Fremragende designforhold i University of Michigans batteriforskningslaboratorium

Udfordringer med laboratoriedesign

Udviklingen af det 700 kvadratmeter store laboratorium gav flere unikke udfordringer. For det første krævede projektet, at et eksisterende rum i anden etage i en tre-etagers bygning blev omdannet til et tørt rum. "Bygningen fungerer som en multifunktionel forsknings- og undersøgelsesfacilitet, og laboratoriet skulle installeres i et rum, der blev brugt til studiearbejdsområder," sagde David Parkman, senior projektingeniør hos SCS. "Installationen af dette laboratorium betød fuldstændig at isolere området fra de omkringliggende tilstødende rum og gang." En anden udfordring var, at det mekaniske udstyr skulle placeres på taget og forbindes med bygningens anden sal uden at forstyrre beboerne på tredje sal.

Strenge krav til laboratoriedesign

Udstyret skulle også specificeres, så det kunne passe på den tilgængelige tagplads og designes til at fungere med minimal støj- og visuel påvirkning. Laboratoriedesignet tog mere end et år, med adskillige møder for at gennemgå designkoncepter og detaljer til installationsplanen samt koordinering med en lokal entreprenør for at arrangere tagplads og brug af en industrikran til at løfte det mekaniske udstyr på plads. Baseret på størrelsen og aktiviteten i rummet blev designbetingelserne sat til 70°F og ≤ -40°C dugpunkt eller ≤ 0,5 % relativ luftfugtighed. Det var essentielt at opretholde disse betingelser, da høje energilithi-ion-batterier skal produceres i miljøer med mindre end én procent relativ luftfugtighed for at forhindre hydrolyse af elektrolytsaltet. Laboratoriepersonalet ønskede også vinduer i det tørre rum for naturligt lys. Med adskillelsen af det mekaniske udstyr på taget og det tørre rum to etager nedenunder, skal forsyningsluftens betingelser fra affugtningssystemet opretholdes for at sikre den nødvendige tørringskapacitet til at kontrollere rummet ved 70°F, ≤ -40°C dugpunkt eller ≤ 0,5 % relativ luftfugtighed. ”Vi var nødt til at imødekomme laboratoriets behov, men også arbejde omkring andre områder mellem det mekaniske udstyrs placering og det tørre rum,” sagde Parkman. ”Derfor skulle forsyningsluftkanalerne være lige så damptætte som returkanalerne. ”Vi skal opretholde et laboratorium, der er omgivet af rum, der holdes ved 75°F med 60 % relativ luftfugtighed, ved en halv procent relativ luftfugtighed,” tilføjede Parkman. ”Den forskel gør integriteten af det tørre rum kritisk, og vi var nødt til at sikre, at hver samling var præcist forseglet.” SCS sikrer, at alle projektdetaljer udføres I andre funktionelle områder af bygningen var der behov for flere små adgangsluger i det tørre rum for at justere forsyninger forbundet med disse rum og andre laboratorier. Disse skulle også være tætningslukkede sammen med rumsaflukningen for at opretholde betingelserne. ”Fordi dette rum ikke var beregnet til at være et tørt rum, endsige et laboratorium, var der behov for flere paneler inde i rummet for at give adgang til kontrolventiler og afbrydere for bygningsforsyninger, som skulle indarbejdes i designet,” sagde Less. SCS brugte sin omfattende erfaring til at indarbejde kvalitetsisolerede paneler og forseglede alle samlinger for at skabe en damptæt aflukning. Alle gennemføringer for sprinkleranlæg, elektrisk strøm og trykluft blev forseglet med samme kvalitetskontrol som rummet. Laboratoriepersonalet kan få adgang til det tørre rum ved at gå ind og ud gennem en luftsluse for at forhindre fugtinfiltration udefra. Med korrekt forsegling kræver det tørre rum kun 200 CFM positivt tryk for at undgå fugtinfiltration, der kunne påvirke betingelserne indendørs. For at opnå dette kontrolniveau krævedes et stort antal mekaniske anlæg, inklusive et avanceret affugtningssystem, strategisk placeret på bygningens tag. Munters affugtningssystem leverer Designkriterierne og den forventede aktivitet i det tørre rum bestemmer udstyrets ydeevnekrav. For University of Michigan Battery Lab skulle forsyningsluftens temperatur og fugtighed være lavere end designpunktet for at imødekomme de interne sensible og latente belastninger fra antallet af personer i rummet, eventuel udsugningsluft fra arbejdsstationer samt varmebelastningen fra mennesker, procesudstyr og belysning. ”Munters Green PowerPurge adsorptionssystem blev valgt som den centrale komponent i det mekaniske system, fordi det er specifikt designet til at opfylde behovene hos avancerede batteriproducenter, der kræver lav dugpunktkontrol, samtidig med at det bruger mindre energi end andre systemer,” sagde Jeff Siemasko, Munters salgsdirektør, Nordamerika. ”Green PowerPurge højtydende adsorptionssystem bruger mindst mulig energi og blev udviklet til lav dugpunkt-applikationen, der kræves af lithium-ion batteriets tørre rum industri,” sagde Curtis Musall, præsident for Innovative Air Systems og SCS OEM-kontaktperson for Munters. Green PowerPurge er energieffektivt, fordi enheden fungerer som et energigenvindingssystem, der opsamler spildvarme fra den varmeste del af adsorptionshjulet og bruger den til regenerering. Denne proces reducerer energibehovet til reaktivering, samtidig med at udblæsningstemperaturen på procesluften sænkes, hvilket reducerer energiforbruget til efterkøling af luften, der leveres til det tørre rum. Laboratoriebetingelser oversteg forventningerne ”Green PowerPurge kan let levere dugpunkter på -70°F/-56°C forsyningsluft, samtidig med at det sparer mellem 25 % og 45 % af køleomkostningerne i det tørre rum og 35 % til 50 % af energiforbruget til reaktivering af adsorbenten,” sagde Musall. Munters affugtningssystem kontrollerer effektivt og effektivt dugpunktet, og enhedens køling leverer den indledende temperatur- og fugtfjernelse, før den endelige tørring via affugteren for forsyningsluften til det tørre rum. Ifølge Less har betingelserne i faciliteterne faktisk overgået forventningerne. ”Vores fugtighed er normalt betydeligt lavere end specifikationen,” sagde Less. ”Vi kan let overvåge betingelser via en digital aflæsning uden for rummet, som også er tilsluttet universitetets bygningsovervågningssystem.” ”Den støtte, vi fik fra Curtis og Munters-teamet i bekræftelsen af designfunktioner og ydeevne, var afgørende for projektets succes,” sagde Parkman. ”Munters har leveret energieffektive affugtningssystemer til denne anvendelse i næsten 40 år og har været vores kilde til disse tørre rums design specifikationer.” ”Munters kvalitet og ydeevne er i overensstemmelse med vores krav til design af faciliteter til kontrol af disse ekstreme forhold,” tilføjede Parkman. ”Hvor installationen kræver total integration, leverede Munters affugtningssystemet, og Innovative Air Systems leverede det køleudstyr, der skulle matche kravene til det tørre rum/affugtningssystemet.” ”Scientific Climate Systems arbejdede sammen med os for at sikre, at vi fik det helt rigtige laboratorium, vi ønskede, og sikrede, at vi forstod alle parametre,” sagde Less. ”Sammen udviklede vi et fantastisk, verdensklasse rum til vores kunder til at producere batterier.” Projektets hurtige fakta Design – 70°Fdb, ≤ -40°C dugpunkt eller ≤ 0,5 % relativ luftfugtighed Personer – Fem (5) maks. i det tørre rum Personale ind/udgang – 5 pr. time Udsugning – 1000 CFM Panelslukning (brandhæmmende) – 4” vægge og loft med Unistrut monteringssystem Personaleadgang – Luftsluse 6’ x 8’ Adgangsluger – Ni (9) 24” x 24” tætningsluger til adgang til bygningsforsyninger Nødudgang – Brandklassificeret dør forseglet til universitetets brandklassificerede gangvægge Gennemføringer og tætninger til automatiske brandslukningssystemers hoveder Gulv – Dampspærreforsegling og ESD epoxy slutfinish Vinduer – Otte (8) tolags vinduer i linje med bygningens vinduer Affugtning – Munters IDS-4500 GPP med gasreaktivering, DX kølespoler, HEPA-filtrering og elektrisk eftervarme Yderligere funktioner – Opvarmede sne- og tågespjæld til vinter Controller (Munters) – Siemens integreret styresystem med HMI-display Tørt rum-controller – nCompass controller/HMI med grafisk visning af rumtemperatur og dugpunkt Rum sensorer – Vaisala DMT 342 temperatur- og dugpunktsensor Kanalsystem – Svejsede sømme forsynings- og returkanaler med 2” isolering fra tagmonteret affugtningssystem over bygningens 4. sal ned til det tørre rum på 2. sal DX kondensationsenheder – Én (1) 25 HP og én (1) 15 HP