锂电池净化车间空调系统设计及节能方案

在国家大力支持新能源产业这一大背景下，近年来，我国开始大面积地在全国范围内兴建锂电池生产厂房。由于锂电池生产厂房核心生产车间的工艺对于空气品质的要求十分严格特殊，因此，空调系统的方案设计就成为了锂电池生产厂房设计阶段的重要一环。本文将从实际工程的角度出发，首先阐述锂电池生产厂房的常见设计方案，既“如何满足空调需求”；然后结合理论分析，定性地对锂电池厂房空调系统设计方案中具有节能优化潜力的环节进行简要分析介绍，既“如何更优地满足空调需求”。以期对锂电池厂房空调系统的设计起到一定的启发作用。

1锂电池生产厂房对空调的需求及常见设计方案

1.1锂电池生产厂房的空调需求

锂电池生产厂房中对空调要求最高、最为特殊的区域主要为锂电池的封孔、注液车间。在封孔、注液工艺中，电池的电芯、壳体对车间内空气中的水分极其敏感。房间内空气中水分含量只要稍高，就被电池吸收，进而造成电池鼓胀、漏液等问题，严重影响电池的生产效率和质量。

从以往项目的工艺条件来看，电池封孔车间的空气品质要求为温度23±5℃、湿度要求露点温度达到-30℃；

注液车间的注液机小环境的温度要求为23±5℃、湿度要求露点温度达到-50℃，10万级洁净。

此外，锂电池厂房的其他车间，比如干燥间、装配间等，根据不同的工艺条件也会有露点-30℃、相对湿度小于20%、小于45%等不同级别的湿度需求。

锂电池生产厂房中的一些普通车间、辅楼办公房间等区域的空调要求与民用建筑的空调需求及标准一致。

1.2锂电池生产厂房常见空调设计方案

针对上一部分提到的露点温度-50℃、-30℃及相对湿度小于20%以下的房间，由于常规表冷除湿系统无法达到如此低的湿度，工程上常采用干式除湿，即转轮除湿系统，采用物理吸附的方法满足房间湿度要求。加上锂电池生产车间又对空调温度有要求，因此锂电池厂房低湿低露点要求的车间通常采用带转轮除湿段的组合式空调机组（全空气系统）。

其余普通温湿度要求的房间同民用建筑，根据面积、用途可分别采用普通全空气系统、风机盘管、分体空调、多联机等。

1.3锂电池生产厂房空调系统节能潜力探究

由上述分析可知，锂电池厂房空调系统与常规民用建筑空调系统的差异就在于采用的转轮除湿段的全空气系统。因此本部分结合理论分析及实际工程，对带转轮除湿段的全空气系统的工作流程进行阐述。进而从中找出具有节能潜力的关键点。

1.4带转轮除湿段的全空气空调机组工作流程

带转轮除湿的全空气空调系统是将转轮的除湿性能与常规空调的冷却功能相结合实现对空气温湿度联合控制的一种空调系统。其主要功能段包括过滤段、表冷段/加热段、转轮除湿段、再生段。下面以某锂电池生产厂房带转轮除湿段的全空气空调机组工作流程进行详细说明，该车间空调需求为23±5℃，露点要求-30℃。

夏季工况下，来自室外的新风经过初效过滤后，先进行初级的表冷降温降湿，到B点时先除掉一部分含湿量；然后与室内回风混合，混合后的风再进入转轮除湿段之前再进行一次表冷，这是由于在进入转轮除湿前需将空气进一步降温，增大相对湿度，使得进入转轮除湿段

的空气中的水蒸气更容易被吸附在吸湿盘上；经过转轮除湿段后，空气达到湿度要求，但由焓湿图可知，空气经过转轮除湿是等焓升温过程，再经过末端的最后一级表冷降温，达到温度要求，送入空调房间。同时，吸湿盘吸附水蒸气后，通过转轮转向上方的在再生区，通过经加热后的再生空气将吸湿盘上的水蒸气带走排出室外。

冬季工况下，前后两段为加热段。该房间的夏季工况各段设计参数如表1所示。

2转轮除湿空调机组的节能潜力探究

2.1再生段的节能优化方案

转轮除湿机的再生系统包括箱体、加热器、再生风机、过滤器等。其工作原理为：再生空气经过加热后变成高温空气，进入再生区，高温下空气中水蒸气的分压力低于转轮吸湿盘的水蒸气分压力，因此吸湿盘中的水分被脱附，随湿空气排出室外。而加热空气的热源，工程上一般为蒸汽，若无蒸汽热源时，一般采用电加热。

大量实际工程及理论选型计算结果表明，转轮的再生能耗是转轮除湿系统运行的主要能耗。以2.1节中的机组为例，其额定最大运行功率为66.2kW，其中再生电加热量就高达52kW，占到了总耗电量的79%。因此，应根据实际工程资源条件，充分考虑尽可能地用废热、余热等免费能源满足再生加热需求。

冷凝热的利用就是很好的一种解决思路。若能利用厂房周围被白白浪费掉散发到大气中的空调冷凝热进行再生加热，将会对转轮除湿空调机组的节能运行产生巨大帮助。已有大学研究者通过实验测试验证了这一方案的可行性。其实验结果显示：在不同工况下，经过冷凝器后温度可升高到70℃左右，能满足转轮再生要求；同时经过蒸发器后，被处理空气的温度最低可以到17℃，能满足送风要求；不同室外温度下，中高温热泵基本都能满足送风温度及再生负荷要求。

2.2机组冷源优化方案

由2.1节的流程图中可以看出，机组的中表冷段（D～E）的作用是将空气进一步冷却，提高相对湿度，使得空气中的水分在转轮除湿段中更容易析出吸附在吸湿盘上。在冬季工况，当新风与回风混合后，为了保证除湿效果，仍需在中表冷段进行冷却提高相对湿度。因此中表冷段是需要全年提供冷冻水的。

为满足全年供冷水的需求，常规的方案是设置风冷冷水机组，在一年四季保持制冷模式，为机组中表冷段提供全年冷水。

从进入12月初，一直到三月初，南京地区的湿球温度都基本在5度以下。这意味着，在这段时间，使用开式冷却塔都可以得到7度左右的冷水。若采用换热效率高的换热器，完全可以在长江三角洲地区冬季的12月～2月份这三个月免费制得冷冻水。

可以推理，如果在东北地区建设锂电池生产厂房，其整个冬季都可以省去冷水机组压缩机的耗电，改为利用自然冷源制取免费冷冻水。甚至过渡季节就可以开始停用压缩机制冷。这所带来的节能潜力是巨大的。

3结论

本文从实际工程的角度出发，首先阐述锂电池生产厂房低湿度低露点房间的常见设计方案----待转轮除湿段的全空气系统；然后结合理论分析和调研，定性地对锂电池厂房空调系统设计方案中具有节能优化潜力的环节进行简要阐述，得出以下两点节能优化点：

（1）转轮除湿再生段的再生加热方式可根据工程实际条件选择利用冷凝热或者太阳能作为热源进行再生加热，可大大减小机组耗电量；

（2）转轮除湿机组的中表冷段需全年供冷水，可考虑在冬季甚至过渡季节利用室外自然冷源，结合高效换热器制得免费冷冻水供给机组中表冷段。具体免费供冷的运行时间需根据工程所在地的典型气象年的气象参数，结合理论分析与实测综合确定。