冷却除湿和转轮除湿在某锂电池厂房的综合运用

莫湛

摘要：分析了某锂电池厂房湿度不达标的原因，发现主要原因不是除湿机组能力不足，而是厂房布局、工程安装及使用习惯等因素导致。根据该厂房的实际运行情况，提出冷却除湿和转轮除湿综合运用的除湿改造方案，详细阐述了除湿机组的选型计算、风系统的改造方案及除湿系统运行方案。

关键词：锂电池厂房；湿度超标；转轮除湿；正压维持；湿度处理

引言

目前，常规的空气除湿主要有四种方式，通风除湿、冷却除湿、液体吸湿剂除湿和固体吸附剂除湿。在空调除湿系统中，冷却除湿和固体吸附剂除湿是主要手段。冷却除湿系统主要应用于湿度要求不是很高（RH>45%）的工况下，除湿效果比较好，性能稳定且能耗也比较低。但在生产环境对湿度要求较高（RH<45%）的地方，采用冷却除湿不仅不经济，有时很难达到要求。转轮除湿系统不受空气露点影响，且除湿量大，特别适用于低湿条件下。经转轮除湿系统处理后的空气露点可以达到零下温度，甚至可以降至-60℃的超低湿露点，相对湿度可达到1%以下，绝对含水量0.01g/kg干空气。

由于转轮除湿机进口空气温度和相对湿度需要满足一定的要求，其除湿性能才能更好地发挥，而且经转轮除湿机处理后的空气温度会上升。因此，在转轮除湿机前后必须配置前级冷冻除湿和后级制冷系统，组成组合式转轮除湿系统。组合式转轮除湿系统广泛应用于军工、民爆、锂电、化纤、医药、食品、玻璃、仓储等常温低湿环境或低湿工艺中。

1湿度在锂电池行业中的要求

锂离子电池的材料构成主要由正极材料、负极材料、电解液、隔膜及包装材料组成。经过调研分析，锂离子电池的工艺流程大体上是一致的，主要包括涂布、卷绕、注液、化成等工序，在个别工序上略有差异。锂电池生产车间对洁净度要求不高，洁净度等级达到10万级，基本满足生产工艺要求。湿度控制是锂电池厂房的生命保证线，为确保对湿度的控制，锂电池项目多采用转轮除湿。

2某锂电池厂房存在的问题及原因分析

2.1问题背景

河北某项目锂电池厂房为低湿度要求的工业厂房，其主要工艺车间环境温、湿度主要有两种：1）正负极生产间、装配间等，温度要求为25±2℃，相对湿度要求小于30%；2）注液拔钉间，温度要求为22±2℃，相对湿度要求小于1%。当湿度超标时，会直接影响锂电池产品的不良率，严重可能导致车间停产，电池产品报废。

该厂房所有的空调除湿系统全部采用格力组合式除湿机组，根据现场使用情况反馈，该厂房湿度超标，投诉机组除湿能力不足。

2.2原因分析

2.2.1机组系统方案及除湿能力校核

以AHU-5-1系统为例：该车间为底涂搅拌区，面积780m2，人数20，车间温度要求≤25℃，相对湿度要求：≤20%。选用格力组合式除湿机组GZK2416，风量：27000m3/h，静压：530pa；

气象参数：

1、夏季：

干球温度：33.2℃；相对湿度：60%；焓值：83kj/kg；绝对含湿量：19.1g/kg

2、冬季

干球温度：-11℃；相对湿度：59%；焓值：-8.97kj/kg；绝对含湿量：0.86g/kg

由于工艺的特殊要求，生产工艺过程中会产生相当大的散湿量，同时又要求保持车间内较低的相对湿度。因此空调系统主要采用了冷冻除湿加转轮除湿的系统方案。机组大样图如下：

空气处理过程：

W→L：降温除湿

N+L→C：新回风混合

C→D：除湿机去湿升温

D→O’：等湿降温，状态点O’延ε线升温至室内状态点

各状态点状态参数汇总：

湿负荷的计算：

室内湿负荷主要由新风湿负荷、人员散湿及机器设备的散湿构成。根据工作区域的实际情况，室内为正压，除工作人员外，室内无其他散湿源，因此，室内湿负荷主要来自室内人员，车间工作人员按中等劳动强度来计算散湿量。

中等劳动强度，成年男子在25℃的散湿量为227g/h，该车间约20人，故该车间的湿负荷为：227*20/1000=4.54Kg/h。

除湿能力校核：

以房间工况为基准计算，干燥处理后的空气质量流量M（kg/h），含湿量△d1（g/kg），房间稳定工况△d2（g/kg），湿负荷Dq（g/h）。

组合式空调机组所需除湿能力：M*（△d2-△d1）＞Dq。

从上述空气处理过程中各点参数可以看出，经过转轮处理的干空气风量为10000m3/h绝对含湿量为1.9g/kg，房间稳态空气绝对含湿量为3.5g/kg，则组合式空调机组的除湿能为：

10000×1.2×（3.5-1.9）/1000=19.2kg/h＞车间负荷5.2Kg/h

由此可见，组合式空调机组设计的除湿能力远大于室内设计湿负荷。因此，车间湿度不达标问题可排除机组设计能力不足的影响。

2.2.2工程情况分析

①使用情况：

通过现场调查客户使用习惯发现，由于部分车间热负荷较大，工作期间，房间温度均设置为20℃，均远低于设计值（25℃），造成个别车间相对湿度偏高。

②厂房情况：

1、通过核对原暖通设计图纸，发现部分车间实际设计与原设计不符，如：原设计方案2个车间墙壁共3个孔洞，但时间实际工程中孔洞共有9个，导致室内风量不足，无法维持正压，湿度超标。

2、两车间共用一台除湿机，而房间内回风口均无风量调节阀，导致两房间回风风量不均，偏离设计值，室内正压无法控制，造成湿度超标。

③风管情况：

1、风管阻力平衡问题

现场调试时发现：正极搅拌车间AHU-1-1~2机组运行参数余量较小，参数波动相对较大，如在恶劣工况（如雨季）可能存在湿度超标问题，通过排查发现：回风管（一次回风与二次回风共用管道）阻力平衡难以保证，虽风管上设置了风量调节阀，但阀门调节量无法满足系统水力平衡，导致一次回风存在短路现象。

2、风管漏风问题

通过测试机组进、出风口风量，发现两处测试风量相差不到2%，说明机组漏风率合格。通过现场测试各车间送风口风量，发现个别车间风量严重不足，个别系统风量不到设计风量的80%，因此，判定送风管漏风严重。

综上，厂房湿度不达标的主要原因为工程安装不当造成，需重点进行整改。

3项目改造技术措施

根据上述原因分析，确定整改思路如下：

3.1确保室内维持正压，避免室内负荷受外界环境影响

对比暖通设计图纸，核查各个厂房工艺孔洞、工艺排风是否与设计相符，对于不符合项，如造成室内无法维持正压，需要求工程上进行整改，确保室内保持正压。

对于共用回风管路系统的多个车间，需在各房间支路回风管上增加风量调节阀，确保回风风量可调，避免回风管短路，造成个别房间回风量过大，正压无法维持。

3.2确保足够的除湿风量，使其满足设计要求

由上述机组能力校核过程可以看出，系统除湿效果由组合式空调机组本身提供的干燥空气及送入房间的干燥风量决定。

确保经过转轮处理的干空气流量符合设计值，而经过转轮的处理风量主要由新风+一次回风组成，通过现场测试发现，部分车间一、二次回风存在短路现象，导致一次回风减少，造成经过转轮的除湿风量降低。因此，对于经过转轮风量不足的机组，需重点调节一、二次回风风量，如调节余量不足，需对风管系统进行整改，确保足够的一次回风量，避免一次回风短路。

核实各系统送风口的总风量是否与机组出风口风量相符，对于负偏差大于5%的系统，需进行风管漏风率检测，对风管系统漏点进行整改，确保风管漏风率控制在5%以内。

3.3用户使用规范

为客户机房管理人员提供各系统机组使用规范，车间内温湿度严格按照工艺设计需求进行设定，避免车间温度设置过低，造成相对湿度偏高的现象。

根据实际使用情况，合理地设置过滤器压差报警值，并根据提示及时清洗机组过滤系统，确保过滤器得到及时维护，避免系统风量因管网阻力增大而衰减过大。

4项目改造结果

该项目所有空调系统经过上述整改后，整改效果明显。各房间系统湿度均已达标，系统稳定运行，截止日前整个厂房的空调除湿系统自整改调试完成后，已连续正常运行1年多，湿度超标问题彻底解决，即使在雨季，厂房内温度都能达到工艺要求。

5结语

转轮除湿系统在不同运行环境下，其性能差异很大，尤其是工程施工的合理配置，才能使系统正常运转。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，暖通设计者要认真分析，为业主提供合理、经济的系统方案。

参考文献：

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[3]贾春霞，吴静怡，代彦军.复合干燥剂转轮性能测试及其应用[J].上海交通大学学报，2006，40（8）：1283-1286.