Uitstekende ontwerpomstandigheden in het batterijonderzoekslaboratorium van de Universiteit van Michigan

Uitdagingen voor laboratoriumontwerp

De ontwikkeling van het 700 vierkante meter grote lab bracht verschillende unieke uitdagingen met zich mee. Ten eerste vereiste het project het ombouwen van een bestaande ruimte op de tweede verdieping in een gebouw met drie verdiepingen tot een droge ruimte. "Het gebouw functioneert als een multifunctionele onderzoeks- en studiefaciliteit en het laboratorium moest worden geïnstalleerd in een ruimte die werd gebruikt voor studiewerkruimtes", zegt David Parkman, senior projectingenieur bij SCS. "Het installeren van dit lab betekende dat het gebied volledig werd geïsoleerd van de omliggende aangrenzende ruimtes en gang." Een andere uitdaging was dat de mechanische apparatuur op het dak moest worden geplaatst en moest worden aangesloten op de tweede verdieping van het gebouw zonder de bewoners op de derde verdieping te storen.

Strenge eisen aan het laboratoriumontwerp

De apparatuur moest ook worden gespecificeerd zodat deze op de beschikbare dakruimte paste en ontworpen worden om met minimale geluidsoverlast en visuele impact te werken. Het ontwerp van het laboratorium duurde meer dan een jaar, met meerdere vergaderingen om ontwerpconcepten en details te bespreken, de installatieschema’s te bekijken en de coördinatie met een lokale aannemer voor het regelen van de dakruimte en het gebruik van een industriële kraan om de mechanische apparatuur op zijn plaats te tillen. Op basis van de grootte en activiteit in de ruimte werden de ontwerpeisen vastgesteld op 70°F en ≤ -40°C dauwpunt of ≤ 0,5% relatieve luchtvochtigheid. Het handhaven van deze omstandigheden was essentieel, omdat hoogwaardige lithium-ion batterijen geproduceerd moeten worden in omgevingen met minder dan één procent relatieve vochtigheid om hydrolyse van het elektrolyt zout te voorkomen. Het laboratoriumpersoneel wilde ook ramen in de cleanroom voor natuurlijk licht. Met de scheiding van de mechanische apparatuur op het dak en de cleanroom twee verdiepingen lager, moeten de toevoerluchtcondities van het ontvochtigingssysteem gehandhaafd blijven om de benodigde droogcapaciteit te bieden om de ruimte te beheersen op 70°F, ≤ -40°C dauwpunt of ≤ 0,5% relatieve luchtvochtigheid. “We moesten rekening houden met de behoeften van het laboratorium, maar ook werken rond andere gebieden tussen de locatie van de mechanische apparatuur en de cleanroom,” zei Parkman. “Daarom moesten de toevoerkanalen even dampdicht zijn als de retourkanalen. “We moeten een laboratorium onderhouden, dat omgeven is door ruimtes die op 75°F en 60% relatieve vochtigheid worden gehouden, bij een halve procent relatieve vochtigheid,” voegde Parkman toe. “Dat verschil maakt de integriteit van de cleanroom cruciaal, en we moesten ervoor zorgen dat elke naad nauwkeurig werd afgedicht.” SCS zorgt dat alle projectonderdelen worden uitgevoerd In andere functionele delen van het gebouw waren meerdere kleine toegangsluiken vereist in de cleanroom om voorzieningen aan te passen die aan deze ruimtes en andere laboratoria gerelateerd zijn. Deze moesten samen met de ruimte-afsluiting dicht worden gemaakt om de omstandigheden te behouden. “Omdat deze ruimte niet bedoeld was als cleanroom, laat staan als laboratorium, waren er verschillende panelen nodig binnen de ruimte om toegang te bieden tot regelkleppen en uitschakelaars voor gebouwvoorzieningen die in het ontwerp moesten worden opgenomen,” zei Less. SCS gebruikte haar uitgebreide ervaring om kwaliteitsvolle geïsoleerde panelen te integreren en alle voegen te verzegelen om een dampdichte afsluiting te bieden. Alle doorvoeren voor sprinklers, elektrische stroom en perslucht werden met dezelfde kwaliteitscontrole afgedicht als de ruimte. Het laboratoriumpersoneel kan de cleanroom betreden en verlaten via een luchtsluis om vochtinfiltratie van buitenaf te voorkomen. Met de juiste afdichting vereist de cleanroom slechts 200 CFM positieve druk om vochtinfiltratie te voorkomen die de omstandigheden binnen zou kunnen beïnvloeden. Om dit niveau van controle te bereiken was een grote hoeveelheid mechanische apparatuur nodig, inclusief een geavanceerd ontvochtigingssysteem, strategisch geplaatst op het dak van het gebouw. Munters ontvochtigingssysteem levert De ontwerpeisen en de verwachte activiteit binnen een cleanroom bepalen de prestatievereisten van de apparatuur. Voor het University of Michigan Battery Lab moesten de toevoerluchttemperatuur en vochtigheid lager zijn dan het ontwerpwaarden om rekening te houden met de interne zichtbare en latente belastingen van het aantal mensen dat in de ruimte werkt, eventuele afzuiglucht van werkstations en de warmtebelasting van mensen, procesapparatuur en verlichting. “Het Munters Green PowerPurge adsorptiesysteem werd gekozen als het centrale onderdeel van het mechanische systeem omdat het specifiek is ontworpen om te voldoen aan de behoeften van geavanceerde batterijfabrikanten die lage dauwpuntcontrole vereisen, terwijl het toch minder energie verbruikt dan andere systemen,” zei Jeff Siemasko, Munters sales director, Noord-Amerika. “Het Green PowerPurge hogeprestatie-adsorptiesysteem gebruikt zo min mogelijk energie en is ontwikkeld voor de lage dauwpunttoepassing die vereist is door de lithium-ion batterij cleanroom industrie,” zei Curtis Musall, president van Innovative Air Systems en SCS OEM-accountmanager voor Munters. De Green PowerPurge is energiezuinig omdat het apparaat fungeert als een energie-terugwinningssysteem, dat restwarmte opvangt van het heetste gedeelte van het adsorptiewiel en deze gebruikt voor regeneratie. Dit proces vermindert de energie die nodig is voor reactivatie, terwijl de uitblaastemperatuur van de proceslucht wordt verlaagd, waardoor de energiekosten voor nabehandeling van de lucht die naar de cleanroom wordt gestuurd, afnemen. Laboratoriumcondities overtroffen verwachtingen “Green PowerPurge kan eenvoudig dauwpuntwaarden van -70°F/-56°C toevoerlucht leveren terwijl het tussen 25% en 45% bespaart op de koelkosten van de cleanroom en 35% tot 50% op de energie voor adsorptie-reaktivatie,” zei Musall. Het Munters ontvochtigingssysteem regelt het dauwpunt effectief en efficiënt, en de koeling van de unit verzorgt de eerste fase van temperatuur- en vochtverwijdering voordat de definitieve droging via de ontvochtiger plaatsvindt voor de toevoerlucht naar de cleanroom. Volgens Less zijn de omstandigheden in de faciliteit zelfs beter dan verwacht. “Onze vochtigheid is meestal aanzienlijk lager dan de specificatie,” zei Less. “We kunnen de omstandigheden gemakkelijk monitoren via een digitaal display buiten de ruimte, dat ook is aangesloten op het monitoring systeem van het universiteitsgebouw.” “De ondersteuning van Curtis en het Munters-team bij het bevestigen van ontwerpkenmerken en prestaties was essentieel voor het succes van het project,” zei Parkman. “Munters levert al bijna 40 jaar energie-efficiënte ontvochtigingssystemen voor deze toepassing en is onze bron geweest voor deze cleanroom ontwerp specificaties.” “Munters kwaliteit en prestaties voldoen aan onze eisen voor het ontwerpen van de faciliteit om deze extreme omstandigheden te beheersen,” voegde Parkman toe. “Waar de installatie totale integratie vereist, leverde Munters het ontvochtigingssysteem en leverde Innovative Air Systems de koelapparatuur die nodig was om aan de eisen van de cleanroom/ontvochtigingssysteem te voldoen.” “Scientific Climate Systems werkte met ons samen om ervoor te zorgen dat we het exacte laboratorium kregen dat we wilden en ervoor te zorgen dat we alle parameters begrepen,” zei Less. “Samen ontwikkelden we een fantastische, wereldklasse ruimte voor onze klanten om batterijen te produceren.” Project Snelle Feiten Ontwerp – 70°Fdb, ≤ -40°C dauwpunt of ≤ 0,5% relatieve vochtigheid Mensen – Maximaal vijf (5) in de cleanroom Personeelsin- en uitgang – 5 per uur Afzuiging – 1000 CFM Paneelafsluiting (brandwerend) – 4” wanden en plafond met Unistrut montagesysteem Personeelstoegang – Luchtsluis 6’ x 8’ Toegangsluiken – Negen (9) 24” x 24” dichtingsluiken voor toegang tot gebouwvoorzieningen Nooduitgang – Brandwerende deur afgedicht tegen brandwerende gangmuren van de universiteit Doorvoeren en afdichtingen voor automatische brandblussystemen Vloer – Dampremmende afdichting en ESD epoxy afwerking Ramen – Acht (8) driedubbel glas kijkramen in lijn met gebouwramen Ontvochtiging – Munters IDS-4500 GPP met gasreactivatie, DX koelspiralen, HEPA-filtering en elektrische naverwarming Extra functies – Verwarmde sneeuw- en nevelroosters voor de winter Controller (Munters) – Siemens geïntegreerd regelsysteem met HMI-display Cleanroomcontroller – nCompass controller/HMI met grafische weergave van kamertemperatuur en dauwpunt Ruimsensoren – Vaisala DMT 342 temperatuur- en dauwpuntsensor Kanaalsysteem – Gelaste naden toevoer- en retourkanalen met 2” isolatie van dak gemonteerd ontvochtigingssysteem boven 4e verdieping gebouw naar 2e verdieping cleanroom DX condenseereenheden – Eén (1) 25 HP en één (1) 15 HP "" class="d-flex gap-3 flex-column flex-md-row">Neem contact met ons op