Excelentes condições de projeto no laboratório de pesquisa de baterias da Universidade de Michigan

Desafios de design de laboratório

O desenvolvimento do laboratório de 700 pés quadrados apresentou vários desafios únicos. Por um lado, o projeto exigia a conversão de um espaço existente no segundo andar de um prédio de três andares em uma sala seca. "O edifício funciona como uma instalação de pesquisa e estudo multiuso, e o laboratório deveria ser instalado em um espaço usado para áreas de trabalho de estudo", disse David Parkman, engenheiro de projeto sênior da SCS. "Instalar este laboratório significou isolar totalmente a área dos espaços adjacentes e do corredor circundante." Outro desafio era que o equipamento mecânico tinha que estar localizado no telhado e conectado ao segundo andar do prédio sem incomodar os ocupantes do terceiro andar.

Requisitos rigorosos de projeto de laboratório

O equipamento também teve que ser especificado para caber no espaço disponível no telhado e projetado para operar com impacto sonoro e visual mínimo. O design do laboratório levou mais de um ano, com várias reuniões para revisar conceitos de design, detalhes do cronograma de instalação e coordenação com um empreiteiro local para organizar o espaço no telhado e o uso de um guindaste industrial para posicionar os equipamentos mecânicos. Com base no tamanho e na atividade dentro da sala, as condições de projeto foram definidas em 70°F e ≤ -40°C ponto de orvalho ou ≤ 0,5% de umidade relativa. Manter essas condições foi essencial, pois baterias de íon-lítio de alta energia devem ser produzidas em ambientes com menos de um por cento de umidade relativa para evitar a hidrólise do sal do eletrólito. A equipe do laboratório também desejava janelas na sala seca para luz natural. Com a separação dos equipamentos mecânicos no telhado e a sala seca dois níveis abaixo, as condições do ar fornecido pelo sistema de desumidificação devem ser mantidas para fornecer a capacidade de secagem necessária para controlar o ambiente a 70°F, ≤ -40°C ponto de orvalho ou ≤ 0,5% de umidade relativa. “Nós tivemos que acomodar as necessidades do laboratório, mas também trabalhar ao redor de outras áreas entre a localização dos equipamentos mecânicos e o local da sala seca”, disse Parkman. “Portanto, o sistema de dutos de ar de fornecimento precisava ser igualmente estanque ao vapor, assim como o ar de retorno. “Temos que manter um laboratório, que está cercado por salas mantidas a 75°F com 60% de umidade relativa, em meio por cento de umidade relativa”, acrescentou Parkman. “Essa diferença torna a integridade daquela sala seca crítica, e tivemos que garantir que cada costura fosse precisamente selada.” A SCS garante que todos os elementos do projeto sejam executados Em outras áreas funcionais do prédio, foram necessárias várias pequenas escotilhas de acesso na sala seca para ajustar as utilidades associadas a essas salas e outros laboratórios. Elas precisavam ser vedadas com gaxetas, assim como o invólucro da sala, para manter as condições. “Como esse espaço não foi projetado para ser uma sala seca, muito menos um laboratório, foram necessários vários painéis dentro da sala para permitir o acesso a válvulas de controle e interruptores de desligamento dos serviços prediais que precisaram ser incorporados ao projeto”, disse Less. A SCS utilizou sua ampla experiência para incorporar painéis isolados de qualidade e vedar todas as juntas para fornecer um invólucro estanque ao vapor. Todas as penetrações para sprinklers, energia elétrica e ar comprimido foram vedadas com o mesmo controle de qualidade da sala. A equipe do laboratório pode acessar a sala seca entrando e saindo por uma antecâmara para evitar infiltração de umidade do lado de fora. Com a vedação adequada, a sala seca requer apenas 200 CFM de pressão positiva para evitar infiltração de umidade que afetaria as condições internas. Para atingir esse nível de controle, foi necessária uma grande quantidade de equipamento mecânico, incluindo um avançado sistema de desumidificação, todos estrategicamente colocados no telhado do prédio. O sistema de desumidificação Munters entrega resultados Os critérios de design e a atividade esperada dentro da sala seca determinam os requisitos de desempenho do equipamento. Para o Laboratório de Baterias da Universidade de Michigan, a temperatura e a umidade do ar fornecido precisavam ser inferiores ao ponto de ajuste do projeto para acomodar as cargas sensíveis e latentes internas causadas pelo número de pessoas no ambiente, qualquer exaustão das estações de trabalho, e a carga térmica das pessoas, equipamentos de processamento e iluminação. “O sistema dessicante Munters Green PowerPurge foi escolhido como o componente central do sistema mecânico porque foi projetado especificamente para atender às necessidades dos fabricantes avançados de baterias que requerem controle de ponto de orvalho baixo, consumindo menos energia do que outros sistemas”, disse Jeff Siemasko, diretor de vendas da Munters para a América do Norte. “O sistema dessicante de alto desempenho Green PowerPurge usa a menor quantidade possível de energia e foi desenvolvido para a aplicação de ponto de orvalho baixo exigida pela indústria de salas secas para baterias de íon-lítio”, disse Curtis Musall, presidente da Innovative Air Systems e gerente de contas OEM da SCS para Munters. O Green PowerPurge é eficiente em energia porque atua como um sistema de recuperação de energia, coletando o calor residual da seção mais quente da roda dessicante e usando-o para ajudar na regeneração. Esse processo reduz a energia necessária para a reativação, enquanto diminui a temperatura do ar de descarga do processo, reduzindo os custos de energia para o resfriamento do ar pós-tratamento fornecido à sala seca. Condições do laboratório superaram as expectativas “O Green PowerPurge pode facilmente fornecer pontos de orvalho de -70°F/-56°C para o ar fornecido, economizando entre 25% e 45% no custo de resfriamento da sala seca e entre 35% e 50% no custo da energia de reativação do dessicante”, disse Musall. O sistema de desumidificação Munters controla eficaz e eficientemente o ponto de orvalho, e a refrigeração da unidade fornece a fase inicial de remoção de temperatura e umidade antes da secagem final pelo desumidificador para o ar fornecido à sala seca. Segundo Less, as condições na instalação superaram as expectativas. “Nossa umidade é geralmente muito menor do que a especificação”, disse Less. “Conseguimos monitorar facilmente as condições por meio de uma leitura digital fora da sala, que também está conectada ao sistema de monitoramento do prédio da universidade.” “O suporte fornecido por Curtis e a equipe Munters para confirmar as características de design e desempenho foi essencial para o sucesso do projeto”, disse Parkman. “A Munters tem fornecido sistemas de desumidificação energeticamente eficientes para essa aplicação por quase 40 anos e tem sido nossa fonte para as especificações de design dessas salas secas.” “A qualidade e o desempenho da Munters estão alinhados com nossos requisitos para projetar a instalação para controlar essas condições extremas”, acrescentou Parkman. “Onde a instalação requer integração total, a Munters forneceu o sistema de desumidificação e a Innovative Air Systems forneceu o equipamento de refrigeração necessário para atender às exigências da sala seca e do sistema de desumidificação.” “A Scientific Climate Systems trabalhou conosco para garantir que recebêssemos exatamente o tipo de laboratório que queríamos e que compreendêssemos todos os parâmetros”, disse Less. “Trabalhando juntos, desenvolvemos um espaço fantástico e de classe mundial para nossos clientes produzirem baterias.” Fatos rápidos do projeto Design – 70°Fdb, ≤ -40°C ponto de orvalho ou ≤ 0,5% de umidade relativa Pessoas – Máximo de cinco (5) na sala seca Entrada/Saída de pessoal – 5 por hora Exaustão – 1000 CFM Envoltório de painel (retardante de fogo) – Paredes e teto de 4” com sistema de montagem Unistrut Acesso de pessoal – Ante Câmara de ar 6’ x 8’ Escotilhas de acesso – Nove (9) escotilhas de 24” x 24” com gaxetas para acessar utilidades do prédio Saída de emergência – Porta resistente ao fogo vedada às paredes do corredor com classificação de incêndio da universidade Penetrações e vedação para sistemas automáticos de supressão de incêndio Piso – Barreira de vapor selada e acabamento final epóxi ESD Janelas – Oito (8) janelas de vidro triplo alinhadas com as janelas do prédio Desumidificação – Munters IDS-4500 GPP com regeneração a gás, bobinas de resfriamento DX, filtragem HEPA e pós-aquecimento elétrico Características adicionais – Persianas aquecidas para neve e névoa no inverno Controlador (Munters) – Sistema de controle integrado Siemens com display HMI Controlador da sala seca – Controlador nCompass/HMI com display gráfico da temperatura e ponto de orvalho da sala Sensores da sala – Sensor de temperatura e ponto de orvalho Vaisala DMT 342 Dutos – Dutos de suprimento e retorno com costura soldada e isolamento de 2” do sistema de desumidificação montado no telhado do prédio (4º andar) até a sala seca no 2º andar Unidades condensadoras DX – Uma (1) de 25 HP e uma (1) de 15 HP