Excelentes condiciones de diseño en el laboratorio de investigación de baterías de la Universidad de Michigan

Desafíos de diseño de laboratorio

El desarrollo del laboratorio de 700 pies cuadrados presentó varios desafíos únicos. Por un lado, el proyecto requería convertir un espacio existente en el segundo piso de un edificio de tres pisos en una habitación seca. "El edificio funciona como una instalación de investigación y estudio de usos múltiples, y el laboratorio se instalaría en un espacio que se utilizaría para áreas de trabajo de estudio", dijo David Parkman, ingeniero senior de proyectos de SCS. "Instalar este laboratorio significó aislar totalmente el área de los espacios adyacentes circundantes y el pasillo". Otro desafío fue que el equipo mecánico tenía que ubicarse en el techo y conectarse al segundo piso del edificio sin molestar a los ocupantes del tercer piso.

Estrictos requisitos de diseño de laboratorio

El equipo también tuvo que especificarse para encajar en el espacio disponible en el techo y diseñarse para operar con un impacto mínimo de ruido y visual. El diseño del laboratorio llevó más de un año, con varias reuniones para revisar los conceptos de diseño, los detalles del cronograma de instalación y la coordinación con un contratista local para organizar el espacio en el techo y el uso de una grúa industrial para colocar el equipo mecánico en su lugar. Basándose en el tamaño y la actividad dentro de la sala, las condiciones de diseño se establecieron en 70°F y ≤ -40°C punto de rocío o ≤ 0.5% de humedad relativa. Mantener estas condiciones fue esencial ya que las baterías de iones de litio de alta energía deben producirse en ambientes con menos del uno por ciento de humedad relativa para evitar la hidrólisis de la sal electrolítica. El personal del laboratorio también quería ventanas en la sala seca para luz natural. Con la separación del equipo mecánico en el techo y la sala seca dos niveles abajo, las condiciones del aire suministrado por el sistema de deshumidificación deben mantenerse para proporcionar la capacidad de secado necesaria para controlar el espacio a 70°F, ≤ -40°C punto de rocío o ≤ 0.5% de humedad relativa. “Tuvimos que acomodar las necesidades del laboratorio, pero también trabajar alrededor de otras áreas entre la ubicación del equipo mecánico y el sitio de la sala seca,” dijo Parkman. “Por lo tanto, los conductos de aire de suministro necesitaban ser igualmente herméticos al vapor, y también el aire de retorno. “Tenemos que mantener un laboratorio, que está rodeado por habitaciones mantenidas a 75°F con 60% de humedad relativa, en medio por ciento de humedad relativa,” agregó Parkman. “Esa diferencia hace que la integridad de esa sala seca sea crítica, y tuvimos que asegurar que cada junta estuviera sellada con precisión.” SCS asegura que todos los elementos del proyecto se lleven a cabo En otras áreas funcionales del edificio, se requirieron múltiples pequeñas escotillas de acceso en la sala seca para ajustar las utilidades asociadas con estas salas y otros laboratorios. Estas tenían que estar selladas con juntas, al igual que el recinto de la sala, para mantener las condiciones. “Como este espacio no estaba destinado a ser una sala seca, mucho menos un laboratorio, se necesitaron varios paneles dentro de la sala para permitir el acceso a válvulas de control y interruptores de apagado para los servicios del edificio que tuvieron que incorporarse en el diseño,” dijo Less. SCS utilizó su amplia experiencia para incorporar paneles aislados de calidad y sellar todas las juntas para proporcionar un recinto hermético al vapor. Todas las penetraciones para rociadores, energía eléctrica y aire comprimido se sellaron con el mismo control de calidad que la sala. El personal del laboratorio puede acceder a la sala seca entrando y saliendo a través de un esclusa de aire para evitar la infiltración de humedad desde el exterior. Con el sellado adecuado, la sala seca requiere solo 200 CFM de presión positiva para evitar la infiltración de humedad que afectaría las condiciones internas. Para lograr este nivel de control se requirió una gran cantidad de equipo mecánico, incluyendo un avanzado sistema de deshumidificación, todos estratégicamente colocados en el techo del edificio. El sistema de deshumidificación Munters cumple Los criterios de diseño y la actividad esperada dentro de una sala seca determinan los requisitos de rendimiento del equipo. Para el Laboratorio de Baterías de la Universidad de Michigan, la temperatura y humedad del aire suministrado necesitaban ser inferiores al punto de ajuste de diseño para acomodar las cargas sensibles y latentes internas del número de personas trabajando en el espacio, cualquier aire de extracción de estaciones de trabajo, y la carga térmica de las personas, el equipo de procesamiento y las luces. “El sistema desecante Munters Green PowerPurge fue elegido como el componente central del sistema mecánico porque está específicamente diseñado para satisfacer las necesidades de fabricantes avanzados de baterías que requieren control de punto de rocío bajo, mientras consume menos energía que otros sistemas,” dijo Jeff Siemasko, director de ventas de Munters para Norteamérica. “El sistema desecante de alto rendimiento Green PowerPurge utiliza la menor cantidad posible de energía, y fue desarrollado para la aplicación de punto de rocío bajo requerida por la industria de salas secas para baterías de iones de litio,” dijo Curtis Musall, presidente de Innovative Air Systems y gerente de cuentas OEM de SCS para Munters. El Green PowerPurge es eficiente en energía porque la unidad actúa como un sistema de recuperación de energía, recolectando calor residual de la sección más caliente de la rueda desecante y usándolo para ayudar en la regeneración. Este proceso reduce la energía requerida para la reactivación, mientras baja la temperatura de descarga del aire del proceso, disminuyendo los costos energéticos para el enfriamiento posterior del aire suministrado a la sala seca. Las condiciones del laboratorio superaron las expectativas “Green PowerPurge puede suministrar fácilmente puntos de rocío de -70°F/-56°C en el aire suministrado mientras ahorra entre 25% y 45% del costo de enfriamiento de la sala seca y 35% a 50% del costo de energía para la reactivación del desecante,” dijo Musall. El sistema de deshumidificación Munters controla de manera efectiva y eficiente el punto de rocío, y la refrigeración de la unidad proporciona la etapa inicial de eliminación de temperatura y humedad antes del secado final mediante el deshumidificador para el aire suministrado a la sala seca. Según Less, las condiciones en la instalación han superado las expectativas. “Nuestra humedad suele ser mucho menor que la especificación,” dijo Less. “Podemos monitorear fácilmente las condiciones a través de una lectura digital fuera de la sala que también está conectada al sistema de monitoreo del edificio de la universidad.” “El apoyo proporcionado por Curtis y el equipo Munters para confirmar las características de diseño y desempeño fue esencial para el éxito del proyecto,” dijo Parkman. “Munters ha estado proporcionando sistemas de deshumidificación energéticamente eficientes para esta aplicación durante casi 40 años y ha sido nuestra fuente para estas especificaciones de diseño de salas secas.” “La calidad y el rendimiento de Munters están alineados con nuestros requisitos para diseñar la instalación para controlar estas condiciones extremas,” agregó Parkman. “Donde la instalación requiere integración total, Munters suministró el sistema de deshumidificación e Innovative Air Systems proporcionó el equipo de refrigeración necesario para satisfacer los requisitos de la sala seca/sistema de deshumidificación.” “Scientific Climate Systems trabajó con nosotros para asegurarse de que recibiéramos exactamente el tipo de laboratorio que queríamos y para asegurarse de que entendiéramos todos los parámetros,” dijo Less. “Trabajando juntos desarrollamos un espacio fantástico y de clase mundial para que nuestros clientes produzcan baterías.” Datos rápidos del proyecto Diseño – 70°Fdb, ≤ -40°C punto de rocío o ≤ 0.5% de humedad relativa Personas – Cinco (5) máximo en la sala seca Entrada/Salida de personal – 5 por hora Extracción – 1000 CFM Recinto del panel (retardante de fuego) – Paredes y techo de 4” con sistema de montaje Unistrut Acceso de personal – Esclusa de aire 6’ x 8’ Escotillas de acceso – Nueve (9) escotillas de 24” x 24” con juntas para acceder a las utilidades del edificio Salida de emergencia – Puerta resistente al fuego sellada a las paredes del pasillo con clasificación contra incendios de la universidad Penetraciones y sellado para sistemas automáticos de supresión de incendios Piso – Barrera de vapor sellada y acabado final epoxi ESD Ventanas – Ocho (8) ventanas de triple panel alineadas con las ventanas del edificio Deshumidificación – Munters IDS-4500 GPP con regeneración a gas, bobinas de refrigeración DX, filtración HEPA y postcalefacción eléctrica Características adicionales – Persianas calefactadas para nieve y niebla en invierno Controlador (Munters) – Sistema de control integrado Siemens con pantalla HMI Controlador de la sala seca – Controlador nCompass/HMI con pantalla gráfica de temperatura y punto de rocío de la sala Sensores de la sala – Sensor de temperatura y punto de rocío Vaisala DMT 342 Conductos – Conductos de suministro y retorno con costura soldada e aislamiento de 2” desde el sistema de deshumidificación montado en el techo del edificio (4º piso) hasta la sala seca en el 2º piso Unidades condensadoras DX – Una (1) de 25 HP y una (1) de 15 HP