锂膜车间净化空调系统设计解析

锂膜车间净化空调系统设计解析

蒋磊

中国电子系统工程第二建设有限公司

摘要：本文介绍了锂膜车间净化空调系统低湿度和高大空间的特点，分析了该空调系统设计的方法，并给出应对措施。

关键词：锂膜车间；高大空间净化空调；低湿度

锂电池因其在汽车、手机、笔记本电脑及电动工具等领域的广泛应用，近3年这个行业迎来了蓬勃的发展，目前国内企业纷纷投资建设锂电池厂房。伴随着锂电池产量的井喷式增长，锂电池的重要内部组成部分锂电池隔膜（又称锂膜）的需求日益增加。2013年之前日韩企业占有全球90%的锂膜市场，隔膜技术在国内不成熟，完全依赖进口，成为制约我国锂电池行业发展的瓶颈。近几年国内企业已经掌握了隔膜技术自主化生产。通过对锂膜生产车间设计的总结，本文介绍锂膜生产过程中环境控制的要点及相应对策。

一锂膜车间工艺布局及各功能区要求

锂电池的生产对湿度要求很高。锂膜作为锂电池重要部件，在电池的充放电过程中让电解质离子来回穿梭，起到隔离正负极，防止短路的作用。目前世界上流行的锂电池隔膜生产技术分为干法和湿法两种工艺。以湿法工艺为列介绍相关要求。主要生产区域温度、湿度和环境要求如表一所示。

从上表可以看出锂膜车间对于洁净度的要求并没有半导体车间高，相对湿度只有涂布车间要求低于30%，也没有锂电池车间严格。但锂膜车间的空调系统具有自己的特点：

1.锂膜车间净高度很高，超出《洁净厂房设计规范》的范围。规范中对洁净室风量计算的前提是洁净室高度小于4米，但锂膜车间的高度最高达到10米。如何设计高大空间的净化空调以保证生产所需的洁净度是锂膜车间净化空调的一个特点。

2.涂布车间相对湿度要求低于30%，一般空调系统常用的冷却除湿方式很难达到要求。需要配备相应的除湿设备。否则不能满足工艺生产需求，会影响锂膜的性能，进而影响锂电池的电量和安全性。

二锂膜车间空调系统的设计对策

1.高大空间的净化空调设计

萃取车间面积396平方，吊顶高度10米，如果按照《洁净厂房设计规范》要求的换气次数计算洁净风量，为使整个空间达到净化要求的净化风量会非常巨大，必然带来初投资的增加和能源的浪费。分析该车间的特点：上部主要为净化行车，下部2米区域为生产设备。通过与业主工艺工程师的沟通，确认只有下部的生产区域才有环境净化和温湿度的要求，但上部行车区域的尘埃不能影响下部生产区域。

民用空调领域有一种高大空间的分层空调设计方式，我们把这种设计理念运用到高大空间的净化空调设计中来。本项目的设计思路是4米以下的区域按照净化等级控制对应的粉尘数量来计算净化风量，上部区域因为有行车的产尘及各种表面的产尘，为了不影响下部区域的净化环境，适当考虑增加回风以去除该区域的尘埃，达到业主工艺的使用要求。

以萃取车间为例，计算循环风量：

洁净风量简易计算公式：M=V*N

其中M：洁净循环风量m3/h；

V：车间体积m3；

N：换气次数。

通过计算所需的循环风量为59400m3/h。但按照分层空调的设计思路进行计算所需的循环风量为23760m3/h。从风量可以看出采用净化分层空调系统比使用传统空调系统的总送风量大为减少。看到该方案带来优化的同时，还要保证车间净化的效果，这时就要通过气流组织设计来实现最终效果。由于分层设计需要采用侧面送风的形式，就要求洁净区送风气流能够均匀扩散并减少涡流和短路现象。

萃取车间要求的净化等级为8级，我们在隔墙4米高处设置送风口对吹，下侧距离地面10厘米处均匀布置回风口，保证送入车间4米以下空间的风量满足去除尘埃的同时又有相对均匀稳定的气流。在车间隔墙上部接近吊顶处设置条形回风口，对上部区域进行通风以便能迅速带走尘埃。这样不仅能降低循环风量，节省能源，还避免了行车对车间气流的影响，达到更好的使用要求。车间施工完成后进行了洁净测试，结果显示各测试点的洁净度均达标。

高大空间的净化空调分层设计不仅能够解决生产工艺的净化要求，同时极大的减少了净化系统的循环风量，这不仅仅是投资方初始工程造价的减少，后期运行费用的降低才是本方案最大的贡献。

2.除湿空调系统的设计

由表一可以看出涂布车间的湿度要求相对较高，按普通净化空调进行设计已经不能满足生产工艺的湿度要求，故需要改变普通净化空调机组中的除湿方式，增加除湿能力更强的设备，以保证生产工艺的湿度要求。

2.1常见的除湿方式

（1）冷却除湿。潮湿空气通过热交换器时空气中的水分冷凝成水珠，从而使潮湿空气变成干燥的空气。它的原理是空气受外部作用冷却至露点温度以下时会凝结，产生冷凝水。一般厂房空调冷源供回水温度通常为7-12度，即使降低冷源供回水温度，热交换器也会因为表面结露而导致除湿能力降低，能耗增加。所以冷却除湿方式一般用于露点最低8-10度的无苛刻湿度要求的场所。

（2）压缩除湿。空气经过压缩后再冷却，使得空气产生凝结水。将凝结的水去除后再加热即可获得低湿度的空气。该方式适用于风量小的场合，但将空气压缩的费用较贵，故不适用于工业厂房的大风量空调系统。

（3）固体吸附式除湿。使用固体吸附剂作为吸附材料，空气经过吸附材料表面时，空气中的水分因毛细管作用而吸附于表面，达到除湿的效果。常见的吸附材料如矽胶、分于筛、活性气化铝、沸石等。

（4）液体吸收式除湿。使用氯化锂溶液为吸收剂，由除湿器、再生器及循环泵构成主要系统，当空气在除湿器内与喷撒的吸收液接触时，空气中的水分被溶液吸收而除湿。该种除湿方式设备昂贵，维护费用较高。

2.2除湿方式选择与应用

涂布车间我们选用的是转轮式除湿机组。它是以固态吸附为原理，目前在工程行业低湿度要求的场所中得到了初步应用，转轮式除湿机不受露点影响，且除湿量大，特别适用于低温低湿条件下应用，但由于再生耗热量大，使这类除湿机能耗偏高。

图一转轮除湿原理图

新风进入转轮除湿机组的第一个预冷段处理后与涂布车间的回风混合并进入转轮除湿机，混合空气中的多余水分会被转轮除湿机内的吸附材料所吸收，而达到车间生产工艺的湿度要求，最后通过冷却盘管进行调温，处理到送风温度后送到车间内。当除湿区的转轮吸附空气中水分达到饱和时自动转入再生区，进行高温再生，再生完成后又可以转入除湿区进行除湿工作。整个涂布车间的除湿设计就是这样一个循环往复的过程。

结论

通过解决锂膜车间高大净化空调系统和低湿度空调系统的设计问题之后，总结出锂膜车间净化空调的设计思路和方法。锂膜作为锂电池电芯的重要组成部分，生产环境不容忽视。否则会影响锂电池的性能和安全。同时设计时要与工艺使用方充分沟通，设计成果既要满足使用要求又要充分考虑节能，为项目投资和后期运行费用的节省提供更加合理的设计方案。

参考文献

[1]张兢等.全国民用建筑工程设计技术措施暖通空调动力.2009年版.北京.中国计划出版社.2009

[2]范存养.大空间建筑空调设计及工程实录[M].北京.中国建筑工业出版社.2001

[3]陈霖新等洁净厂房设计规范.2013.北京.中国计划出版社.2013