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转轮除湿机在锂电池生产车间空调系统中的应用


与电力机械

制冷空调

Refrigeration Air Conditioning & Electric Power Machinery

专题研讨

转轮除湿机在锂电池生产车间空调系统中的应用
张 琪
(信息产业电子第十一设计研究院, 江苏 无锡 214071)

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摘要:基于锂电池生产车间的工艺需求及合理的除湿系统配置, 着重介绍转轮除湿机在不 同温、 湿度工况下的处理流程, 从而达到工艺生产环境需求。 关键词:转轮除湿机; 湿度处理; 系统运用; 系统再生

中图分类号: TU834

文献标识码: B

文章编号: 1006- 8449 (2011) 0014- 04 05-

0

引言
空调系统的设置, 目的在于控制
表 1 各种除湿方法的比较 除湿方法 工作原理 特点 适用场合 没有温度要求的场合

房间的温、 湿度。对于舒适性空调而 言, 湿度的控制范围较宽, 温、 温度范 围: 18~28℃, 湿度范围: 30%~65%
[1]

升温除湿 湿空气通过加热,等焓升温, 简单且造价低; 但温度升 相对湿度降低 高

; 对于工艺空调来讲, 不同的工艺, 其环境温、 湿度要求各不相同。就锂

冷冻除湿 将湿空气温度降低至露点温 系统稳定, 但造价及运行 适 合 用 于 空 气 露 点 温 度以下, 湿空气中的水蒸气 冷凝析出 溶液除湿 通过空气水蒸气分压力与除 除湿效果好, 室内 且有清洁空 适合于除湿量大, 湿溶液表面饱和蒸汽分压 力之差为动力, 水蒸气由气 相向液相传递, 从而减少空 气含湿量 气的功能;但设备复 杂, 初投资高, 再生需 要有热源, 冷却耗水量 大 显热比小于 60%、 空 气出口露点温度低 于 5℃的系统 费用较高 度高于 4℃的场合

电池生产车间而言, 其主要工艺车间 环境温、 湿度主要有两种: 激光焊 1 ) 接间、装配间等,温度要求为 25± 2℃,相对湿度要求小于 30%; 注 2 ) 液间, 温度要求为 21±2℃, 相对湿 度要求小于 1%。这两种环境要求差 异较大的车间, 其空调系统要独立考 虑, 尽管都采用转轮除湿系统, 但转 轮除湿机组的配置却存在很大差异。

固体除湿 利用某些固体表面的毛细管 设备简单, 要求 投资和运行成 适用于除湿量小, 作用或相变时的蒸汽分压 吸收空气水分 力差吸附、 本均较低; 但除湿性能 不太稳定, 且需要再生 露点温度低于 4℃的 场合

干式除湿 湿空气通过吸湿材料加工成 吸附面积大,性能稳定, 使用温度范围宽, 特别 的载体, 在水蒸气分压力差 能连续除湿,湿度可 调, 除湿量大, 能全自 动运行;但设备复杂, 且需要再生 低湿状 适用于低温、 态下应用 的作用下吸附或吸收空气 中的水分成为结晶水, 吸附 载体通过加热而被再生

1

系统选择

1.1 除湿系统简介

空调除湿的方法很多,常见的 有: 升温除湿、 冷冻除湿、 溶液除湿、 固体除湿和干式除 湿等[2], 其中, 转轮除湿为干式除湿中的一种。 各种类型 的除湿机适用于不同场合, 具体特征见表 1。 1.2 锂电池生产车间工艺要求及对应系统选择

锂电池生产车间工艺要求, 见表 2。 分析工艺条件得出,该车间的空调系统应划分为 两个, 其中系统Ⅰ相对湿度小于 30%, 系统Ⅱ相对湿度 现将各系统工况情况列 小于 1%。为了简明直观分析, 于表 3。
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专题研讨
表 2 锂电池生产车间工艺要求 房间名称 装配间 激光焊接间 烘烤间 注液间 空调及净化 ) (ISO 标准 空调 空调 空调 空调 温度 ℃ 25±2 25±2 25±2 21±2 相对湿度 % ≤30 ≤30 ≤30 ≤1 面积 m2 550 300 150 100 车间人数 个 90 30 5 30

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n —换气次数, /h。 次 可计算得车间送风量为: Ls =S·h·n = 1000 × 3 × 20 = 60 000m3/h (4 系统送风温差: ) 送风温差的计算公式为: Δt = Qn (3 ) 1.01m m=ρ v (4 ) 式中 m —空气质量, kg; ρ —空气密度, 3; kg/m v —空气体积, 3。 m 可以计算得车间送风温差为: Δt = Qn =6℃ 1.01m 该送风温差满足 《采暖通风与空气调节设计规范》 GB50019- 2003 中表 6.5.7“工艺性空气调节的送风温 差” 的相关要求。 (5 车间送风温度: ) 送风温度按下式计算: ts = tn - Δt 式中 tn —室内温度, ℃。

表 3 系统除湿方案选择 名称 除湿方案 2℃, 由焓湿图可以查出, 该工况下的露点温度为: 3.6℃, 含 且车间面积较大, 所以系统采用转轮除湿系 湿量为 5g/kg 干, 统。 系统Ⅱ 车间相对湿度为<1% (按照 1%设计) ,且车间温度为 21± 2℃, 由焓湿图可以查出, 该工况下的露点温度为: 33.6℃, 含湿量为 0.2g/kg 干, 所以系统采用转轮除湿系统。 注: 该项目位于江苏无锡

系统Ⅰ 车间相对湿度为<30% (按照 25%设计 ,且车间温度为 25± )

(5 )

2

系统设计 (仅夏季工况 )

2.1 系统Ⅰ方案设计 2.1.1 系统参数计算 (1 空调系统需带走湿负荷: ) 由于车间采用工艺空 调系统, 车间正压不小于 10Pa,车间湿负荷只考虑人员 湿负荷, 可按下式计算[3]: Wn = 0.001N g · 式中 Wn —室内湿负荷, kg/h; N —空调区域内的总人数, 个; g —1 名成年男子小时散湿量, g/h。 (1 )

则计算出车间送风温度为: ts = tn - Δt = 25 - 6=19℃ (6 系统送风含湿量: ) 送风含湿量的计算公式为: ds = dn - Wn (6 ) 1.2 Ls g/kg 式中 dn —室内空气含湿量, 干。 则计算得车间送风含湿量为: Wn =525 000 =4.65g/kg 干 1.2 Ls 1.2×60 000 2.1.2 系统运行流程及各状态点确定 根据上述计算, 系统Ⅰ配置两套组合式空调机组, ds = dn 单套送风能力为 30 000m3/h, 其中, 转轮除湿系统的处 3 理能力为 10 000m /h。空气处理系统中又为两个子系 统, 一个为车间空气处理系统, 另一个为转轮再生空气 处理系统, 下面分别就这两个系统简要阐述: (1 车间空气处理系统的气体处理流程: ) 室外新风 ) 将空气中大部分水 (A 经过过滤后进入一级表冷器, 汽通过冷冻除湿的方法除去,得到低温饱和湿空气 (B , ) 再与室内回风 (M 状态点 混合至 C 工况, ) 进入转 轮除湿机进行除湿处理,得到高温低湿空气 (D 状态 点 , ) 该气体再与室内的空气 状态点) (N 混合后至 ) (E 状态点, 经过风机温升 状态点) (F 送至表冷器进行显 热降温至 G 状态, 最后通过中效过滤器及管路系统送 至车间进行热湿交换,经过热湿交换的空气再进入空 调箱降温除湿, 如此循环。 (2 转轮再生空气处理系统流程: ) 室外新风经过加

车间湿负荷计算值为: Wn=0.001N g=0.001×125×175=21.8kg/h · 由于该车间工艺要求较高, 所以, 系统室内湿负荷 整体考虑取 25kg/h。 (2 车间冷负荷: ) 设计过程中, 车间的冷负荷计算 采用鸿业专业计算软件进行, 计算得室内冷负荷: Qn = 120kW (3 系统送风量: ) 根据工艺空调车间的要求, 车间 的温度要求为 25±2℃, 相对湿度≤30%, 同时考虑车 间温、 湿度的均匀性, 按照 20 次 /h 换气次数计算系统 风量, 可按下式计算: Ls = S·h·n 式中 Ls —送风量, /h; m 2 S —面积, ; m
3

(2 )

h —吊顶高度, m;

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专题研讨 极高,因此车间空调送风量先按照带走室内湿负荷进 行计算。 根据与转轮除湿厂家反复沟通和测试, 转轮除 湿系统的出风含湿量可以达到小于 0.02g/kg 干的标准, 因此, 本次车间的送风含湿量 ds 按照 0.02g/kg 干 设计。 送风量按下式计算: Wn Ls = ) (7 ρ dn - d) ( s 计算得车间送风量为: Wn 6500 Ls = = =30 000 m3/h ρ dn - d) (0.2- 0.02 ×1.2 ( ) s (4 系统送风温差根据公式 ) ) (3 计算得车间送 风温差为: 15×3600 = 1.5℃ Δt = Qn = 1.01m 1.01×1.2×30000 (5 车间送风温度根据公式 ) ) (5 计算, 计算得 车间送风温度为: ts = tn - Δt =21- 1.5=19.5℃ 2.2.2 系统流程及各状态点确定 根据上述计算, 系统Ⅱ配置 1 套组合式 空调机组, 单套送风能力为 30 000m3/h, 车间 送风系统全部经过转轮处理。 在空气处理过 程中,空气处理系统分又为两个子系统, 一

热盘管加热后进入转轮除湿机,将转轮中的结晶水加 热蒸发经风机排至室外,转轮中的吸湿剂得以干燥再 生, 从而循环使用。转轮再生过程所需的具体风量, 一 般根据转轮除湿厂家提供的技术参数为依据。 以上两路系统各点空气状态参数见表 4。气流的 具体流程路径如图 1 所示。
表 4 系统Ⅰ各点空气状态参数 项目 A B 15 95 C 22 39.4 D 39 9 E 18 36 F 19 33.8 G 19 33.8 M 25 25 N 25 25

干球温度, 34.6 ℃ 相对湿度, % 风量, /h m
3

75

3000 3000 10 000 10 000 30 000 30 000 30 000 7000 20 000 6.5 3.95 4.65 4.65 4.65 5.00 5.00

含湿量, 干 22.8 10.2 g/kg

注: 转轮参数采用多乐转轮除湿公司提供的资料。
回风 M A B 回风阀 AW1 新风 新 风 阀 初 效 过 滤 器 表 冷 盘 管 车间送风机 再生排风机 加热盘管 新风 加 表 热 冷 盘 器 管 中 效 过 滤 器 C 转轮 D 回风 N 回风阀 E

F

G

干空气, 送入室内

湿空气排风

图 1 转轮除湿机组流程

由于车间相对湿度控制为不大于 30%,即室内空 气含湿量为 5.00g/kg 干, 所以, 转轮的再生空气利用新 风加热干燥后, 便可实现转轮的再生; 同时, 该系统空 调风量部分进入转轮,部分空气由车间直接回风至表 冷降温, 就可以满足车间除湿的要求。 2.1.3 系统气流组织 由于车间的温、 湿度控制均较为严格, 系统气流组 织采用上送下侧回的方案。 2.2 系统Ⅱ方案设计 2.2.1 系统参数计算 (1 空调系统需带走湿负荷计算: ) 由于车间采用工 艺空调系统, 车间正压不小于 15Pa,车间湿负荷只考虑 人员湿负荷, 可根据公式 ) (1 计算得: Wn =0.001N g =0.001×30×140 =4.2kg/h 由于该车间工艺要求较高, 所以, 系统室内湿负荷 整体考虑取 6.5kg/h。 (2 车间冷负荷: ) 设计采用鸿业专业计算软件进 行, 计算得室内冷负荷为: Qn =15kW (3 系统风量: ) 由于该车间工艺要求室内相对湿度

个为车间空气处理系统, 另一个为转轮再生 空气处理系统, 下面分别就这两个系统简要 阐述: (1 车间空调系统气体处理流程: ) 室外新风 ) (A 经 过过滤后进入一级表冷器,将空气中大部分水汽通过 冷冻除湿的方法除去, 得到低温饱和湿空气 ) 经一 (B , 级转轮除湿至 C 工况,再与室内回风 ) (H 混合至 D 工 况, 经表冷降温后 ) 大部分空气进入二级转轮进行 (E , 转轮除湿, 得到低湿空气 ) 经过风机送至加热器进 (F , 行显热处理至 G 工况后, 通过中效过滤器及管路系统 送至车间进行热湿交换,经过热湿交换的空气再进入 空调箱除热去湿, 如此循环。 (2 转轮再生系统气体处理流程: 一级转轮再生 ) 1 ) 系统:一级转轮再生系统的原理同系统Ⅰ的转轮再生 系统,不同在于该系统的再生空气来自于二级转轮再 生空气的排气, 具体在二级转轮再生系统中陈述; 二 2 ) 级转轮再生系统:二级转轮再生的再生气体有一定含 湿量要求, 由于室外空气含水量较高, 尽管加热后, 其 水蒸气分压力降低, 但仍高于吸湿剂的水蒸气分压力; 采用相对干燥的空气来进行转轮再生便克服了这个难 题。所以, 在该系统中, 二级转轮再生气体采用了一级 转轮处理与室内回风混合后的干燥空气 (含湿量为 0.40 g/kg 干) 经对二级转轮二次再生后至 ) , (J 工况, 空
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专题研讨 气中的含水量由 0.4g/kg 干变为约 1g/kg 干 , 但其水蒸气 分压力已经较大, 所以, 在电加热的作用下, 该气体温 度升高至 K 工况, 空气中的水蒸气分压力降低, 并将 其用于二级转轮一次再生, 空气状态变为 ) (L 。尽管经 过二级转轮的两次再生使用, 该空气还是很干燥的, 为 了合理利用资源, 将二级转轮再生空气排气加热至(M) 工况后, 用于一级转轮的再生空气, 从而提高了一级转 轮处理空气的能力。 以上系统各点空气状态参数参见表 5;气流的具 体流程路径如图 2 所示。 由于系统Ⅱ的相对湿度控制为不大于 1%, 即室内
表 5 系统Ⅱ各点空气状态参数 项目 干球温度, ℃ 相对湿度, % 风量, 3/h m A 34.6 75 B 15 95 C 36 4.1 D 24 2.2 E 19 2.9 F 22 0.1 G 19.5 0.1 H 21 1 J 58

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空气含湿量不大于 0.2g/kg 干, 所以, 其转轮的再生空气 品质比系统Ⅰ的再生空气品质高了很多。 2.2.3 系统气流组织 由于车间的温湿度控制均较为严格且回风夹道的 间距不足 10m, 所以, 系统气流组织采用上送双侧下回 的方案。

3

结语

通过系统Ⅰ及系统Ⅱ的设计计算分析, 我们看到, 转轮除湿系统在不同运行工况下, 其应用差异很大。 尤 其是再生系统的合理配置, 才能使 系统正常运转。系统Ⅰ及系统Ⅱ经
K 130 L 67 M 115

过近半年的运行, 整体动态运行满 足工艺需求。 随着近年工业厂房的不断增 多,各种车间的要求也越来越多, 转轮除湿应用的范围也越来越大, 如制药、 化纤、 电子、 纺织、 食品、 化 工等领域, 对于不同领域除湿系统 设计, 在除湿系统如此灵活多变的 情况下, 我们要认真分析, 为业主

6500 6500 6500 33500 33500 30000 30000 27000 3500 3500 3500 3500 10.2 1.5 0.40 0.40 0.02 0. 02 0.2 1 1 6 6

含湿量, 干 22.8 g/kg

注: 转轮参数采用多乐转轮除湿公司提供的资料
回风 H A 回风阀 B C D E F G 干空气, 送入室内 新 风 阀 初 效 过 滤 器 加︵ 表 冬 热季 冷 盘防 盘 管冻 管 ︶ 湿空气排风 表 中效 冷 过滤器 器 再生排风机 车间 加热 表冷器 送风机 盘管 转轮除湿

提供合理、 经济的系统方案。
参考文献:
[1] 江亿, GB 50019- 2003, 等. 采暖通风与空气 调节设计规范[S]. 2003. [2] 陆耀庆. 实用供热空调设计手册 [M]. 第二 版. 北京: 中国建筑工业出版社, 2008.

新风

转轮除湿 电加热 O M

L

K 电加热

J

收稿日期: 2011- 05- 16 修回日期: 2011- 08- 03

图 2 转轮除湿机组流程

Application of Rotating Wheel Dehumidifier for Lithium Cell Manufacturing Shop in Air-conditioning System
ZHANG Qi
(Eleventh Design &Research Institute of IT. Co., Wuxi 214071, Ltd, China )

Abstract: Based on the Introduction of the manufacturing environment requirement for Lithium Battery facility and the applied air conditioning system for dehumidification, article introducted the working process of rotating wheel this dehumidifier under different temperature and humidity environment to meet the requirement of manufacturing. Key words: rotating wheel dehumidifier; humidity treatment; system application; regenerating system
作者简介: 张 琪 (1977- ) 女, , 四川人, 工学学士, 工程师, 从事暖通设计工作。

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