Vynikající konstrukční podmínky ve výzkumné laboratoři baterií Michiganské univerzity

Výzvy návrhu laboratoře

Vývoj laboratoře o rozloze 700 čtverečních stop představoval několik jedinečných výzev. Za prvé, projekt vyžadoval přeměnu stávajícího prostoru ve druhém patře třípodlažní budovy na suchou místnost. "Budova funguje jako víceúčelové výzkumné a studijní zařízení a laboratoř měla být instalována v prostoru, který byl využíván pro studijní pracovní prostory," řekl David Parkman, hlavní projektový inženýr společnosti SCS. "Instalace této laboratoře znamenala úplnou izolaci oblasti od okolních přilehlých prostor a chodby." Další výzvou bylo, že mechanické zařízení muselo být umístěno na střeše a napojeno na druhé patro budovy, aniž by rušilo obyvatele ve třetím patře.

Přísné požadavky na design laboratoře

Zařízení také muselo být specifikováno tak, aby se vešlo na dostupnou střechu a bylo navrženo pro provoz s minimálním hlukem a vizuálním dopadem. Návrh laboratoře trval více než rok a proběhlo několik schůzek k revizi koncepcí designu, detailů instalačního harmonogramu a koordinace s místním dodavatelem ohledně využití střešního prostoru a použití průmyslového jeřábu pro umístění mechanického zařízení. Na základě velikosti a aktivity v místnosti byly stanoveny návrhové podmínky na 21 °C (70 °F) a ≤ -40 °C rosného bodu nebo ≤ 0,5 % relativní vlhkosti. Udržování těchto podmínek bylo zásadní, protože vysoce energetické lithium-iontové baterie musí být vyráběny v prostředí s méně než 1 % relativní vlhkosti, aby se zabránilo hydrolýze elektrolytové soli. Personál laboratoře také chtěl okna v suché místnosti pro přirozené osvětlení. Se separation mechanického zařízení na střeše a suché místnosti dvě patra níže musely být podmínky přívodního vzduchu z odvlhčovacího systému udržovány, aby byla zajištěna potřebná sušicí kapacita a kontrola prostoru při 21 °C, ≤ -40 °C rosného bodu nebo ≤ 0,5 % relativní vlhkosti. „Museli jsme vyhovět potřebám laboratoře, ale zároveň zohlednit ostatní prostory mezi umístěním mechanického zařízení a suchou místností,“ uvedl Parkman. „Proto musely být přívodní i vratné vzduchové rozvody stejně těsné proti průniku vlhkosti.“ „Musíme udržovat laboratoř, která je obklopena místnostmi při 24 °C s 60% relativní vlhkostí, při půlprocentní relativní vlhkosti,“ dodal Parkman. „Tento rozdíl činí integritu suché místnosti kritickou, a museli jsme zajistit, aby každý spoj byl přesně utěsněn.“ SCS zajišťuje všechny prvky projektu V dalších funkčních částech budovy bylo potřeba několik malých přístupových otvorů v suché místnosti pro úpravy služeb spojených s těmito místnostmi a dalšími laboratořemi. Tyto otvory musely být těsně utěsněny, stejně jako samotný obvod místnosti, aby byly podmínky udrženy. „Protože tento prostor nebyl původně určen jako suchá místnost, natož laboratoř, bylo v místnosti několik panelů pro přístup ke kontrolním ventilům a vypínačům budovních služeb, které musely být zahrnuty do designu,“ uvedl Less. SCS využila své rozsáhlé zkušenosti a začlenila kvalitní izolační panely a utěsnila všechny spoje, aby zajistila vzduchotěsný obvod. Veškeré průchody pro sprinklery, elektrickou energii a stlačený vzduch byly utěsněny se stejnou kontrolou kvality jako místnost. Personál laboratoře má přístup do suché místnosti přes vzduchovou uzávěrku, aby se zabránilo pronikání vlhkosti zvenčí. Při správném utěsnění vyžaduje suchá místnost pouze 200 CFM pozitivního tlaku, aby se zabránilo pronikání vlhkosti ovlivňující podmínky uvnitř. K dosažení této úrovně kontroly bylo potřeba velké množství mechanického zařízení, včetně pokročilého odvlhčovacího systému, vše strategicky umístěno na střeše budovy. Odvlhčovací systém Munters splňuje požadavky Návrhová kritéria a očekávaná aktivita v suché místnosti určují požadavky na výkon zařízení. Pro University of Michigan Battery Lab musely být teplota přívodního vzduchu a vlhkost nižší než návrhové hodnoty, aby bylo možné zvládnout vnitřní senzibilní a latentní zatížení od počtu lidí, odpadního vzduchu z pracovišť a tepelného zatížení od lidí, zařízení a osvětlení. „Systém Munters Green PowerPurge sorpčního typu byl vybrán jako centrální komponent mechanického systému, protože je speciálně navržen pro potřeby výrobců vysoce energetických baterií vyžadujících nízký rosny bod, přičemž spotřebuje méně energie než jiné systémy,“ uvedl Jeff Siemasko, ředitel prodeje Munters Severní Amerika. „High-performance sorpční systém Green PowerPurge využívá minimální množství energie a byl vyvinut pro aplikace s nízkým rosním bodem, které vyžaduje průmysl suchých místností pro lithium-iontové baterie,“ dodal Curtis Musall, prezident Innovative Air Systems a SCS OEM account manager pro Munters. Green PowerPurge je energeticky efektivní, protože jednotka funguje jako systém rekuperace energie, sbírá odpadní teplo z nejteplejší části sorpčního kola a využívá jej k regeneraci. Tento proces snižuje energii potřebnou k reaktivaci a zároveň snižuje výstupní teplotu procesního vzduchu, čímž snižuje náklady na post-chlazení vzduchu dodávaného do suché místnosti. Podmínky laboratoře překonaly očekávání „Green PowerPurge snadno dodává vzduch s bodem rosného bodu -56 °C (-70 °F) a současně šetří 25–45 % nákladů na chlazení suché místnosti a 35–50 % energie potřebné pro reaktivaci sorpčního kola,“ uvedl Musall. Odvlhčovací systém Munters efektivně a účinně kontroluje rosny bod a chlazení jednotky zajišťuje první fázi odstranění tepla a vlhkosti před konečným sušením přívodního vzduchu do suché místnosti. Podle Lessa podmínky v zařízení skutečně překročily očekávání. „Naše vlhkost je obvykle výrazně nižší než specifikace,“ uvedl Less. „Snadno monitorujeme podmínky prostřednictvím digitálního displeje mimo místnost, který je také propojen s univerzitním monitorovacím systémem.“ „Podpora od Curtise a týmu Munters při potvrzování návrhových vlastností a výkonu byla zásadní pro úspěch projektu,“ řekl Parkman. „Munters poskytuje energeticky efektivní odvlhčovací systémy pro tuto aplikaci téměř 40 let a je naším zdrojem specifikací pro design suchých místností.“ „Kvalita a výkon Munters odpovídají našim požadavkům při navrhování zařízení pro kontrolu těchto extrémních podmínek,“ dodal Parkman. „Kde instalace vyžaduje úplnou integraci, Munters dodal odvlhčovací systém a Innovative Air Systems poskytla potřebné chladicí zařízení, aby odpovídalo požadavkům suché místnosti a odvlhčovacího systému.“ „Scientific Climate Systems s námi spolupracovali, aby zajistili, že dostaneme přesně typ laboratoře, který jsme chtěli, a abychom rozuměli všem parametrům,“ uvedl Less. „Společnou prací jsme vyvinuli fantastický, světové úrovně prostor pro výrobu baterií našimi zákazníky.“ Rychlé informace o projektu Návrhové podmínky – 21 °C, ≤ -40 °C rosného bodu nebo ≤ 0,5 % relativní vlhkosti Počet osob – maximálně 5 v suché místnosti Vstup/výstup – 5 osob za hodinu Odpadní vzduch – 1000 CFM Panelový obvod (nehořlavý) – stěny a strop 10 cm s Unistrut montážním systémem Přístup personálu – vzduchová uzávěrka 1,8 × 2,4 m Přístupové otvory – 9 x 61 × 61 cm těsněné panely pro přístup k budovním službám Nouzový východ – protipožární dveře utěsněné ke stěnám univerzitního koridoru Průchody a utěsnění pro sprinklerové systémy Podlaha – parotěsná bariéra a ESD epoxidová konečná úprava Okna – 8 trojskel pro přirozené osvětlení Odvlhčování – Munters IDS-4500 GPP s plynovou reaktivací, DX chladicími cívkami, HEPA filtrací a elektrickým dohřevem Další vlastnosti – vyhřívané sněhové a mlhové žaluzie pro zimu Řízení (Munters) – Siemens integrovaný systém s HMI displejem Řízení suché místnosti – nCompass controller/HMI s grafickým displejem teploty a rosného bodu Senzory místnosti – Vaisala DMT 342, teplota a rosny bod Vzduchovody – svařované přívodní a vratné potrubí s izolací 5 cm od střešního odvlhčovacího systému nad 4. patrem budovy dolů do 2. patra suché místnosti DX kondenzátory – jeden 25 HP a jeden 15 HP