Doskonałe warunki projektowe w laboratorium badawczym akumulatorów Uniwersytetu Michigan

Wyzwania związane z projektowaniem laboratoriów

Rozwój laboratorium o powierzchni 700 stóp kwadratowych wiązał się z kilkoma wyjątkowymi wyzwaniami. Po pierwsze, projekt wymagał przekształcenia istniejącej, drugiej przestrzeni na drugim piętrze w trzypiętrowym budynku w suche pomieszczenie. "Budynek funkcjonuje jako wielofunkcyjny ośrodek badawczy i badawczy, a laboratorium miało zostać zainstalowane w przestrzeni, która była wykorzystywana do pracy naukowej" – powiedział David Parkman, starszy inżynier projektu w SCS. "Zainstalowanie tego laboratorium oznaczało całkowite odizolowanie tego obszaru od otaczających sąsiednich pomieszczeń i korytarza". Kolejnym wyzwaniem było to, że urządzenia mechaniczne musiały być umieszczone na dachu i połączone z drugim piętrem budynku, bez przeszkadzania mieszkańcom trzeciego piętra.

Surowe wymagania dotyczące projektowania laboratorium

Sprzęt musiał być również zaprojektowany tak, aby zmieścić się na dostępnej powierzchni dachowej oraz działać z minimalnym hałasem i wpływem wizualnym. Projekt laboratorium trwał ponad rok, z kilkoma spotkaniami mającymi na celu przegląd koncepcji projektowych, szczegółów harmonogramu instalacji oraz koordynację z lokalnym wykonawcą w celu zorganizowania przestrzeni na dachu i użycia dźwigu przemysłowego do umieszczenia urządzeń mechanicznych na swoim miejscu. Na podstawie wielkości i aktywności w pomieszczeniu, warunki projektowe zostały ustalone na 70°F i ≤ -40°C punktu rosy lub ≤ 0,5% wilgotności względnej. Utrzymanie tych warunków było kluczowe, ponieważ wysokowydajne baterie litowo-jonowe muszą być produkowane w środowiskach z wilgotnością względną poniżej 1%, aby zapobiec hydrolizie soli elektrolitu. Personel laboratorium chciał również okien w pomieszczeniu suchym dla naturalnego światła. Ze względu na oddzielenie urządzeń mechanicznych na dachu i pomieszczenia suchego dwa piętra niżej, warunki powietrza nawiewanego z systemu osuszania muszą być utrzymane, aby zapewnić wymaganą zdolność suszenia i kontrolować przestrzeń przy 70°F, ≤ -40°C punktu rosy lub ≤ 0,5% wilgotności względnej. „Musieliśmy dostosować się do potrzeb laboratorium, ale także uwzględnić inne obszary pomiędzy lokalizacją urządzeń mechanicznych a pomieszczeniem suchym” — powiedział Parkman. „Dlatego przewody nawiewne musiały być tak samo szczelne na parę jak przewody wywiewne. „Musimy utrzymać laboratorium, które jest otoczone pomieszczeniami utrzymywanymi w temperaturze 75°F i 60% wilgotności względnej, na poziomie pół procenta wilgotności względnej” — dodał Parkman. „Ta różnica sprawia, że integralność pomieszczenia suchego jest krytyczna, i musieliśmy upewnić się, że każde połączenie jest precyzyjnie uszczelnione.” SCS zapewnia realizację wszystkich elementów projektu W innych funkcjonalnych obszarach budynku wymagane było wiele małych włazów dostępowych w pomieszczeniu suchym, aby dostosować instalacje związane z tymi pomieszczeniami i innymi laboratoriami. Musiały one być uszczelnione uszczelkami razem z obudową pomieszczenia, aby utrzymać warunki. „Ponieważ ta przestrzeń nie była przeznaczona na pomieszczenie suche, nie mówiąc już o laboratorium, potrzebnych było kilka paneli wewnątrz pomieszczenia, aby umożliwić dostęp do zaworów kontrolnych i wyłączników instalacji budynkowych, które musiały zostać uwzględnione w projekcie” — powiedział Less. SCS wykorzystało swoje bogate doświadczenie, aby zastosować wysokiej jakości izolowane panele i uszczelnić wszystkie połączenia, tworząc szczelną na parę obudowę. Wszystkie przejścia dla systemów przeciwpożarowych, energii elektrycznej i sprężonego powietrza zostały uszczelnione z takim samym poziomem kontroli jakości jak pomieszczenie. Personel laboratorium ma dostęp do pomieszczenia suchego poprzez przejście przez śluzę powietrzną, aby zapobiec infiltracji wilgoci z zewnątrz. Dzięki właściwemu uszczelnieniu pomieszczenie suche wymaga tylko 200 CFM dodatniego ciśnienia, aby uniknąć przedostawania się wilgoci, która mogłaby wpłynąć na warunki wewnątrz. Aby osiągnąć ten poziom kontroli, potrzebna była duża ilość sprzętu mechanicznego, w tym zaawansowany system osuszania, wszystkie strategicznie umieszczone na dachu budynku. System osuszania Munters spełnia oczekiwania Kryteria projektowe i przewidywana aktywność w pomieszczeniu suchym określają wymagania dotyczące wydajności sprzętu. Dla Laboratorium Baterii Uniwersytetu Michigan temperatura powietrza nawiewanego i wilgotność musiały być niższe niż ustalone wartości projektowe, aby sprostać wewnętrznym obciążeniom sensytywnym i utajonym od liczby osób pracujących w pomieszczeniu, odprowadzaniu powietrza z stanowisk pracy oraz obciążeniu cieplnemu od ludzi, sprzętu przetwarzającego i oświetlenia. „System adsorpcyjny Munters Green PowerPurge został wybrany jako centralny element systemu mechanicznego, ponieważ jest specjalnie zaprojektowany, aby spełniać potrzeby zaawansowanych producentów baterii, wymagających kontroli niskiego punktu rosy, zużywając przy tym mniej energii niż inne systemy” — powiedział Jeff Siemasko, dyrektor sprzedaży Munters w Ameryce Północnej. „System adsorpcyjny Green PowerPurge o wysokiej wydajności zużywa najmniej energii możliwej i został opracowany z myślą o zastosowaniach wymagających niskiego punktu rosy, takich jak przemysł baterii litowo-jonowych” — powiedział Curtis Musall, prezes Innovative Air Systems i menedżer kont OEM SCS dla Munters. Green PowerPurge jest energooszczędny, ponieważ działa jak system odzysku energii, zbierając odpadowe ciepło z najgorętszej części wirnika adsorpcyjnego i wykorzystując je do regeneracji. Proces ten zmniejsza energię potrzebną do reaktywacji, jednocześnie obniżając temperaturę powietrza wypływającego, co zmniejsza koszty energii związane z chłodzeniem powietrza dostarczanego do pomieszczenia suchego. Warunki w laboratorium przewyższyły oczekiwania „Green PowerPurge może łatwo dostarczać punkty rosy na poziomie -70°F/-56°C przy jednoczesnym oszczędzaniu od 25% do 45% kosztów chłodzenia pomieszczenia suchego oraz od 35% do 50% kosztów energii reaktywacji adsorbentu” — powiedział Musall. System osuszania Munters skutecznie i efektywnie kontroluje punkt rosy, a chłodzenie zapewnia pierwszy etap usuwania temperatury i wilgoci przed końcowym osuszaniem za pomocą osuszacza dla powietrza nawiewanego do pomieszczenia suchego. Według Lessa warunki w obiekcie faktycznie przewyższyły oczekiwania. „Wilgotność jest zazwyczaj znacznie niższa niż specyfikacja” — powiedział Less. „Łatwo monitorujemy warunki za pomocą cyfrowego wyświetlacza na zewnątrz pomieszczenia, który jest również podłączony do systemu monitorowania budynku Uniwersytetu.” „Wsparcie udzielone przez Curtisa i zespół Munters przy potwierdzaniu cech projektowych i wydajności było kluczowe dla sukcesu projektu” — powiedział Parkman. „Munters dostarcza efektywne energetycznie systemy osuszania do tego typu zastosowań od prawie 40 lat i był naszym dostawcą specyfikacji projektowych dla pomieszczeń suchych.” „Jakość i wydajność Munters są zgodne z naszymi wymaganiami w projektowaniu obiektu do kontroli tych ekstremalnych warunków” — dodał Parkman. „Gdy instalacja wymaga całkowitej integracji, Munters dostarcza system osuszania, a Innovative Air Systems zapewnia sprzęt chłodniczy potrzebny do dopasowania do wymagań pomieszczenia suchego i systemu osuszania.” „Scientific Climate Systems współpracował z nami, aby upewnić się, że otrzymaliśmy dokładnie taki rodzaj laboratorium, jakiego chcieliśmy i zrozumieliśmy wszystkie parametry” — powiedział Less. „Wspólnie stworzyliśmy fantastyczną, światowej klasy przestrzeń dla naszych klientów do produkcji baterii.” Szybkie fakty o projekcie Projekt – 70°Fdb, ≤ -40°C punkt rosy lub ≤ 0,5% wilgotności względnej Osoby – maksymalnie pięć (5) w pomieszczeniu suchym Wejścia/wyjścia personelu – 5 na godzinę Wyciąg – 1000 CFM Obudowa panelowa (ognioodporna) – ściany i sufit o grubości 4” z systemem montażu Unistrut Dostęp personelu – śluza powietrzna 6’ x 8’ Włazy dostępu – dziewięć (9) 24” x 24” uszczelnionych włazów do dostępu do instalacji budynku Wyjście awaryjne – drzwi ognioodporne uszczelnione do ścian korytarza o ogniotrwałości uniwersyteckiej Przejścia i uszczelnienia dla automatycznych systemów przeciwpożarowych Podłoga – uszczelnienie bariery parowej i końcowe wykończenie epoksydowe ESD Okna – osiem (8) potrójnych szyb, wyrównane z oknami budynku Osuszanie – Munters IDS-4500 GPP z regeneracją gazową, chłodnicami DX, filtracją HEPA i elektrycznym dogrzewaniem powietrza po procesie Dodatkowe cechy – podgrzewane żaluzje śniegowe i przeciwmgielne na zimę Kontroler (Munters) – Zintegrowany system sterowania Siemens z wyświetlaczem HMI Kontroler pomieszczenia suchego – kontroler nCompass/HMI z graficznym wyświetlaczem temperatury i punktu rosy w pomieszczeniu Czujniki pomieszczenia – czujnik temperatury i punktu rosy Vaisala DMT 342 Kanały powietrzne – zgrzewane kanały nawiewne i wywiewne z izolacją 2” od systemu osuszania na dachu budynku (4 piętro) do pomieszczenia suchego na 2 piętrze Jednostki skraplające DX – jedna (1) o mocy 25 HP i jedna (1) o mocy 15 HP