Eccellenti condizioni di progettazione nel laboratorio di ricerca sulle batterie dell'Università del Michigan

Sfide di progettazione del laboratorio

Lo sviluppo del laboratorio di 700 piedi quadrati ha presentato diverse sfide uniche. Per prima cosa, il progetto ha richiesto la conversione di uno spazio esistente al secondo piano di un edificio di tre piani in una stanza asciutta. "L'edificio funziona come una struttura di ricerca e studio multifunzionale e il laboratorio doveva essere installato in uno spazio utilizzato per le aree di lavoro di studio", ha affermato David Parkman, ingegnere di progetto senior di SCS. "L'installazione di questo laboratorio ha significato isolare totalmente l'area dagli spazi adiacenti circostanti e dal corridoio". Un'altra sfida era che l'attrezzatura meccanica doveva essere posizionata sul tetto e collegata al secondo piano dell'edificio senza disturbare gli occupanti del terzo piano.

Rigorosi requisiti di progettazione del laboratorio

L’attrezzatura doveva inoltre essere specificata per adattarsi allo spazio disponibile sul tetto e progettata per funzionare con un impatto minimo in termini di rumore e visibilità. La progettazione del laboratorio ha richiesto più di un anno, con diversi incontri per rivedere i concetti di design e i dettagli del programma di installazione, nonché il coordinamento con un appaltatore locale per organizzare lo spazio sul tetto e l’utilizzo di una gru industriale per posizionare le apparecchiature meccaniche. In base alle dimensioni e all’attività all’interno della stanza, le condizioni di progetto sono state impostate a 70°F e ≤ -40°C punto di rugiada o ≤ 0,5% di umidità relativa. Mantenere queste condizioni era essenziale poiché le batterie agli ioni di litio ad alta energia devono essere prodotte in ambienti con meno dell’uno per cento di umidità relativa per evitare l’idrolisi del sale elettrolita. Il personale del laboratorio desiderava inoltre finestre nella stanza asciutta per la luce naturale. Con la separazione delle apparecchiature meccaniche sul tetto e della stanza asciutta due livelli più in basso, le condizioni dell’aria di mandata dal sistema di deumidificazione devono essere mantenute per fornire la capacità di asciugatura necessaria a controllare lo spazio a 70°F, ≤ -40°C punto di rugiada o ≤ 0,5% di umidità relativa. «Abbiamo dovuto soddisfare le esigenze del laboratorio ma anche lavorare intorno ad altre aree tra la posizione delle apparecchiature meccaniche e il sito della stanza asciutta», ha detto Parkman. «Pertanto, le condotte dell’aria di mandata dovevano essere altrettanto a tenuta di vapore quanto quelle dell’aria di ritorno. «Dobbiamo mantenere un laboratorio, circondato da stanze mantenute a 75°F con il 60% di umidità relativa, a mezzo percento di umidità relativa», ha aggiunto Parkman. «Questa differenza rende l’integrità di quella stanza asciutta critica e abbiamo dovuto assicurarci che ogni giunzione fosse sigillata con precisione.» SCS assicura che tutti gli elementi del progetto siano eseguiti In altre aree funzionali dell’edificio, erano richiesti più piccoli portelli di accesso nella stanza asciutta per regolare le utenze associate a queste stanze e ad altri laboratori. Questi dovevano essere sigillati con guarnizioni, insieme all’involucro della stanza, per mantenere le condizioni. «Poiché questo spazio non era stato concepito come stanza asciutta, e tanto meno come laboratorio, erano necessari diversi pannelli all’interno della stanza per consentire l’accesso a valvole di controllo e interruttori di spegnimento per i servizi dell’edificio che dovevano essere incorporati nel progetto», ha detto Less. SCS ha utilizzato la sua vasta esperienza per integrare pannelli isolati di qualità e sigillare tutte le giunzioni per fornire un involucro a tenuta di vapore. Tutte le penetrations per gli sprinkler, l’alimentazione elettrica e l’aria compressa sono state sigillate con lo stesso controllo qualità della stanza. Il personale del laboratorio può accedere alla stanza asciutta entrando e uscendo tramite una camera d’aria per prevenire l’infiltrazione di umidità dall’esterno. Con una corretta sigillatura, la stanza asciutta richiede solo 200 CFM di pressione positiva per evitare l’infiltrazione di umidità che potrebbe influire sulle condizioni interne. Per raggiungere questo livello di controllo è stata necessaria una grande quantità di apparecchiature meccaniche, incluso un avanzato sistema di deumidificazione, tutte strategicamente posizionate sul tetto dell’edificio. Il sistema di deumidificazione Munters funziona I criteri di progettazione e l’attività prevista all’interno di una stanza asciutta determinano i requisiti di prestazione dell’attrezzatura. Per il Battery Lab dell’Università del Michigan, la temperatura e l’umidità dell’aria di mandata dovevano essere inferiori al valore di progetto per accogliere i carichi sensibili e latenti interni derivanti dal numero di persone presenti nello spazio, dall’aria di scarico delle postazioni di lavoro e dal carico termico di persone, attrezzature di processo e luci. «Il sistema essiccante Munters Green PowerPurge è stato scelto come componente centrale del sistema meccanico perché è stato progettato specificamente per soddisfare le esigenze dei produttori di batterie avanzate che richiedono un controllo del punto di rugiada basso, consumando comunque meno energia rispetto ad altri sistemi», ha detto Jeff Siemasko, direttore vendite Munters Nord America. «Il sistema essiccante ad alte prestazioni Green PowerPurge utilizza la minor quantità possibile di energia ed è stato sviluppato per l’applicazione a basso punto di rugiada richiesta dall’industria delle stanze asciutte per batterie agli ioni di litio», ha detto Curtis Musall, presidente di Innovative Air Systems e responsabile account OEM SCS per Munters. Il Green PowerPurge è efficiente dal punto di vista energetico perché l’unità agisce come un sistema di recupero dell’energia, raccogliendo il calore di scarto dalla sezione più calda della ruota essiccante e utilizzandolo per aiutare la rigenerazione. Questo processo riduce l’energia necessaria per la riattivazione, abbassa la temperatura di scarico dell’aria di processo, diminuendo i costi energetici per il raffreddamento posteriore dell’aria fornita alla stanza asciutta. Le condizioni del laboratorio hanno superato le aspettative «Green PowerPurge può facilmente fornire punti di rugiada di -70°F/-56°C in aria di mandata risparmiando tra il 25% e il 45% dei costi di raffreddamento della stanza asciutta e tra il 35% e il 50% dell’energia per la riattivazione dell’essiccante», ha detto Musall. Il sistema di deumidificazione Munters controlla il punto di rugiada in modo efficace ed efficiente e la refrigerazione dell’unità fornisce la fase iniziale di rimozione di temperatura e umidità prima dell’essiccazione finale tramite il deumidificatore per l’aria di mandata alla stanza asciutta. Secondo Less, le condizioni dell’impianto hanno effettivamente superato le aspettative. «La nostra umidità è solitamente molto inferiore alla specifica», ha detto Less. «Siamo in grado di monitorare facilmente le condizioni tramite un display digitale fuori dalla stanza collegato anche al sistema di monitoraggio dell’edificio universitario.» «Il supporto fornito da Curtis e dal team Munters nel confermare le caratteristiche di progettazione e le prestazioni è stato essenziale per il successo del progetto», ha detto Parkman. «Munters fornisce sistemi di deumidificazione a basso consumo energetico per questa applicazione da quasi 40 anni ed è stata la nostra fonte per queste specifiche di progettazione della stanza asciutta.» «La qualità e le prestazioni di Munters sono coerenti con le nostre esigenze nella progettazione della struttura per controllare queste condizioni estreme», ha aggiunto Parkman. «Dove l’installazione richiede un’integrazione totale, Munters ha fornito il sistema di deumidificazione e Innovative Air Systems ha fornito l’attrezzatura di refrigerazione necessaria per soddisfare i requisiti del sistema di stanza asciutta/deumidificazione.» «Scientific Climate Systems ha lavorato con noi per assicurarci di ricevere esattamente il tipo di laboratorio che volevamo e per farci comprendere tutti i parametri», ha detto Less. «Lavorando insieme abbiamo sviluppato uno spazio fantastico, di livello mondiale, per i nostri clienti per produrre batterie.» Dati rapidi del progetto Progettazione – 70°Fdb, ≤ -40°C punto di rugiada o ≤ 0,5% di umidità relativa Persone – Cinque (5) massimo nella stanza asciutta Entrata/Uscita del personale – 5 all’ora Scarico – 1000 CFM Involucro pannello (ignifugo) – Pareti e soffitto da 4” con sistema di montaggio Unistrut Accesso personale – Camera d’aria 6’ x 8’ Portelli di accesso – Nove (9) portelli da 24” x 24” con guarnizioni per l’accesso ai servizi dell’edificio Uscita d’emergenza – Porta tagliafuoco sigillata alle pareti del corridoio antincendio dell’università Penetrazioni e sigillature per teste del sistema automatico di spegnimento incendi Pavimento – Barriera al vapore sigillata e finitura finale in resina epossidica antistatica Finestre – Otto (8) finestre triplo vetro in linea con le finestre dell’edificio Deumidificazione – Munters IDS-4500 GPP con rigenerazione a gas, bobine di raffreddamento a DX, filtrazione HEPA e post-riscaldamento elettrico Caratteristiche aggiuntive – Frangiluce riscaldati per neve e nebbia per l’inverno Controller (Munters) – Sistema di controllo integrato Siemens con display HMI Controller stanza asciutta – Controller nCompass/HMI con visualizzazione grafica della temperatura e del punto di rugiada della stanza Sensori della stanza – Sensore temperatura e punto di rugiada Vaisala DMT 342 Condotti – Condotti di mandata e ritorno con saldature e isolamento da 2” dal sistema di deumidificazione montato sul tetto sopra il 4° piano dell’edificio fino alla stanza asciutta al 2° piano Unità condensanti DX – Una (1) da 25 HP e una (1) da 15 HP