转轮除湿机在锂电池生产车间空调系统中的应用

制冷空调 Refrigeration Air Conditioning
与电力机械 & 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）
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。
度高于 4℃的场合
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，且有清洁空 适合于除湿量大，室内
湿溶液表面饱和蒸汽分压 气的功能；但设备复 显热比小于 60%、空
力之差为动力，水蒸气由气 杂，初投资高，再生需 气 出 口 露 点 温 度 低
相向液相传递，从而减少空 要有热源，冷却耗水量 于 5℃的系统
气含湿量
大
固体除湿 利用某些固体表面的毛细管 设备简单，投资和运行成 适用于除湿量小，要求
作用或相变时的蒸汽分压 本均较低；但除湿性能 露点温度低于 4℃的
力差吸附、吸收空气水分
不太稳定，且需要再生 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 适用于低温、低湿状 的作用下吸附或吸收空气 调，除湿量大，能全自 态下应用
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 个为车间空气处理系统，另一个为转轮再生
图 1 转轮除湿机组流程
空气处理系统，下面分别就这两个系统简要 阐述：
由于车间相对湿度控制为不大于 30%，即室内空
与电力机械 & Electric Power Machinery
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热盘管加热后进入转轮除湿机，将转轮中的结晶水加 极高，因此车间空调送风量先按照带走室内湿负荷进
热蒸发经风机排至室外，转轮中的吸湿剂得以干燥再 行计算。根据与转轮除湿厂家反复沟通和测试，转轮除
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。
2.2 系统Ⅱ方案设计
空调箱除热去湿，如此循环。
2.2.1 系统参数计算
（2）转轮再生系统气体处理流程：1）一级转轮再生
（1）空调系统需带走湿负荷计算：由于车间采用工 系统：一级转轮再生系统的原理同系统Ⅰ的转轮再生
艺空调系统，车间正压不小于 15Pa,车间湿负荷只考虑 系统，不同在于该系统的再生空气来自于二级转轮再
中的水分成为结晶水，吸附 动运行；但设备复杂，
载体通过加热而被再生
且需要再生
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 小于 1%。为了简明直观分析，现将各系统工况情况列 于表 3。
Wn 1.2 Ls
=5-
25 000 1.2×60 000
=4.65g/kg 干
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， 单套送风能力为 30 000m3/h，其中，转轮除湿系统的处
理能力为 10 000m3/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
（5）车间送风温度根据公式（5）计算，计算得
回风
回风
车间送风温度为：
M
N
转轮
回风阀
A
B 回风阀 C
DE
F
G
AW1
新风
干空气，送入室内
新初 表 风效 冷 阀过 盘
滤管 器
再生排风机
湿空气排风
车间送风机 加热盘管
新风
加表 中
热冷 效
盘器 过
管
滤
器
ts = tn - Δt =21- 1.5=19.5℃ 2.2.2 系统流程及各状态点确定
以上两路系统各点空气状态参数见表 4。气流的
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：
具体流程路径如图 1 所示。
表 4 系统Ⅰ各点空气状态参数
Ls
=
Wn ρ（dn -
d）s
计算得车间送风量为：
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：
水蒸气分压力降低，但仍高于吸湿剂的水蒸气分压力；
（2）车间冷负荷：设计采用鸿业专业计算软件进 采用相对干燥的空气来进行转轮再生便克服了这个难
行，计算得室内冷负荷为：
题。所以，在该系统中，二级转轮再生气体采用了一级
Qn =15kW （3）系统风量：由于该车间工艺要求室内相对湿度
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
ts = tn - Δt 式中 tn —室内温度，℃。
则计算出车间送风温度为：
（5）
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 1.2 Ls
式中 dn —室内空气含湿量，g/kg 干。
则计算得车间送风含湿量为：
（6）
ds = dn -
（1）车间空调系统气体处理流程：室外新风（A）经
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
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（B），经一
调风量部分进入转轮，部分空气由车间直接回风至表 级转轮除湿至 C 工况,再与室内回风（H）混合至 D 工
冷降温，就可以满足车间除湿的要求。
况，经表冷降温后（E），大部分空气进入二级转轮进行
2.1.3 系统气流组织
转轮除湿，得到低湿空气（F），经过风机送至加热器进
由于车间的温、湿度控制均较为严格，系统气流组 行显热处理至 G 工况后，通过中效过滤器及管路系统
织采用上送下侧回的方案。
送至车间进行热湿交换，经过热湿交换的空气再进入
（7）
项目
AB C D
干球温度，℃ 34.6 15 22 39
相对湿度，% 75 95 39.4 9
E
F
GMN
18 19 19 25 25
36 33.8 33.8 25 25
Ls
=
Wn ρ（dn -
=
6500
d）s （0.2- 0.02）×1.2
=30 000 m3/h
（4）系统送风温差根据公式（3）计算得车间送
状态点，经过风机温升（F 状态点）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
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总第141期 第32卷
制冷空调 Refrigeration Air Conditioning
人员湿负荷，可根据公式（1）计算得：
生空气的排气，具体在二级转轮再生系统中陈述；2）二
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
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
整体考虑取 6.5kg/h。
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
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
Ls = S·h·n 式中 Ls —送风量，m3/h；
S —面积，m2；
（2）
h —吊顶高度，m；
n —换气次数，次 /h。
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 1.01m
（3）
m=ρ v
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
表 3 系统除湿方案选择
名称
除湿方案
系统Ⅰ 车间相对湿度为＜30%（按照 25%设计），且车间温度为 25± 2℃，由焓湿图可以查出，该工况下的露点温度为：3.6℃，含 湿量为 5g/kg 干，且车间面积较大，所以系统采用转轮除湿系 统。
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