƯỚC NGẦM 
CALCULATING AND OPERATING THE COOLING SYSTEM OF FARMHOUSES USING 
UNDERGROUND WATER 
Thái Ngọc Sơn 
Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng; thaingocson@gmail.com 
Tóm tắt - Nguồn nước ngầm tại miền Trung Việt Nam có trữ lượng 
phong phú, nhiệt độ trong mùa hè lại thấp hơn nhiệt độ không khí 
khá nhiều. Để làm mát chuồng trại chăn nuôi gia cầm có rất nhiều 
phương pháp như tưới nước, phun sương, sử dụng buồng phun, 
thiết bị trao đổi nhiệt kiểu vách ngăn, thông gió qua tấm làm mát 
(cooling pad), điều hòa không khí... Bài báo đã phân tích, lựa chọn 
một phương pháp làm mát hỗn hợp: vừa phun mưa để giảm lượng 
nhiệt truyền vào chuồng do bức xạ mặt trời qua mái, vừa dùng tấm 
làm mát cooling pad, sử dụng nước ngầm để thông gió và làm mát 
không khí cho chuồng trại. Bài báo trình bày các điểm cơ bản trong 
tính toán thiết kế hệ thống làm mát nêu trên, kết quả triển khai ứng 
dụng và phương pháp vận hành hệ thống. 
Abstract - The central region of Vietnam has abundant reserves of 
underground water. During summer, the water temperature is much 
lower than the ambient air temperature. For cooling poultry farms, 
there are many popular methods such as watering, spraying, using 
spray chambers (air washer), surface heat exchangers, direct 
evaporative coolers, using the cooling pad, air conditioning systems 
and so on. In this article, we analyze and select a complex cooling 
system which combines water spray method and direct evaporative 
coolers using cooling pads. The former method is utilized to reduce 
the amount of heat entering the farmhouse due to solar radiation 
through the roof.Meanwhile, the latter one is applied to cool the air 
by evaporating the underground water as it goes through the cooling 
pad. This article presents the basics of calculating in designing a 
combined cooling system as mentioned above, the results of the 
application and the method of operating the whole the system. 
Từ khóa - không khí ẩm; phương pháp lặp; nước ngầm; làm mát 
chuồng trại; tấm làm mát 
Key words - moist air; iterative methods; ground water; cooling 
animal sheds; cooling pad 
1. Đặt vấn đề 
Khí hậu Việt Nam chia làm hai mùa rõ rệt, đặc biệt là 
tại miền Trung, “nắng lắm mưa nhiều”. Bài toán đặt ra cho 
các nhà chăn nuôi là làm sao để khống chế vi khí hậu trong 
các trang trại chăn nuôi ở điều kiện tốt nhất có thể trong 
khi vốn đầu tư còn nhỏ. 
Để làm mát chuồng trại chăn nuôi gia cầm có rất nhiều 
phương pháp như: tưới nước, phun sương, sử dụng buồng 
phun, thiết bị trao đổi nhiệt kiểu vách ngăn, thông gió qua 
tấm làm mát (cooling pad), điều hòa không khí... Khảo 
sát nguồn nước ngầm ở Quảng Nam, Đà Nẵng trong các 
năm từ 2014 - 2017 cho thấy nhiệt độ khá ổn định, nằm 
trong khoảng 24,5 - 25,5°C. Với trữ lượng khá lớn, nguồn 
nhiệt này có thể sử dụng để làm mát chuồng trại. Bài báo 
phân tích, lựa chọn một phương pháp thích hợp, trình bày 
các điểm cơ bản trong tính toán thiết kế hệ thống làm mát 
đó, nêu kết quả triển khai ứng dụng và phương pháp vận 
hành hệ thống. 
2. Giải quyết vấn đề 
Tính toán và triển khai hệ thống làm mát tại trang trại ở 
Hòa Phú, Hòa Vang, Đà Nẵng có kích thước dài D = 70 m; 
rộng R = 8,5 m; chiều cao của không gian cần làm mát là 
H = 3 m. Chuồng nuôi 6.000 con gà. 
2.1. Thông số khí hậu, tính toán nhiệt thừa, ẩm thừa 
Xét điều kiện thời tiết tại Đà Nẵng [1], tháng nóng nhất 
trong năm là tháng 7 với nhiệt độ không khí cao nhất trung 
bình trong mùa hè là tN = 34,4°C. Phân tích biến trình ngày 
của nhiệt độ không khí và biến trình ngày của độ ẩm tương 
đối trong tháng 7, nhận thấy khi nhiệt độ không khí lên cao, 
độ ẩm tương đối của không khí xuống thấp, ví dụ trong 
tháng 7 nhiệt độ không khí cao nhất lúc 12h là 33,4°C cũng 
chính là lúc độ ẩm tương đối của không khí thấp nhất 57%. 
Việc làm mát cho chuồng trại thường được thực hiện trong 
các giờ nắng nóng cao điểm, do vậy ta chọn các thông số 
để tính toán ứng với thời gian đó, tức là thông số ngoài trời: 
nhiệt độ tN = 34,4°C, độ ẩm tương đối N = 57%. 
Điều kiện vi khí hậu đối với chăn nuôi gia cầm, cụ thể 
là gà, tối ưu là t = 18 - 24°C, = 60 - 70%. Điều kiện này 
chỉ có thể đáp ứng được khi sử dụng hệ thống điều hòa 
không khí với chi phí đầu tư ban đầu và cả chi phí vận hành 
(tiền điện) rất cao. Trong điều kiện sản xuất của Việt Nam, 
theo [2], khi khảo sát chuồng nuôi gà đẻ, nhiệt độ trong 
chuồng có thể chấp nhận là trong khoảng 27 - 30°C, độ ẩm 
82 - 90%, tốc độ gió 1,7 – 2 m/s. Ở điều kiện này gà chưa 
thể hiện stress nhiệt. Vậy ta chọn điều kiện trong chuồng 
như sau: nhiệt độ tT = 28,6°C; độ ẩm T = 89%. 
Nhiệt thừa được tính toán dựa trên tài liệu [3]. 
Nhiệt do nguồn sáng nhân tạo Q1 = 0,90 kW. 
Nhiệt thừa của gia cầm tương đối khó tính toán do 
không có các số liệu nghiên cứu, ta tạm tính theo nhiệt thừa 
trung bình của người dựa trên tỷ lệ da người và gà, thu được 
Q2 = 22,5 kW. 
Nhiệt do bức xạ mặt trời vào phòng qua kết cấu bao che 
(ở đây là qua mái khi không có các biện pháp giảm nhiệt 
bức xạ như phun mưa, phun sương...) Q3 = 33,4 kW. 
Nhiệt truyền qua kết cấu bao che (tường, trần, nền đất) 
Q4 = 8,9 kW. 
Vậy tổng nhiệt thừa là Q = 65,7 kW, trong đó nhiệt thừa 
do bức xạ qua mái chiếm hơn một nửa. 
Lượng ẩm thừa do gà sinh ra được xác định gần đúng, 
ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 5(126).2018 111 
bằng lượng nước cung cấp hàng ngày cho gà, được gà thải 
qua phân và hô hấp: W = 0,029 kg/s. 
2.2. Lựa chọn phương án làm mát 
Phương án sử dụng điều hòa không khí là tối ưu để điều 
khiển nhiệt độ và độ ẩm không khí trong chuồng như các 
nghiên cứu trên thế giới. Tuy nhiên chi phí đầu tư rất cao, 
chi phí vận hành cũng lớn nên chưa thích hợp với phần 
nhiều trang trại tại miền Trung. 
Phương án dùng thiết bị trao đổi nhiệt kiểu vách ngăn 
không khả thi do độ chênh nhiệt độ của nước ngầm với 
không khí trong chuồng thấp, nếu sử dụng loại thiết bị này 
sẽ rất cồng kềnh, đòi hỏi một lượng nước ngầm rất lớn. Mặt 
khác, nước ngầm luôn có chứa nhiều tạp chất, khi bám vào 
mặt trong của thiết bị trao đổi nhiệt sẽ làm tăng nhiệt trở, 
rất khó vệ sinh, làm giảm hiệu suất trao đổi nhiệt. 
Phương pháp phun sương đòi hỏi nước tương đối sạch 
để tránh làm nghẹt béc phun. Mặt khác, khi phun sương trên 
mái sẽ làm mát cả bầu không khí xung quanh gây lãng phí. 
Bên cạnh đó, nếu phun trực tiếp vào chuồng sẽ cần hệ thống 
phân phối gió để ẩm không tập trung, dễ làm gia cầm dịch 
bệnh. Do vậy, phương pháp phun sương không thích hợp. 
Phương pháp cho nước chảy theo rãnh của mái tôn được 
tính toán kỹ [4], đòi hỏi lưu lượng nước lớn. Khi sử dụng 
nước ngầm với nhiệt độ 25°C, lưu lượng 5,4 m3/h có thể 
giảm khoảng 30% lượng nhiệt truyền qua mái. 
Để làm mát mái, ta có thể dùng phương pháp phun mưa 
trên mái. Phương pháp này giống như phun sương, nhưng 
đường kính hạt lớn hơn, do đó tránh hiện tượng nghẹt béc 
phun. Thiết bị phun mưa đơn giản, năng lượng điện tiêu 
hao ít hơn phun sương. Khi sử dụng, nước ra khỏi tấm làm 
mát có nhiệt độ xấp xỉ nhiệt độ nhiệt kế ướt với lưu lượng 
là 2,7 m3/h, lượng nhiệt xâm nhập qua mái sẽ là QT = 3,5 
kW, giảm gần 90% lượng nhiệt truyền qua mái. 
Để giảm nhiệt độ không khí trong chuồng, ta có thể 
dùng thiết bị trao đổi nhiệt kiểu hỗn hợp, cụ thể là buồng 
phun (có hoặc không có lớp đệm). Tuy nhiên buồng phun 
khá cồng kềnh, lượng nước tuần hoàn lớn nên hiện tại 
phương pháp dùng tấm làm mát tương đối phổ biến. 
Tấm làm mát (cooling pad) có thể làm giảm nhiệt độ 
xuống đến giới hạn chấp nhận được trong các ngày hè nóng 
bức với độ ẩm phù hợp trong chăn nuôi. Nước sau khi đi 
qua tấm làm mát có nhiệt độ gần với nhiệt độ nhiệt kế ướt, 
ta lấy nước đó phun mưa lên mái, theo như trên đã phân 
tích, sẽ làm giảm đáng kể công suất nhiệt của hệ thống. 
Vậy ta sẽ sử dụng đồng thời hai phương pháp làm mát: 
nước ngầm vào thời gian nắng nóng cao điểm sẽ được hút 
và bơm qua hệ thống cooling pad; nước ra khỏi hệ thống sẽ 
được trữ lại để tái tuần hoàn qua cooling pad hoặc phun 
mưa làm mát mái. 
2.3. Tính toán hệ thống phun mưa 
Nước tạo thành một màng mỏng bao phủ toàn bộ mái 
tôn. Tùy theo lưu lượng nước phun mà nhiệt độ của mái sẽ 
giảm xuống. 
Bài toán: Cho không khí ngoài trời có nhiệt độ tN, độ 
ẩm tương đối φN. Không khí trong chuồng có nhiệt độ tT, 
độ ẩm tương đối φT, nước phun mưa lên mái nhà có lưu 
lượng Gn, nhiệt độ t'L. Xác định lượng nhiệt truyền qua mái 
vào chuồng QT, nhiệt độ đầu ra khỏi mái của nước t''L. 
Giải: Bài toán giải theo phương pháp lặp. Trong quá 
trình tính toán có sử dụng một số giả thiết sau: 
- Toàn bộ mái được phủ một lớp nước có nhiệt độ tính 
toán là nhiệt độ trung bình của nước phun lên mái t'L và 
nước thu hồi sau khi làm mát mái t"L. 
- Nhiệt độ của bề mặt ngoài của mái xem như bằng nhiệt 
độ của nước. 
- Nhiệt lượng bức xạ mặt trời do mái hấp thụ xem như 
truyền toàn bộ cho nước do hệ số tỏa nhiệt từ bề mặt ngoài 
của mái vào màng nước khá lớn. 
- Bỏ qua quá trình trao đổi nhiệt khối giữa nước từ vòi 
phun đến khi tạo thành lớp màng trên bề mặt mái. Trong 
thực tế, quá trình này sẽ làm giảm bớt lưu lượng nước chảy 
trên mái và thay đổi trạng thái không khí gần bề mặt mái. 
Hình 1. Tính cân bằng nhiệt cho nước phủ trên mái 
Nước phun mưa là nước đã đi qua cooling pad, khi đó 
nước sẽ có nhiệt độ xấp xỉ nhiệt độ nhiệt kế ướt. 
Bảng 1. Tính nhiệt hệ thống phun mưa 
Diễn giải 
Ký hiệu/Công 
thức 
Kết 
quả 
Lưu lượng nước phun (kg/s) Gn 0,75 
Nhiệt độ nước phun ra mái bằng 
nhiệt độ nước ra khỏi cooling pad 
(°C) 
t'L 26,9 
Nhiệt độ nước ra khỏi mái (chọn) t''L 34,6 
Nhiệt trở tỏa nhiệt từ bề mặt ngoài 
của mái vào nước (m2K/W) 
Rαn 0,002 
Nhiệt trở dẫn nhiệt mái (m2K/W) Rm = δm/λm 0,033 
Nhiệt trở của không khí (m2K/W) Rkk 0,172 
Nhiệt trở dẫn nhiệt trần (m2K/W) Rt = δt/λt 0,067 
Nhiệt trở tỏa nhiệt bên trong của 
kết cấu bao che (m2K/W) 
RαT = 1/αT 0,086 
Tổng nhiệt trở R (m2K/W) 
R = Rαn+ Rm+ 
Rkk+ Rt+ RαT 
0,360 
Diện tích mái (m2) Fm 595 
Nhiệt truyền từ trong chuồng vào 
nước (kW) 
QT=Fm(tT-tL)/R -3,5 
Hệ số hấp thụ của mái εS 0,61 
Nhiệt bức xạ đối với mặt ngang 
(kW/m2) 
E 0,777 
Nhiệt lượng bức xạ từ mặt trời 
vào mái (kW) 
Qε = FmεSE 282,0 
Lượng nhiệt truyền từ không khí 
ngoài trời vào nước (kW) 
QN = Fm.αN.(tN-
tL) 
50,5 
Diện tích bề mặt bay hơi (m2) Fbh = (L+Hs)Lm 856 
Tốc độ gió trung bình (m/s) ωtb 1,78 
112 Thái Ngọc Sơn 
Hệ số bay hơi (kg/(s.m2.Pa)) [6] 
c=(17,17+13,0
5ωtb).10-5/3600 
1,12
E-07 
Áp suất hơi nước bão hòa theo 
nhiệt độ của nước (Pa) 
ps 4 398 
Áp suất hơi nước bão hòa theo nhiệt 
độ của không khí ngoài trời (Pa) 
ps_N 5 399 
Áp suất riêng phần của hơi nước 
trong không khí ngoài trời (Pa) 
ph = ps_N.φN 3 078 
Lượng nước bay hơi trên toàn bộ 
bề mặt mái (kg/s) [6] 
W = Fbhc(ps-рh) 0,127 
Lượng nhiệt chuyển pha cần để 
bay hơi nước (kW) 
Qbh = W.r 307,9 
Tồng lượng nhiệt cung cấp cho 
nước (kW) 
Q = Qε+QT+QN 328,9 
Biến thiên enthalpy của nước 
(kW) 
ΔI = Q-Qbh 21,1 
Nhiệt độ đầu ra của nước (tính) 
(°C) 
t"L_Tính= t'L+ΔI/ 
[(Gn-W).cp] 
35,0 
Sai số nhiệt độ đầu ra 
εt=abs(t"L-
t"L_Tính)/t"L_Tính 
1,3% 
Việc phun nước trên mái nhà chủ yếu để giảm lượng 
nhiệt bức xạ mặt trời và lượng nhiệt truyền từ không khí 
ngoài trời qua mái vào chuồng. Khi phun nước có lưu 
lượng lớn hơn, nhiệt độ trung bình của nước sẽ giảm, đến 
thời điểm nhiệt độ của nước nhỏ hơn nhiệt độ của không 
khí trong chuồng, khi đó nhiệt sẽ truyền từ trong chuồng ra 
nước. Tuy nhiên, nhiệt trở truyền nhiệt từ trong chuồng lên 
mái rất lớn, để làm mát không khí trong chuồng hoàn toàn 
không có lợi. 
2.4. Tính toán hệ thống cooling pad 
a. Tính chọn quạt 
Không khí lưu thông qua chuồng trong những ngày hè 
có 2 mục đích: cung cấp lượng không khí tươi tối thiểu cần 
thiết và duy trì tốc độ gió cần thiết để thải nhiệt cho gia cầm. 
Lượng không khí tươi tối thiểu Gmin [5]: 
Gmin = GN.n.ρ/60 = 32,8 kg/s 
Trong đó, năng suất chuồng trại n = 6.000 con; khối lượng 
trung bình mỗi con gà m = 2 kg/con; định lượng không khí 
tươi cho 1 kg gà GN = 5 CFM (cube feet per min; 1 cubic 
feet=28,3 lít); khối lượng riêng của không khí tại 30°C là 
ρ = 1,16 kg/m3. 
Để làm mát trong mùa hè, không khí trong chuồng cần 
lưu chuyển tối thiểu với tốc độ 2 – 3 m/s. Ứng với tốc độ 2 
m/s cần lưu lượng Gmax = ρ.ω.F = 59,2 kg/s. Chọn quạt hút 
Kolowa SLR54-3DS với lưu lượng gió: 24.000 CFM, hiệu 
suất 0,8, ta tính được cần dùng 4 quạt để duy trì lưu lượng 
không khí tươi tối thiểu cho gà và cần thêm 4 quạt để duy 
trì tốc độ không khí trong chuồng trong các ngày hè nóng 
bức là 2,4 m/s 
b. Tính chọn cooling pad 
Bài toán: Cho không khí và nước trao đổi nhiệt – khối 
khi đi qua tấm cooling pad. Biết không khí có lưu lượng 
vào thiết bị là 62,7 kg/s; nhiệt độ là tN = 34,4°C, φN = 57%. 
Nước ngầm vào thiết bị có nhiệt độ t'n = 25°C. Xác định 
nhiệt độ của không khí ẩm ra khỏi thiết bị và ra khỏi chuồng 
gà có nhiệt thừa, ẩm thừa đã tính trong mục 2.1, lưu lượng 
nước để không khí ẩm ra khỏi thiết bị có độ ẩm 85 - 90%; 
số tấm làm mát cần thiết. 
Giải: Khi cho nước có nhiệt độ bằng nhiệt độ nhiệt kế 
ướt chảy qua cooling pad, không khí ẩm biến đổi trạng thái 
theo đường đẳng enthalpy, từ nhiệt độ ban đầu t'k = tN đến 
nhiệt độ ra khỏi cooling pad t"k_u, quá trình diễn ra theo 
đường AB. Sau đó không khí ẩm tại trạng thái B được thổi 
vào chuồng, nhận nhiệt thừa và ẩm thừa, biến đổi đến trạng 
thái điểm E. 
Khi nước ngầm có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ nhiệt kế 
ướt vào cooling pad, không khí sẽ cung cấp thêm một 
lượng enthalpy ΔIn để làm tăng nhiệt độ nước đến nhiệt độ 
nhiệt kế ướt, quá trình diễn ra theo đường AC (Hình 2). 
Không khí ẩm sau đó được thổi vào chuồng, cũng nhận 
nhiệt thừa và ẩm thừa, biến đổi đến trạng thái F. 
Hình 2. Quá trình trao đổi nhiệt - khối của không khí ẩm khi 
qua cooling pad 
Vậy E và F tương ứng với trạng thái không khí ẩm trong 
chuồng khi nước tưới cooling pad là nước tuần hoàn trong 
hệ thống cooling pad (có nhiệt độ của nhiệt kế ướt) và nước 
ngầm. Với cùng nhiệt thừa, ẩm thừa, trạng thái E có nhiệt 
độ cao hơn nhưng độ ẩm tương đối thấp hơn; trạng thái F 
có nhiệt độ thấp hơn nhưng độ ẩm tương đối cao hơn. Đây 
là vấn đề cần lưu ý khi vận hành hệ thống. 
Chọn tấm cooling pad Celdek 7090-15 với kích thước 
H×W×D = 1800 x 600 x 100 mm. Nhiệt độ không khí ẩm 
ra khỏi cooling pad phụ thuộc vào tốc độ của không khí và 
bề dày của cooling pad. Số lượng tấm cooling pad phụ 
thuộc vào lưu lượng và tốc độ không khí cần làm mát. 
Khi nước vào cooling pad với nhiệt độ nhiệt kế ướt, 
nhiệt độ không khí qua tấm cooling pad 7090-15 được tính 
theo công thức thực nghiệm sau [7]: 
tk_u” = tk’ – η.(tk’-tư) 
trong đó, η là hiệu suất làm mát. 
Để có được độ ẩm cần thiết và tấm làm mát hoạt động 
tối ưu, cần cung cấp lượng nước cD nhất định cho 1 m2 bề 
mặt trên cùng của tấm làm mát. Lượng nước GD cung cấp 
cho toàn bộ chiều dài được tính như sau: 
GD = cD LD 
Trong đó, L = nW: Tổng chiều dài các tấm cooling pad 
(m); D: Bề dày tấm cooling pad (m). 
Các giá trị η và cD xác định từ catalogue của cooling 
pad Celdek 7090-15 [7]. 
ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 5(126).2018 113 
Bảng 2. Tính nhiệt hệ thống cooling pad 
Diễn giải Ký hiệu/Công thức 
Kết 
quả 
BÀI TOÁN 
Không khí vào cooling pad 
Lưu lượng khối lượng 
không khí (kg/s) 
G0 62,7 
Lưu lượng khối lượng 
KKK (kg/s) 
Gk 61,5 
Nhiệt độ (°C) t'k = tN 34,4 
Độ ẩm tương đối φ'k = φN 0,57 
Không khí ra khỏi chuồng 
Độ ẩm yêu cầu φT 
0,85-
0,9 
Nước 
Nhiệt độ nước vào (°C) tn' 25 
GIẢI 
Khối lượng riêng trung bình 
của không khí khô (kg/m3) 
ρ 1,15 
Lưu lượng thể tích KKK, (m3/s) Vk = Gk/ρ 53,5 
Chọn tốc độ gió vào các 
tấm cooling pad (m/s) 
ωc 2,5 
Tổng diện tích các tấm 
cooling pad (m2) 
F = Vk/ωc 21,4 
Số lượng tấm cooling pad ncp=F/(W.H) 19,8 
Chọn số tấm cooling pad n 20 
Kiểm tra lại tốc độ gió vào 
các tấm cooling pad (m/s) 
ω=Vk/(n.W.H) 2,48 
Nhiệt độ nhiệt kế ướt tư 26,9 
Hiệu suất làm mát η 0,67 
Nhiệt độ không khí ra 
cooling pad (°C) 
tk_u” = tk’ – η.(tk’-tư) 29,4 
Ẩm dung không khí ra 
cooling pad (kg/kgKKK) 
dk” = f(tk_u”, i'k) 
0,021
8 
Lượng nước bay hơi (kg/s) E = Gk(dk"-dk') 0,125 
Lượng nước xả bỏ (kg/s) B = CbE = 0,2E 0,025 
Lượng nước cần bổ sung 
khí bơm tuần hoàn (kg/s) 
F = E+B 0,150 
Định lượng tưới (kg/(s.m2)) cD 1,0 
Tổng chiều dài các tấm 
cooling pad (m) 
L = nW 12,00 
Lượng nước cung cấp GD 
cho toàn bộ chiều dài (kg/s) 
GD = cD LD 1,20 
Lưu lượng nước qua toàn 
bộ cooling pad (kg/s) 
Glt = GD+B 1,23 
Lưu lượng nước bơm qua 
toàn bộ cooling pad (kg/s) 
(theo bơm chọn thực tế) 
Gn 1,50 
Biến thiên enthalpy của 
nước (kW) 
ΔIn = GnCpn(tư -tn') 12,23 
Enthalpy của không khí 
giảm (kJ/kgKKK) 
Δik = ΔIn/Gk 0,199 
Enthalpy thực tế của không 
khí khi ra khỏi cooling pad 
(kJ/kgKKK) 
ik" = ik'-Δik 84,9 
Nhiệt độ thực tế của không 
khí ra khỏi cooling pad (°C) 
tk" = f(dk”, ik") 29,2 
Độ ẩm tương đối thực tế của 
không khí ra khỏi cooling pad 
φk" = f(dk”, tk") 0,84 
Nhiệt thừa khi sử dụng phương 
pháp phun mưa với lưu lượng 
nước 0,75 kg/s (kW) 
Q = Qp-QT 35,85 
Enthalpy không khí mang 
vào chuồng (kW) 
IT' = Gkik" 5222 
Enthalpy không khí mang ra 
khỏi chuồng (kW) 
IT'' = Q+IT' 5257 
Ẩm thừa do gà tỏa ra (kg/s) W=nmamc/(24*3600) 0,029 
Không khí ra khỏi chuồng cũng là không khí trong chuồng 
Enthalpy riêng (kJ/kg) iT = iT"=iT"/Gk 85,51 
Dung ẩm (g, kg/kgKKK) dT = dk"+W1/Gk 0,022 
Nhiệt độ (°C) tT = f(iT,dT) 28,6 
Độ ẩm tương đối φT = f(tT,dT) 0,89 
2.5. Sơ đồ nguyên lý hệ thống làm mát 
Hình 3. Sơ đồ nguyên lý hệ thống làm mát 
Nước được bơm 3 với lưu lượng Gn_c hút từ giếng ngầm 
1 lên phân phối vào các tấm cooling pad 5 dựng ở 1 đầu 
của chuồng gia cầm. Ở đầu kia của chuồng gia cầm đặt quạt 
hút 7 với lưu lượng Gk tạo áp suất âm trong chuồng, không 
khí ngoài trời với nhiệt độ tN, độ ẩm tương đối φN đi qua 
các tấm cooling pad 5 trao đổi nhiệt - khối với nước, hòa 
trộn với không khí trong chuồng đạt đến trạng thái nhiệt độ 
tT, độ ẩm tương đối φT. Nước sau khi đi qua cooling pad 
hồi về bể chứa 2 qua đường số 10. 
Nước từ bể chứa 2 theo đường ống số 11 được bơm 4 
với lưu lượng Gn_m hút lên và qua hệ thống ống 6 phun mưa 
trên mái. Nước gom từ mái về ống góp 8 rồi đưa về bể chứa 
9 để dùng cho các nhu cầu vệ sinh chuồng trại, trồng trọt... 
Khi nhiệt độ ngoài trời không quá cao ta có thể chỉ cần 
sử dụng nước từ bể chứa 2 tuần hoàn để làm mát. 
2.6. Vận hành hệ thống 
Kết quả vận hành và đo đạc trong một số ngày mùa hè 
năm 2017 được thể hiện trong Bảng 3, trong đó có các ký 
hiệu viết tắt về phương pháp vận hành hệ thống như sau: 
- PM: Sử dụng nước từ bể chứa nước sau khi qua 
cooling pad để phun mưa trên mái nhà; 
- NN: Sử dụng nước ngầm để cung cấp cho hệ thống 
cooling pad; sử dụng nước từ bể chứa nước sau khi qua 
cooling pad để phun mưa trên mái nhà; 
- CL: Sử dụng nước từ bể chứa nước sau khi qua 
cooling pad để cung cấp cho hệ thống cooling pad (tuần 
hoàn kín); sử dụng nước từ bể chứa nước sau khi qua 
cooling pad để phun mưa trên mái nhà. 
114 Thái Ngọc Sơn 
Bảng 3. Số liệu khảo sát thực tế làm mát chuồng trại hè 2017 
Thông số 
Ngày 16/06/2017 
Giờ 7 9 11 
Nhiệt độ không khí ngoài trời (°C) tN 31,7 34,5 37 
Độ ẩm không khí ngoài trời φN 0,76 0,55 0,49 
Số tấm cooling pad ướt n 20 20 
Nhiệt độ nước vào cooling 
pad (°C) 
tn' 27,3 25 
Phương pháp PP PM CL NN 
Nhiệt độ trong chuồng (°C) tT 30,1 30 29,8 
Độ ẩm trong chuồng φT 0,8 0,82 0,82 
Nhiệt độ nước phun (°C) t'L 27 27,3 27,2 
Độ chênh nhiệt độ ngoài trời - 
trong chuồng 
tN-tT 1,6 4,5 7,2 
Ngày 10/07/17 01/08/17 
Giờ 12 13 14 13 14 15 16 
tN 33,8 34,6 35,2 38 36,1 38,1 35,7 
φN 0,63 0,65 0,54 0,46 0,52 0,54 0,54 
n 20 10 20 20 20 20 20 
tn' 27,5 25 24,8 24,7 27,6 24,7 28 
PP CL NN NN NN CL NN CL 
tT 29,7 29,9 29,1 30,6 30,4 30,6 30,6 
φT 0,85 0,89 0,85 0,82 0,79 0,88 0,82 
t'L 27,5 27,9 27,5 27,8 27,6 28,2 28 
tN-tT 4,1 4,7 6,1 7,4 5,7 7,5 5,1 
Để dự đoán nhiệt độ, độ ẩm trong chuồng khi sử dụng hệ 
thống làm mát, tác giả xây dựng một phần mềm tính toán 
trong Excel. Đầu vào là các số liệu cập nhật thực tế như ngày, 
giờ, nhiệt độ và độ ẩm tương đối ngoài trời (trong bóng râm); 
nhiệt độ nước ngầm hoặc nước trong bể chứa nước tuần hoàn 
từ cooling pad; số lượng cooling pad cho nước đi qua... Phần 
mềm sẽ tính toán nhiệt thừa, ẩm thừa, chế độ phun mưa và 
vận hành cooling pad theo các công thức tính đã đề cập trong 
phần 2 ở trên. Trong một số bài toán, cần sử dụng phương 
pháp lặp để đạt đến sai số cho phép, tácgiar đã dùng VBA 
(Visual Basic for Applications) để lập trình, kết hợp với các 
mô-đun phần mềm tính toán thông số nhiệt động của nước, 
hơi nước, thông số nhiệt động của không khí khô, không khí 
ẩm và tính bức xạ mặt trời. Kết quả tính toán của phần mềm 
là nhiệt độ và độ ẩm trong chuồng. Kiểm tra so sánh kết quả 
vận hành thực tế với kết quả tính toán của phần mềm, thấy 
rằng sai số nằm trong khoảng 3 - 15%. Nguyên nhân là do 
các thiết bị đo đều có sai số khá lớn; phương pháp đo thô sơ 
và biến động điều kiện thời tiết theo thời gian. Tuy nhiên 
phần mềm cho thấy có thể dự kiến trước kết quả để vận hành 
hệ thống tốt hơn. 
2.7. Đánh giá về hiệu quả làm mát 
Làm mát trong ngày hè được thực hiện bằng cách kết 
hợp 3 biện pháp: phun mưa, tưới nước ngầm qua cooling 
pad và tưới nước tuần hoàn qua cooling pad. Việc kết hợp 
giữa các biện pháp nhằm làm giảm lưu lượng khai thác 
nước ngầm, giãn thời gian khai thác nước ngầm nhằm phục 
hồi lưu lượng nước ngầm tự nhiên. Tổng hợp số liệu 15 
ngày khảo sát rải rác trong hè năm 2017 được thể hiện tại 
Bảng 4. Cột “Nhỏ nhất trung bình” thể hiện trung bình các 
giá trị (nhiệt độ, độ ẩm...) nhỏ nhất trong 15 ngày khảo sát. 
Cột “Trung bình” thể hiện trung bình các giá trị (nhiệt độ, 
độ ẩm...) trong 15 ngày khảo sát. Cột “Lớn nhất trung bình” 
thể hiện trung bình các giá trị (nhiệt độ, độ ẩm...) lớn nhất 
trong 15 ngày khảo sát. 
Bảng 4. Tổng hợp số liệu thực tế làm mát trại gà hè 2017 
Thông số 
Nhỏ nhất 
trung bình 
Trung 
bình 
Lớn nhất 
trung bình 
Nhiệt độ không khí ngoài trời (°C) 30,5 34,1 37,0 
Độ ẩm không khí ngoài trời 0,49 0,60 0,74 
Nhiệt độ trong chuồng (°C) 28,4 29,7 30,7 
Độ ẩm trong chuồng 0,76 0,84 0,89 
Độ chênh nhiệt độ ngoài trời - 
trong chuồng (°C) 
1,2 4,6 6,9 
3. Kết luận 
Bài báo đã đưa ra cơ sở lý thuyết tính toán hệ thống làm 
mát chuồng trại kết hợp giữa phun mưa làm mát mái và sử 
dụng các tấm làm mát công nghiệp (cooling pad) với nguồn 
nước ngầm. 
Tác giả đã tính toán ứng dụng cụ thể và triển khai hệ 
thống làm mát cho 1 trang trại gà. Kết quả cho thấy hệ 
thống làm mát đã thiết kế có khả năng giảm nhiệt độ tối đa 
trung bình đến 6,9°C, ứng với các giờ cao điểm của nắng 
nóng. Trung bình trong các ngày nóng có thể giảm đến 
4,6°C, tạo nhiệt độ trung bình trong chuồng là 29,7°C với 
độ ẩm tối đa trung bình dưới 90%, nằm trong ngưỡng gà 
có thể chịu đựng trong điều kiện Việt Nam. 
Tác giả đã xây dựng được phần mềm dự báo nhiệt độ, 
độ ẩm của chuồng trại khi vận hành hệ thống. Kiểm tra so 
sánh kết quả vận hành thực tế với phần mềm cho thấy sai 
số nằm trong khoảng 5 - 15%, có thể chấp nhận được trong 
thực tế sản xuất. 
Hệ thống làm mát sử dụng nước ngầm tưới qua các tấm 
cooling pad kết hợp với phun mưa có vốn đầu tư thấp, hiệu 
quả giải nhiệt nằm trong phạm vi có thể chấp nhận được. 
Hệ thống có thể vận hành hiệu quả theo dự báo nhiệt độ, 
độ ẩm chuồng trại của phần mềm tính toán. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Bộ Xây dựng Việt Nam, QCVN 02:2009/BXD: Quy chuẩn kỹ thuật 
quốc gia số liệu điều kiện tự nhiên dùng trong xây dựng, Hà Nội, 2009. 
[2] Nguyễn Nhựt Xuân Dung, Lưu Hữu Mãnh, Lê Thanh Phương, 
“Khảo sát chất lượng không khí và vị trí chuồng nuôi lên năng suất 
sinh sản của gà đẻ trứng giống hisex brown”, Tạp ̣ chı́ Khoa học 
Trường Đại học Cần Thơ, Số chuyên đề Nông nghiệp (2), 2016, 
trang 83-90. 
[3] Võ Chí Chính, Giáo trình Điều hòa không khí, NXB Khoa học và 
Kỹ thuật, Hà Nội, 2005. 
[4] Thai Ngoc Son, Vo Chi Chinh, Pham Quoc Thang, “Solving the 
Problem of Heat Transfer of Cooling Shed for Animals”, 
Proceedings - 2017 International Conference on System Science 
and Engineering (ICSSE) ISBN: 978-1-5386-3422-6/17, pp. 632-
635, 2017 DOI: 10.1109/ICSSE.2017.8030952. 
[5] Hệ thống lạnh trong chăn nuôi, 
dong/he-thong-lanh-trong-chan-nuoi/121/ [truy cập 09/08/2017]. 
[6] Уравнение массоотдачи, https://studopedia.ru/8_163496_uravnenie-
massootdachi.html [truy cập 09/08/2017]. 
[7] Munters, Evaporative Cooling with CELdek, Technical Manual.
(BBT nhận bài: 5/5/2018, hoàn tất thủ tục phản biện: 23/5/2018)