锂电池项目转轮除湿机组选型计算.pdf

锂电池项目转轮除湿机组选型计算曾宪安张景军刘建国商奉东张孝峰（中国电子系统工程第四建设有限公司，石家庄；杭州捷丰除湿制冷技术有限公司，杭州）摘要：锂电池的制造需要在低湿空调环境下进行，而低湿空调系统设计的核心在于转轮除湿机组的选型计算。目前，转轮除湿机组的选型软件都掌握在各专业除湿机组生产厂商手中，设计单位和施工单位通常依托除湿机组厂商的配合来完成选型工作。但是作为专业设计人员，在没有选型软件的情况下，仍然需要掌握转轮除湿机组的选型方法，以便在方案设计和初步设计阶段能够快速完成主要设备的选型工作。根据若干锂电池项目的实施经验，总结了单转轮除湿机组和双转轮除湿机组的选型计算方法。关键词：锂电池；制造；低湿度空调系统；单转轮除湿机组；双转轮除湿机组；选型计算曾宪安，男，年生，大学，高级工程师，华东总部总经理张景军（通信作者）苏州市虎丘区塔园路 号佳兆业悦峰大厦 层 ：收稿日期：引言水含量超标对锂电池危害巨大，主要表现在以下几方面：电池容量变小；放电时间变短；内阻增大；循环容量衰减；电池膨胀等。因此，为了保证锂电池的生产质量、避免空气中的水分被正极片、隔膜纸、电解液等易吸湿材料所吸收，锂电池的某些特定生产工序必须在超低湿度环境下进行。比如正极搅拌区、正极涂布区、正极辊压分条区、卷绕装配区等区域的温湿度一般控制在 、以下；一次注液、二次注液、高温化成、高温静置等生产工序更为严格，要求在几近绝对干燥的湿度环境下进行。由于湿度过低，相对湿度的变化已不能准确地表达湿度的波动，这时候通常用露点温度值的变化来反映湿度的波动，这些区域的露点温度一般控制在 以下。这种湿度要求已经超出了冷冻除湿和直膨热泵机组除湿的能力范围，而转轮除湿机可以将空气的湿度处理到露点温度 以下。因此，锂电池行业普遍选用转轮除湿来控制生产环境的湿度。根据除湿能力，转轮除湿机组分为单转轮除湿机组和双转轮除湿机组。单转轮除湿机组一般用于房间露点温度 及以上的低湿度环境；房间露点温度在 以下的超低湿度车间，则需要采用双转轮除湿机组。本文就单转轮除湿机组和双转轮除湿机组的选型计算过程进行阐述，希望能为大家提供参考。单转轮除湿机组的选型计算本例以地处洛阳市的某锂电池项目正极涂布机头区的单转轮除湿机组选型计算为例，就计算过程进行说明。设计条件 室外气象参数的选取作为基础计算数据，室外气象参数的选取十分重要。按照 工业建筑供暖通风与空气调节设计规范，洛阳市采用的是 年的数据，距今已有 年，其夏季空调室外计算干球温度为 ，夏季空调室外计算湿球温度为 ，查焓湿图得对应的含湿量为 。但近些年随着高温高湿天气的增多，暖通空调设计手册上的某些气象参数已经不能准确反映天气的真实情况，并且锂电池的制造需要在全年任何室外气象条件下都得严格保证生产环境温湿度要求，除湿机组厂商普遍选用某“气象参数表”中的数据来进行除湿计算。该表中洛阳市夏季空调室外计算干球温度为 ，夏季空调室外计算相对湿度取夏季最热月月平均相对湿度，查焓湿图得对应的空气含湿量为 ，为 工业建筑供暖通风与空气调节设计规范 取值的 倍，差别相当大。房间信息、室外气象参数及室内设计参数见表。表房间信息面积 吊顶高度 体积 洁净度十万级工艺排风量（）人数人 表夏季室外气象参数干球温度 相对湿度 湿球温度 露点温度 含湿量（）比焓（）表室内设计参数干球温度 相对湿度 含湿量（）比焓（）房间湿负荷的构成及计算参照文献，房间湿负荷主要包括：）人体散湿量；）围护结构和地面产湿（渗漏）湿负荷；）二次回风管路漏风湿负荷；）空间渗透风湿负荷；）开关门湿负荷；）原材料及物料湿负荷；）生产过程产生的湿负荷。人体散湿量低湿环境通常按 （人）计算，作业人数取 人，总散湿量为 。围护结构和地面产湿湿负荷根据 工业建筑供暖通风与空气调节设计规范，在房间保持正压时渗透湿负荷可以忽略不计。但国内锂电池项目建设工期都特别紧，抢工现象比较突出，在实际施工过程中，吊顶上的作业量很大，施工单位各工种作业人员、设备厂商作业人员都在吊顶上进行抢工，会导致顶板变形、板缝空调制冷暖通空调 年第 卷增刊之间的密封胶开裂形成缝隙；贯穿顶板或者墙板的电缆线槽外部和顶板和墙板之间的开口虽然做了密封措施，但是线槽内部，电缆和线槽之间的的孔隙较大，一般也不会密封，会从外部渗入湿空气。围护结构湿负荷和地面产湿湿负荷通常采用经验数据 （），则围护结构和地面湿负荷为：（）。二次回风管路漏风湿负荷二次回风没有经过转轮，其湿负荷视为房间湿负荷。回风管路漏风湿负荷通常由两部分组成：通过防火阀的阀杆穿阀体处的空隙吸入的湿空气湿负荷；风管和风口、除湿机组之间的软连接处渗入的湿空气湿负荷。漏风率按经验选取为。经计算可得二次回风量为 ，湿负荷为。空间漏风湿负荷锂电池生产为流水作业，各工序房间之间通过物流传送线传送组件和部品。隔墙上的物流传送线洞口较大，高温高湿空气的水蒸气分压力远高于室内低温低湿空气的水蒸气分压力，外部湿空气会通过物流传送线洞口进入室内而产生湿负荷。漏风率按经验取值为房间体积的百分之一，则计算得湿负荷为 。开关门湿负荷低湿度房间和其他非低湿度房间之间一般设缓冲间形成气闸，缓冲间内外两扇门互锁。作业人员进出低湿度房间需要先开启一侧门进入缓冲间，一侧门关闭后才能打开另一侧门，防止低湿度房间直接敞向外部区域。开关门湿负荷比较小，按经验送风量小于 房间按 选取；送风量在 之间的房间按 选取；送风量在 以上的房间按 选取。本例房间送风量为 ，开关门湿负荷按 选取。原材料、物料散湿湿负荷及生产过程湿负荷本例中原材料、物料及生产过程不产湿，因此这两项湿负荷为零。总湿负荷人体散湿负荷围护结构湿负荷二次回风湿负荷空间漏风湿负荷开关门湿负荷 。转轮除湿机组送风量计算分别计算按洁净室换气次数计算的送风量、消除冷负荷所需的送风量、消除湿负荷所需的送风量，取三者之中最大值为除湿机组的送风量。按洁净室换气次数计算的送风量十万级洁净室换气次数按 选取，送风量约为 。消除冷负荷所需送风量按冷负荷计算所需送风量为 。本文主要讨论转轮除湿机组的选型计算问题，计算过程不再赘述。按湿负荷算风量（）式中为湿负荷，；为送风量，；为送回风含湿量差，。转轮出风含湿量根据房间露点温度选取，根据表，其值为 ，则 ，得 。空气密度取 ，则风量 。表转轮出风含湿量取值房间露点温度或房间温湿度送风露点温度转轮出风含湿量（）露点温度 露点温度 露点温度 温湿度 温湿度 温湿度 温湿度 选取三者之中最大值 作为除湿机组送风量。单转轮除湿机组的选型计算过程单转轮除湿机组空气处理流程如图所示，状态点参数见表。图单转轮除湿机组流程图表单转轮除湿机组各状态点参数状态点（夏季）风量（）干球温度 相对湿度 含湿量（）比焓（）状态点的取值冷冻除湿能耗相对转轮除湿低很多。因此，尽可能利暖通空调 年第 卷增刊 空调制冷用冷冻除湿除去绝大部分新风湿负荷，以降低能耗，本项目冷水进出水温度为，表冷器把新风处理至温度为、相对湿度为，其他相关参数查焓湿图得到，见表。状态点的取值转轮除湿为吸附除湿，空气温度越低、空气中的水分子活性越小，吸附效果越好。因此，、点混合后需要再次降温至 后送入转轮，以提高吸附效率。转轮的选型转轮选型关键点在于过转轮状态点的含湿量和过转轮风量的取值。状态点含湿量的取值为经验数据。这个取值是除湿机组厂商、业主、厂务运营人员经过大量的运行数据收集和分析，不断总结经验、反复实践、验证的结果。单转轮除湿机组转轮出风含湿量按经验取值如表所示。转轮风量的取值：按经验数据，露点温度 及以下环境的过转轮风量取房间体积的换气量；露点温度 及以上环境的过转轮风量取房间体积的换气量。本文按中间值换气次数、出风含湿量 选取转轮。则转轮过风量为 ，最接近此值的转轮是额定风量为 的转轮，则过转轮换气次数转轮额定风量房间体积。状态点和的风量计算由状态点风量风量风量可知，风量为 ，风量为 。允许湿负荷按混合点计算公式：风量含湿量风量含湿量风量含湿量，可算得点含湿量为 。允许湿负荷送风量含湿量差 。安全系数允许湿负荷计算湿负荷，证明转轮的选型能满足除湿需求。状态点的温升空气过转轮的温升由两个原因引起：）湿空气中水分子由气相变为液相释放的冷凝潜热引起的温升；）转轮从高温再生区转到吸附区释放的热量引起的温升。）冷凝潜热引起的温升：水的冷凝潜热等于汽化潜热，的水的汽化潜热为 ，计算得除湿量过转轮风量空气密度转轮前后含湿量差 （），空气的比热容为 （），则冷凝潜热引起的温升除湿量汽化潜热（风量空气密度比热容）（）。）转轮从高温再生区转到吸附区释放的热量引起的空气温升：首先需要计算有多少热量从再生区转移到吸附区；其次根据式（）算温升。（）式中为 再 生热 量，；为 空 气 的 比 热 容 （）；为温差，。根据能量守恒定律：从高温再生区转到吸附区释放的热量总再热量排气带走的耗热量。根据转轮选型，再生风量为过转轮风量的，取整为 ，温差 。总再热量总 （）（）。排气带走的热量根据进出风比焓差和风量计算。再生热盘管的进风比焓同室外空气比焓，为 。再生排风的比焓根据排风温度和排风含湿量查焓湿图获得。排风温度为，排风含湿量（进风含湿量除湿量）风量。进风含湿量同室外空气含湿量，为 ，除湿量为 ，则排风含湿量 （）（）。根据温度 和含湿量 ，查焓湿图得排风比焓为 ，则排向室外的热量风量空气密度比焓差 （）（）（）。根据能量守恒定律，转移至吸附区的热量总加 热量排向室外的热量 ，根据式（），这部分由高温再生区转移到吸附区的热量引起的空气温升约为 。根据式（），可算出点出风温度 状态点的取值根据送风量和室内冷负荷确定送风温差为（过程略），送风温度为。关于前表冷、中表冷、后表冷、后加热量的计算本文主要阐述转轮除湿机组的除湿计算过程，其他参数的计算和普通空调机组相同，在此不再赘述。双转轮除湿机组的选型计算 双转轮除湿机组空气处理流程双转轮除湿机组空气处理流程如图所示。和单转轮除湿不同，双转轮除湿没有二次回风，一级转轮负责新风初步除湿，二级转轮负责新风和所有回风混合后的二次深度除湿。图双转轮除湿机组流程图空调制冷暖通空调 年第 卷增刊各状态点参数见表。房间信息、室外气象参数及室内设计参数表双转轮除湿机组各状态点参数状态点（夏季）风量（）干球温度 相对湿度 含湿量（）比焓（）房间信息、室内外参数汇总于表中。表房间信息面积 吊顶高度 体积 洁净度十万级工艺排风量（）人数人表夏季室外气象参数干球温度 相对湿度 湿球温度 露点温度 含湿量（）比焓（）表室内设计参数干球温度 相对湿度露点温度 含湿量（）比焓（）房间湿负荷的构成及计算双转轮除湿机组的湿负荷构成和计算与单转轮除湿机组基本相同，不同点是双转轮除湿机组没有二次回风，因此二次回风湿负荷不能算作房间湿负荷进行计算。湿负荷汇总结果如表 所示。表 湿负荷汇总结果人员散湿量 围护结构及地面产湿 空间漏风湿负荷 开关门湿负荷 湿负荷合计 转轮的选型一级转轮按新风量选型，过转轮新风含湿量按经验取值定为 。二级转轮的风量根据房间体积，按换气次数计算，约为 。二级转轮出风含湿量按表选取，房间露点温度为，送风露点温度选取为 ，含湿量为 。允许湿负荷按送风量乘以湿度差计算允许湿负荷，计算得允许湿负荷为 。对允许湿负荷和计算负荷进行比较，以确定选型是否合适。允许湿负荷计算湿负荷 ，表明转轮除湿选型满足除湿要求。如果业主觉得安全余量过小，则可通过提高二级转轮的过风量来调整。换气次数问题由上可知，二级转轮机组的换气次数为，不满足十万级洁净室换气次数要求，可另设循环风柜 或者空调机组来满足洁净换气次数及一部分冷热负荷。二级转轮和一级转轮再生风量的取值及补风措施二级转轮再生风量为通过二级转轮风量的，即 ；一级转轮再生风量为通过一级转轮的风量的，即 ，从二级转轮过来的再生风量为 ，满足要求。如果不足，则需要从外部补风。结语转轮计算软件作为转轮生产厂商的核心技术软件，公开的资料很少。一般情况下，由设计单位或者业主单位委托转轮除湿机组厂商进行选型计算。但在某些锂电池工厂总承包项目中的初期方案设计阶段、投标阶段，还是需要设计人员具备独立的选型计算能力，以便快速询价、组价。笔者根据本公司大量锂电池工厂建厂经验，总结了转轮除湿机组的选型计算方法，供同行参考，以期互相交流、共同提高。参考文献：工业和信息化电子工业标准化研究院，中国电子工程设计 院 有 限 公 司锂 离 子 电 池 工 厂 设 计 标 准：北京：中国计划出版社，：陆耀庆实用供热空调设计手册 版北京：中国建筑工业出版社，：暖通空调 年第 卷增刊 空调制冷