Utmärkta designförhållanden i Univerity of Michigans batteriforskningslaboratorium

Utmaningar med labbdesign

Att utveckla det 700 kvadratmeter stora labbet innebar flera unika utmaningar. För det första krävde projektet att man byggde om ett befintligt utrymme på andra våningen i en trevåningsbyggnad till ett torrrum. "Byggnaden fungerar som en mångsidig forsknings- och studieanläggning, och laboratoriet skulle installeras i ett utrymme som användes för arbetsområden för studier", säger David Parkman, senior projektingenjör på SCS. "Att installera det här labbet innebar att helt isolera området från de omgivande intilliggande utrymmena och korridoren." En annan utmaning var att den mekaniska utrustningen måste placeras på taket och anslutas till byggnadens andra våning utan att störa de boende på tredje våningen.

Strikta krav på labbdesign

Utrustningen var också tvungen att specificeras för att passa på den tillgängliga takytan och designas för att fungera med minimal ljud- och visuell påverkan. Labbet tog mer än ett år att designa, med flera möten för att granska designkoncept, installationsschema och samordning med en lokal entreprenör för att ordna takytan och använda en industrikran för att lyfta den mekaniska utrustningen på plats. Baserat på rummets storlek och aktivitet sattes designvillkoren till 70°F och ≤ -40°C daggpunkt eller ≤ 0,5 % relativ fuktighet. Att upprätthålla dessa villkor var avgörande eftersom högenergibatterier av litiumjon måste tillverkas i miljöer med mindre än en procent relativ fuktighet för att förhindra hydrolys av elektrolytsaltet. Labbet ville också ha fönster i det torra rummet för naturligt ljus. Med den mekaniska utrustningen på taket och det torra rummet två våningar nedanför måste tilluften från avfuktningssystemet upprätthållas för att ge den torkkapacitet som krävs för att kontrollera utrymmet vid 70°F, ≤ -40°C daggpunkt eller ≤ 0,5 % relativ fuktighet. ”Vi var tvungna att tillgodose labbets behov men också anpassa oss runt andra områden mellan den mekaniska utrustningens plats och det torra rummet,” sa Parkman. ”Därför behövde tilluftskanalerna vara lika ångtäta som frånluftskanalerna. ”Vi måste hålla ett labb som omges av rum som hålls vid 75°F med 60 % relativ fuktighet, på en halv procent relativ fuktighet,” tillade Parkman. ”Den skillnaden gör integriteten i det torra rummet kritisk, och vi var tvungna att säkerställa att varje skarv var exakt förseglad.” SCS säkerställer att alla projektets delar genomförs I andra funktionella delar av byggnaden krävdes flera små åtkomstluckor i det torra rummet för att justera installationer kopplade till dessa rum och andra labb. Dessa behövde också tätas med packningar, liksom rummets inneslutning, för att behålla förhållandena. ”Eftersom detta utrymme inte var tänkt som ett torrt rum, än mindre ett labb, behövdes flera paneler inuti rummet för att ge åtkomst till styrventiler och avstängningsbrytare för byggnadens tjänster som måste inkluderas i designen,” sa Less. SCS använde sin omfattande erfarenhet för att införliva högkvalitativa isolerpaneel och täta alla fogar för att skapa en ångtät inneslutning. Alla genomföringar för sprinklers, el och tryckluft tätades med samma kvalitetskontroll som rummet. Labbet kan komma in och ut ur det torra rummet via en luftsluss för att förhindra att fukt tränger in från utsidan. Med korrekt tätning kräver det torra rummet bara 200 CFM positivt tryck för att undvika fuktinträngning som skulle påverka förhållandena inuti. För att uppnå denna kontrollnivå krävdes mycket mekanisk utrustning, inklusive ett avancerat avfuktningssystem, alla strategiskt placerade på byggnadens tak. Munters avfuktningssystem levererar Designkriterierna och den förväntade aktiviteten i ett torrt rum avgör utrustningens prestandakrav. För University of Michigan Battery Lab behövde tilluftens temperatur och fuktighet vara lägre än designvärdet för att hantera de interna känsliga och latenta lasterna från antalet personer i rummet, eventuell frånluft från arbetsstationer och värmelasten från personer, processutrustning och belysning. ”Munters Green PowerPurge sorptionssystem valdes som central komponent i det mekaniska systemet eftersom det är specifikt utformat för att möta behoven hos avancerade batteritillverkare som kräver låg daggpunktskontroll, samtidigt som det förbrukar mindre energi än andra system,” sa Jeff Siemasko, försäljningschef på Munters, Nordamerika. ”Green PowerPurge sorptionssystem med hög prestanda använder så lite energi som möjligt och utvecklades för låg daggpunktsapplikationer som krävs av litiumjonbatteriets torra rumindustri,” sa Curtis Musall, VD för Innovative Air Systems och SCS OEM-kundansvarig för Munters. Green PowerPurge är energieffektivt eftersom enheten fungerar som ett energåtervinningssystem som samlar upp spillvärme från den varmaste delen av sorptionshjulet och använder den för att hjälpa regenereringen. Denna process minskar energin som krävs för reaktivering, samtidigt som temperaturen på processluften sänks, vilket minskar energikostnaderna för efterkylning av luften som levereras till det torra rummet. Labbet överträffade förväntningarna ”Green PowerPurge kan enkelt leverera daggpunkter på -70°F/-56°C i tilluften samtidigt som det sparar mellan 25 % och 45 % av kostnaden för kylning av det torra rummet och 35 % till 50 % av energikostnaden för sorptionsreaktivering,” sa Musall. Munters avfuktningssystem kontrollerar effektivt och effektivt daggpunkten, och enhetens kylsystem ger det initiala steget för temperatur- och fuktborttagning innan slutlig torkning via avfuktaren för tilluften till det torra rummet. Enligt Less har förhållandena i anläggningen faktiskt överträffat förväntningarna. ”Vår fuktighet är vanligtvis betydligt lägre än specen,” sa Less. ”Vi kan enkelt övervaka förhållandena via en digital display utanför rummet som också är kopplad till universitetets byggnadsövervakningssystem.” ”Stödet från Curtis och Munters-teamet för att bekräfta designfunktionerna och prestandan var avgörande för projektets framgång,” sa Parkman. ”Munters har levererat energieffektiva avfuktningssystem för denna applikation i nästan 40 år och har varit vår källa för dessa designkrav för torra rum.” ”Munters kvalitet och prestanda överensstämmer med våra krav när vi designade anläggningen för att kontrollera dessa extrema förhållanden,” tillade Parkman. ”Där installationen kräver total integration levererade Munters avfuktningssystemet och Innovative Air Systems tillhandahöll kylutrustningen som behövdes för att matcha torra rummet/avfuktningssystemets krav.” ”Scientific Climate Systems samarbetade med oss för att säkerställa att vi fick exakt den typ av labb vi ville ha och för att se till att vi förstod alla parametrar,” sa Less. ”Tillsammans utvecklade vi ett fantastiskt, världsledande utrymme för våra kunder att producera batterier.” Projekt Snabbfakta Design – 70°Fdb, ≤ -40°C daggpunkt eller ≤ 0,5 % relativ fuktighet Personer – Fem (5) max i det torra rummet Personalin- och utpassering – 5 per timme Frånluft – 1000 CFM Panelinramning (brandhämmande) – 4” väggar och tak med Unistrut monteringssystem Personaltillgång – Luftsluss 6’ x 8’ Åtkomstluckor – Nio (9) 24” x 24” packade luckor för åtkomst till byggnadens installationer Nödbostad – Brandklassad dörr tätad mot universitets brandklassade korridorväggar Genomföringar och tätning för automatiska brandbekämpningssystem Golv – Ångspärr förseglad och ESD epoxifinish Fönster – Åtta (8) trippelglasfönster i linje med byggnadens fönster Avfuktning – Munters IDS-4500 GPP med gasreaktivering, DX kylspiraler, HEPA-filtrering och elektrisk eftervärme Ytterligare funktioner – Uppvärmda snö- och dimluckor för vinter Styrsystem (Munters) – Siemens integrerat styrsystem med HMI-display Torrrumsstyrning – nCompass styrenhet/HMI med grafisk visning av rumstemperatur och daggpunkt Rumsensorer – Vaisala DMT 342 temperatur- och daggpunktsensor Kanalsystem – Svetsade tillufts- och frånluftskanaler med 2” isolering från takmonterat avfuktningssystem ovanpå byggnadens 4:e våning ner till torrrummet på 2:a våningen DX kondensorenheter – En (1) 25 HP och en (1) 15 HP