在锂电池生产车间中,不同的工序对空调系统的要求存在很大差异。在锂电池车间的生产工艺中,电池的电芯、壳体对空气中的水分极其敏感。一旦空气中水分含量过高,就会被电池吸收,进而导致电池鼓胀、漏液等问题,严重影响电池的生产效率和质量。一般来说,电池封孔车间通常要求温度控制在 23±5℃,湿度要求露点温度达到 -30℃;而注液车间的注液机小环境,温度同样要求 23±5℃,但湿度要求更为严格,露点温度需达到 -50℃,同时还需满足 10 万级洁净度标准。
锂电池净化车间现场图
对于这样高要求的净化车间,常规的表冷除湿系统是无法满足需求的。在实际工程中,通常会采用干式除湿,即转轮除湿系统,通过物理吸附的方法来降低空气湿度。同时,结合锂电池生产车间对温度的要求,一般会选用带转轮除湿段的组合式空调机组,也就是全空气系统。这种系统主要包括过滤段、表冷段 / 加热段、转轮除湿段、再生段等功能段。
以夏季工况为例,室外新风首先经过初效过滤,然后进行初级表冷降温降湿,去除一部分水分。之后,新风与室内回风混合,在进入转轮除湿段之前,再进行一次表冷,这样可以进一步降低空气温度,提高相对湿度,使得空气中的水蒸气更容易被转轮除湿段的吸湿盘吸附。经过转轮除湿后,空气虽然满足了湿度要求,但会出现等焓升温的情况,所以还需要通过末端的最后一级表冷,将温度调整到符合要求的范围,再送入空调房间。而吸湿盘上吸附的水蒸气,会随着转轮转动到上方的再生区,通过加热后的再生空气将其带走并排出室外。
除了这些对温湿度要求极高的车间外,锂电池厂房的其他车间,如干燥间、装配间等,根据不同的工艺条件,也会有不同级别的湿度需求,比如露点 -30℃、相对湿度小于 20% 或小于 45% 等。对于这些车间,同样可以根据具体需求,选择合适的转轮除湿机组来满足湿度控制要求。而对于一些普通车间、辅楼办公房间等区域,由于其空调要求与民用建筑类似,则可以根据面积、用途等,分别采用普通全空气系统、风机盘管、分体空调或多联机等。
此外,在选择空调系统时,还需要考虑节能问题。因为锂电池生产车间通常需要 24 小时不间断运行,空调系统的能耗是非常可观的。一方面,对于转轮除湿系统的再生加热,可以根据实际工程条件,尽量利用废热、余热等免费能源,比如冷凝热就是一种很好的选择。通过利用冷凝热进行再生加热,可以大大降低机组的耗电量。另一方面,转轮除湿机组的中表冷段需要全年供冷水,在冬季或过渡季节,可以考虑利用室外自然冷源,结合高效换热器来制取免费的冷冻水,供给中表冷段使用,从而减少冷水机组的运行时间,降低能耗。
同时,冷水机组的选型也很重要。根据《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范》,冷水机组的选型要能够满足厂房不同产能时对空调的变化需求。当采用电动压缩式冷水机组时,如果空调负荷变化较大,宜选用变频调速式冷水机组,这样可以根据实际负荷情况,自动调节运行功率,进一步降低能耗。
最后,空调风系统的设计也不容忽视。对于洁净度要求高、空间较大、人员较多且温湿度波动范围小的空调区域,宜采用全空气系统,并且采用上送下回的气流组织形式,这样可以使车间内形成较为均匀的温湿度场和一致的洁净度。而对于非洁净区,则可以根据实际情况,选择合适的送风方式和设备。