Excellentes conditions de conception dans le laboratoire de recherche sur les batteries de l’Université du Michigan

Défis de conception de laboratoire

Le développement du laboratoire de 700 pieds carrés a présenté plusieurs défis uniques. D’une part, le projet nécessitait de convertir un espace existant du deuxième étage d’un immeuble de trois étages en une pièce sèche. « Le bâtiment fonctionne comme une installation polyvalente de recherche et d’étude, et le laboratoire devait être installé dans un espace utilisé pour les zones de travail d’étude », a déclaré David Parkman, ingénieur de projet principal chez SCS. « L’installation de ce laboratoire signifiait isoler totalement la zone des espaces adjacents et du couloir environnants. » Un autre défi était que l’équipement mécanique devait être situé sur le toit et relié au deuxième étage du bâtiment sans déranger les occupants du troisième étage.

Exigences strictes en matière de conception de laboratoire

L’équipement devait également être spécifié pour s’adapter à l’espace disponible sur le toit et conçu pour fonctionner avec un impact sonore et visuel minimal. La conception du laboratoire a duré plus d’un an, avec plusieurs réunions pour revoir les concepts de conception et les détails du calendrier d’installation, ainsi que la coordination avec un entrepreneur local pour organiser l’espace sur le toit et l’utilisation d’une grue industrielle pour mettre en place l’équipement mécanique. En fonction de la taille et de l’activité dans la pièce, les conditions de conception ont été fixées à 70°F et ≤ -40°C point de rosée ou ≤ 0,5 % d’humidité relative. Le maintien de ces conditions était essentiel car les batteries lithium-ion à haute énergie doivent être produites dans des environnements avec moins d’un pour cent d’humidité relative afin d’éviter l’hydrolyse du sel d’électrolyte. Le personnel du laboratoire souhaitait également des fenêtres dans la salle sèche pour la lumière naturelle. Avec la séparation de l’équipement mécanique sur le toit et la salle sèche deux niveaux en dessous, les conditions d’air soufflé du système de déshumidification doivent être maintenues pour fournir la capacité de séchage nécessaire afin de contrôler l’espace à 70°F, ≤ -40°C point de rosée ou ≤ 0,5 % d’humidité relative. « Nous avons dû répondre aux besoins du laboratoire mais aussi contourner d’autres zones entre l’emplacement de l’équipement mécanique et le site de la salle sèche, » a déclaré Parkman. « Par conséquent, les conduits d’air soufflé devaient être tout aussi étanches à la vapeur, ainsi que les conduits d’air de retour. « Nous devons maintenir un laboratoire, entouré de pièces maintenues à 75°F avec 60 % d’humidité relative, à une humidité relative de 0,5 %, » a ajouté Parkman. « Cette différence rend l’intégrité de cette salle sèche critique, et nous avons dû nous assurer que chaque joint était parfaitement scellé. » SCS garantit l’exécution de tous les éléments du projet Dans d’autres zones fonctionnelles du bâtiment, plusieurs petites trappes d’accès étaient nécessaires dans la salle sèche pour ajuster les utilités associées à ces pièces et autres laboratoires. Celles-ci devaient être étanchéisées avec des joints, tout comme l’enceinte de la pièce, pour maintenir les conditions. « Parce que cet espace n’était pas destiné à être une salle sèche, encore moins un laboratoire, plusieurs panneaux étaient nécessaires à l’intérieur de la pièce pour permettre l’accès aux vannes de contrôle et aux interrupteurs d’arrêt des services du bâtiment qui devaient être intégrés dans la conception, » a déclaré Less. SCS a utilisé sa vaste expérience pour intégrer des panneaux isolants de qualité et sceller toutes les jonctions afin de fournir une enceinte étanche à la vapeur. Toutes les pénétrations pour les sprinkleurs, l’alimentation électrique et l’air comprimé ont été scellées avec le même contrôle qualité que la pièce. Le personnel du laboratoire peut accéder à la salle sèche en entrant et en sortant par un sas afin d’éviter l’infiltration d’humidité depuis l’extérieur. Avec un scellement adéquat, la salle sèche nécessite seulement 200 CFM de pression positive pour éviter l’infiltration d’humidité qui pourrait affecter les conditions à l’intérieur. Pour atteindre ce niveau de contrôle, une grande quantité d’équipement mécanique était nécessaire, y compris un système avancé de déshumidification, tous stratégiquement placés sur le toit du bâtiment. Le système de déshumidification Munters répond aux exigences Les critères de conception et l’activité attendue dans une salle sèche déterminent les exigences de performance de l’équipement. Pour le laboratoire de batteries de l’Université du Michigan, la température et l’humidité de l’air soufflé devaient être inférieures au point de consigne de conception pour tenir compte des charges sensibles et latentes internes liées au nombre de personnes travaillant dans l’espace, à l’air d’évacuation des postes de travail et à la charge thermique des personnes, des équipements de traitement et des lumières. « Le système désiccant Munters Green PowerPurge a été choisi comme composant central du système mécanique car il est spécifiquement conçu pour répondre aux besoins des fabricants avancés de batteries nécessitant un contrôle à bas point de rosée tout en consommant moins d’énergie que d’autres systèmes, » a déclaré Jeff Siemasko, directeur des ventes Munters pour l’Amérique du Nord. « Le système désiccant haute performance Green PowerPurge utilise la moindre quantité d’énergie possible, et a été développé pour l’application à bas point de rosée requise par l’industrie des salles sèches pour batteries lithium-ion, » a déclaré Curtis Musall, président d’Innovative Air Systems et responsable client OEM de SCS pour Munters. Le Green PowerPurge est économe en énergie car l’unité agit comme un système de récupération d’énergie, récupérant la chaleur perdue de la section la plus chaude de la roue désiccante et l’utilisant pour aider à la régénération. Ce processus réduit l’énergie nécessaire à la réactivation tout en abaissant la température de décharge de l’air de processus, diminuant ainsi les coûts énergétiques du refroidissement postérieur de l’air livré à la salle sèche. Les conditions du laboratoire ont dépassé les attentes « Green PowerPurge peut facilement fournir des points de rosée de -70°F/-56°C en air soufflé tout en économisant entre 25 % et 45 % des coûts de refroidissement de la salle sèche et entre 35 % et 50 % des coûts énergétiques de réactivation du désiccant, » a déclaré Musall. Le système de déshumidification Munters contrôle efficacement et efficacement le point de rosée, et la réfrigération de l’unité fournit l’étape initiale de suppression de la température et de l’humidité avant le séchage final via le déshumidificateur pour l’air soufflé vers la salle sèche. Selon Less, les conditions dans l’installation ont en réalité dépassé les attentes. « Notre humidité est généralement bien inférieure à la spécification, » a déclaré Less. « Nous pouvons facilement surveiller les conditions via un affichage numérique à l’extérieur de la pièce qui est également connecté au système de surveillance du bâtiment de l’Université. » « Le soutien apporté par Curtis et l’équipe Munters pour confirmer les caractéristiques de conception et la performance a été essentiel au succès du projet, » a déclaré Parkman. « Munters fournit des systèmes de déshumidification économes en énergie pour cette application depuis près de 40 ans et a été notre source pour ces spécifications de conception de salle sèche. » « La qualité et la performance de Munters sont cohérentes avec nos exigences pour concevoir l’installation afin de contrôler ces conditions extrêmes, » a ajouté Parkman. « Lorsque l’installation exige une intégration totale, Munters a fourni le système de déshumidification et Innovative Air Systems a fourni l’équipement de réfrigération nécessaire pour répondre aux exigences de la salle sèche/système de déshumidification. » « Scientific Climate Systems a travaillé avec nous pour s’assurer que nous avons obtenu le type exact de laboratoire que nous voulions et que nous comprenions tous les paramètres, » a déclaré Less. « En travaillant ensemble, nous avons développé un espace fantastique et de classe mondiale pour que nos clients puissent produire des batteries. » Faits rapides sur le projet Conception – 70°Fdb, ≤ -40°C point de rosée ou ≤ 0,5 % humidité relative Personnes – Cinq (5) maximum dans la salle sèche Entrée/Sortie du personnel – 5 par heure Extrait – 1000 CFM Enceinte des panneaux (ignifuge) – Murs et plafond de 4” avec système de montage Unistrut Accès du personnel – SAS 6’ x 8’ Trappes d’accès – Neuf (9) trappes étanches de 24” x 24” pour accéder aux services du bâtiment Sortie de secours – Porte coupe-feu scellée aux murs du couloir coupe-feu de l’Université Pénétrations et scellements pour têtes des systèmes automatiques de suppression d’incendie Sol – Barrière vapeur scellée et finition époxy ESD Fenêtres – Huit (8) fenêtres triples vitrages alignées avec les fenêtres du bâtiment Déshumidification – Munters IDS-4500 GPP avec régénération au gaz, bobines de refroidissement DX, filtration HEPA et post-chauffage électrique Fonctionnalités supplémentaires – Persiennes chauffées contre la neige et le brouillard pour l’hiver Contrôleur (Munters) – Système de contrôle intégré Siemens avec affichage HMI Contrôleur de la salle sèche – Contrôleur nCompass/HMI avec affichage graphique de la température et du point de rosée Capteurs de la pièce – Capteur de température et point de rosée Vaisala DMT 342 Conduits – Conduits d’alimentation et de retour à joint soudé avec isolation de 2” depuis le système de déshumidification monté sur le toit du bâtiment au 4e étage jusqu’à la salle sèche du 2e étage Unités de condensation DX – Une (1) de 25 HP et une (1) de 15 HP