固态电池洁净车间建筑设计

摘要：随着新能源行业的迅猛发展，固态电池凭借其卓越的性能优势在储能及消防电子等科技领域崭露头角。由于固态电池生产对环境洁净度、温湿度等参数极为敏感，高质量的洁净车间建筑设计成为保障其产品品质的关键。本文深入剖析固态电池洁净车间建筑设计的各个环节，并结合相关规范进行精准阐述，旨在为固态电池洁净车间的设计与建设提供科学、系统且具实践指导意义的技术方案。

关键词：固态电池；洁净车间；建筑设计；气流组织；净化空调

引言

固态电池作为新一代储能技术，以其高能量密度、出色的安全性以及长循环寿命等显著优势，成为新能源领域的研究焦点与发展方向。然而，其生产过程对环境条件要求苛刻，微小的尘埃、颗粒污染或温湿度波动都可能对电池性能和质量产生严重影响。因此，构建符合固态电池生产需求的洁净车间，是确保产品质量和生产效率的关键所在。

1、固态电池洁净车间建筑布局设计

1.1 功能分区

依据《洁净厂房设计规范》GB 50073-2013，固态电池洁净车间应科学划分为生产区、辅助区和物流区。生产区作为核心区域，涵盖电极制备、电池组装、检测等关键工序。电极制备工序对环境洁净度要求相对较高，需严格控制尘埃颗粒，以防止杂质混入电极材料，影响电池性能。辅助区包括设备间、实验室、更衣室、洁净走廊等，为固态电池的生产活动提供全方位支持。设备间应依据洁净区洁净度的不同要求合理布置空调机组、动力设备等，确保生产设备运行平稳且便于维护；实验区用于原材料和成品的质量检测，需具备独立的通风和温湿度控制设施。物流区负责原材料和成品的运输与存储，应与外界保持便捷通道，同时与生产区实现有效隔离，避免交叉污染。

1.2 车间平面形状与尺寸

洁净车间的平面形状宜采用矩形或正方形，这有助于简化气流组织，提高空气净化效果。车间尺寸的确定需综合考虑生产规模、设备布局以及人员通行等因素。从设备布局角度出发，应确保设备之间留有足够的操作空间和维护通道。以电极制备设备为例，其周边应预留至少 1.5 米的操作空间，以便操作人员进行设备调试和维护。依据生产规模，假设年产固态电池量为（单位：Wh），每台设备的生产效率为（单位：Wh/年），则所需设备数量。根据设备数量和设备尺寸，结合操作空间要求，可初步确定车间的长度和宽度。同时，车间高度一般在3.5米至5米之间，以满足设备安装和通风管道布置的需求。

2、气流组织设计

2.1 气流组织形式

依据不同生产区域的洁净度要求，固态电池洁净车间常用的气流组织形式包括垂直层流、水平层流和乱流。垂直层流适用于对洁净度要求极高的区域，如电池组装和检测区。在垂直层流洁净室中，气流自上而下均匀流动，能够迅速有效地排除尘埃和污染物，其气流速度一般控制在0.3米/秒至0.5米/秒之间。水平层流适用于电极制备区等对洁净度要求较高但面积较大的区域，气流沿水平方向流动，可维持较高的洁净度水平。乱流则适用于辅助区和物流区等对洁净度要求相对较低的区域，虽然其气流组织较为复杂，但能够满足基本的洁净需求。

2.2 送风口与回风口布置

送风口和回风口的合理布置是实现良好气流组织的关键。送风口的布置应根据气流组织形式进行优化，确保送风均匀。在垂直层流洁净室中，送风口通常设置在天花板上，采用高效过滤器送风口，其尺寸和数量需根据房间面积和送风量进行计算。假设房间面积为（单位：平方米），送风量为（单位：立方米/小时），送风速度为（单位：米/秒），则送风口的总面积可通过公式计算得出。回风口应设置在地面或靠近地面的位置，以确保气流的顺畅循环。在水平层流洁净室中，送风口设置在一侧墙壁，回风口设置在另一侧墙壁，送风口和回风口的高度应根据气流流动方向和房间高度合理确定。

3、净化空调系统设计

3.1 空调系统选型

根据《洁净厂房设计规范》GB 50073 - 2013，固态电池洁净车间的空调系统应具备高效的空气过滤、温湿度控制和风量调节功能。常用的空调系统包括组合式空调机组和净化空调机组。组合式空调机组可根据车间的具体需求进行定制，包含过滤段、冷却段、加热段、加湿段等功能段。过滤段通常采用三级过滤，即初效过滤、中效过滤和高效过滤，以有效去除空气中的尘埃颗粒和微生物。冷却段和加热段通过调节冷热水流量或蒸汽流量，实现对空气温度的精确控制；加湿段则通过喷雾或蒸汽加湿的方式，调节空气湿度。净化空调机组在组合式空调机组的基础上，进一步优化了空气净化性能，采用高效过滤器和专用的净化设备，确保车间内的空气洁净度满足生产要求。

3.2 空气过滤

空气过滤是净化空调系统的核心环节。初效过滤器主要过滤粒径大于5的大颗粒尘埃和杂物，其过滤效率一般在50%至80%之间。中效过滤器过滤粒径在1至5之间的颗粒，过滤效率可达80%至95%。高效过滤器则用于过滤粒径小于1μm的微小颗粒和微生物，其过滤效率应达到99.99%以上（对0.3粒子）。为确保空气过滤效果，应定期对过滤器进行更换和维护。过滤器的更换周期可根据过滤器的容尘量和实际运行情况进行估算。假设过滤器的容尘量为（单位：克），单位时间内进入过滤器的尘埃量为（单位：克/小时），则过滤器的更换周期（单位：小时）可通过公式计算得出。

3.3 温湿度控制

固态电池生产对温湿度要求极为严格，一般温度控制在20℃至 25℃之间，相对湿度控制在30%至50%之间。空调系统应采用高精度的温湿度控制设备，如温湿度传感器、控制器和调节阀等。温湿度传感器实时监测车间内的温湿度变化，并将信号反馈给控制器。控制器根据设定的温湿度参数，自动调节冷却、加热和加湿设备的运行，实现对温湿度的精确控制。在夏季，当车间温度高于设定值时，控制器会增加冷却设备的制冷量，降低空气温度；当相对湿度高于设定值时，会启动除湿设备，降低空气湿度。在冬季，当温度低于设定值时，增加加热设备的供热量，提高空气温度；当相对湿度低于设定值时，启动加湿设备，增加空气湿度。

4、建筑装修设计

4.1 墙面与地面材料选择

依据《建筑内部装修设计防火规范》GB 50222-2017以及洁净车间的特殊要求，墙面和地面应选用平整、光滑、易清洁、耐腐蚀且防火性能良好的材料。墙面通常采用彩钢板或不锈钢板。彩钢板具有重量轻、安装方便、价格适中的优点，其表面涂层应具有良好的耐磨性和耐腐蚀性，能够有效防止尘埃和微生物的附着。不锈钢板则具有更高的强度和耐腐蚀性，适用于对洁净度要求极高的区域。地面可选用环氧树脂自流平地坪或PVC地板。环氧树脂自流平地坪具有耐磨、耐腐蚀、易清洁、无缝隙等特点，能够有效防止尘埃和液体的渗透。PVC 地板则具有弹性好、防滑、吸音等优点，适用于人员活动频繁的区域。

4.2 吊顶设计

吊顶应具备良好的密封性能，防止灰尘和污染物从上方进入车间。吊顶材料可选用彩钢板或铝合金扣板，其安装应平整、牢固，与墙面的连接处应采用专用密封胶条或密封扣件进行密封。吊顶上应合理设置检修口，检修口的尺寸应满足人员和设备的进出要求，一般不小于600mm×600mm。同时，吊顶上的灯具、风口等设备的安装应与吊顶表面平齐，避免产生积尘和卫生死角。

5、结束语

固态电池洁净车间的建筑设计是一个需从综合性、多方位技术角度考虑的空间设计，需要全面考虑建筑的工艺布局、气流组织、净化空调系统以及建筑装修等多个方面的因素，并严格遵循相关规范和标准。通过科学合理的设计，能够有效提升洁净车间的洁净度、温湿度控制精度以及整体性能，为固态电池的高质量生产提供坚实保障。随着未来固态电池技术的持续发展和进步，洁净车间的设计也需要不断创新和完善，以适应更加严格的生产要求和技术挑战。

参考文献：

[1]陈晓峰.固态电池洁净车间建筑设计探讨[J].建筑技艺， 2023， 39（2）： 54-60.

[2]张华.固态电池洁净车间建筑设计与环境控制研究[J].工业建筑， 2022， 52（6）： 1-6.