Холодильное хранилище медицинского класса является критически важной категорией оборудования для клинического применения. Обеспечение надлежащей защиты температурно-чувствительных препаратов крови, клинических образцов, реагентов/контролей, лекарств и вакцин необходимо для обеспечения безопасности пациентов, соблюдения нормативных требований и предотвращения экономических потерь.
Новая технология охлаждения повышает производительность холодильных камер медицинского назначения с использованием компрессоров переменной производительности (VCC), двигателей с электронной коммутацией (ECM) и природных углеводородных хладагентов. В этом документе описываются эти технологии и обсуждаются вытекающие из них преимущества для клинических приложений с использованием технологии OptiCool™ в решениях Helmer Scientific GX для холодного хранения.
ОБЗОР
Технология переменной скорости
В технологии системы охлаждения OptiCool™ вместо компрессоров фиксированной производительности (FCC) используются компрессоры переменной производительности (VCC). Традиционные односкоростные компрессоры FCC работают на максимальной скорости или полностью отключаются. Этот метод работы компрессора эффективен, когда требуется высокая холодопроизводительность для быстрого снижения температуры, но он не оптимизирован для приложений, которые могут требовать низкой холодопроизводительности в течение периодов времени. Компрессоры с переменной производительностью (VCC) предназначены для работы в широком диапазоне скоростей, и рабочая скорость будет адекватно и эффективно реагировать на поддержание заданной температуры.
Используемые в сочетании с VCC, новые двигатели с электронной коммутацией (ECM) заменяют менее эффективные двигатели, которые исторически использовались в холодильной технике медицинского назначения. Эти новые ECM позволяют вентилятору испарителя системы (вентилятору, который циркулирует воздух по всей системе) работать с переменной скоростью, как VCC. Скорость двигателя варьируется в зависимости от условий, чтобы обеспечить работу испарителя на оптимальном уровне для поддержания желаемой температуры в шкафу. Работая с переменной скоростью, эти ECM значительно повышают эффективность системы, а тепло, выделяемое вентилятором испарителя, значительно снижается, что снижает нагрузку на компрессорную систему агрегата.
Фигура 1. Переменная производительность по сравнению с обычной скоростью работы компрессора
VCC работают с переменной скоростью (в зависимости от условий эксплуатации) для поддержания температуры, а не просто включаются и выключаются, как компрессоры с фиксированной производительностью в обычных холодильниках медицинского назначения.
В холодильных камерах медицинского назначения VCC и скорость вращения вентилятора испарителя играют важную роль в обеспечении эффективной работы, а также в обеспечении хранения чувствительных к температуре продуктов и образцов в надлежащих условиях. Например, когда дверцы медицинского холодильника открываются или в камеру помещается продукт с высокой тепловой нагрузкой, очень важно, чтобы холодильная установка быстро восстанавливала температуру. В этом случае вентилятор VCC и испарителя будут работать с максимально возможной скоростью, чтобы быстро привести температуру в заданный диапазон. Когда к холодильному хранилищу обращаются только периодически или оно не используется в течение длительного времени (например, в клинике, которая закрыта по ночам/выходным дням, или в малоиспользуемом помещении больницы), вентилятор VCC и испарителя будут работать на очень низких скоростях для эффективного поддержания температуры.
Природные углеводородные хладагенты
В технологии системы охлаждения OptiCool™ вместо гидрофторуглеродных хладагентов (ГФУ) используются природные углеводородные хладагенты. Природные углеводороды являются экологически чистыми хладагентами, которые имеют очень ограниченное влияние на потенциал глобального потепления (GWP) и не влияют на потенциал разрушения озонового слоя (ODP). Эта категория хладагентов считается безвредной для окружающей среды, а также доказала свою высокую эффективность, позволяя значительно снизить заправку хладагента по сравнению с ГФУ.
Углеводородные хладагенты отличаются от ГФУ. В то время как углеводородные хладагенты представляют собой природные органические газы, ГФУ представляют собой химически произведенные газы, которые могут оставаться в атмосфере до 30 лет после выброса. Углеводородные хладагенты были разработаны как безопасная, эффективная и действенная альтернатива ГФУ.
В дополнение к техническим преимуществам природных углеводородов по сравнению с традиционными хладагентами глобальные нормы устойчивого развития побуждают холодильную промышленность заменять ГФУ хладагентами на основе природных углеводородов. Программа значительных новых альтернатив Агентства по охране окружающей среды США (программа EPA SNAP) была разработана для выявления и оценки заменителей веществ, оказывающих негативное воздействие на окружающую среду. Программа EPA SNAP перечисляет углеводородные хладагенты в качестве замены ГФУ. Аналогичное регулятивное и законодательное давление существует во многих странах, ратифицировавших Кигалийскую поправку. Это включает, помимо прочего, членов Европейского Союза и Канаду. Технология OptiCool™ поддерживает эти глобальные инициативы в области устойчивого развития за счет использования природных углеводородных хладагентов, которые предназначены для решения проблем глобального потепления и истощения озонового слоя.
УЛУЧШЕНИЯ ДЛЯ КЛИНИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ
Улучшения в технологии охлаждения приносят прямую пользу работникам здравоохранения, конечным пользователям оборудования и пациентам. Благодаря использованию VCC, ECM и природных углеводородных хладагентов технология OptiCool™ обеспечивает следующие улучшения производительности:
Температурные характеристики
Характеристики холодного хранения медицинского класса определяются как однородность температуры, стабильность и восстановление.
Равномерность температуры является измерением постоянства температуры во всех используемых местах в шкафу. Полная однородность обеспечивает уверенность в том, что содержимое поддерживается при правильной температуре независимо от места хранения. Оборудование немедицинского назначения может иметь плохие характеристики однородности и может иметь горячие и холодные точки, из-за которых температура продукта выходит за пределы допустимого диапазона. Это может создать как безопасность, так и нормативные риски. Поэтому многие клинические применения, такие как хранение вакцин и крови, требуют использования холодильных камер более высокого качества. Технология OptiCool™, используемая в решениях Helmer Scientific GX Solutions, обеспечивает однородность температуры +/-1 градус C, что позволяет клиническим пользователям уверенно использовать все места хранения внутри шкафа даже для самых чувствительных к температуре продуктов.
Фигура 2. Равномерность температуры — решения GX
Восстановление температуры является измерением времени, необходимого для того, чтобы холодильный шкаф вернулся к заданной температуре после открытия двери. Быстрое восстановление температуры необходимо для того, чтобы при открывании дверей продукты не выходили за пределы жесткого температурного диапазона, необходимого для медицинских продуктов.
Компрессоры переменной производительности в сочетании с мощной конструкцией с принудительной подачей воздуха обеспечивают быстрый обмен воздуха после закрытия двери. Эти воздухообмены важны для обычного открывания дверей. Исследование, проведенное NIST в 2016 году, показало, что в условиях клиники сотрудники могут обращаться к холодильникам более 30 раз в час. Эффективность восстановления температуры также имеет решающее значение при рассмотрении вопроса о расширении дверных проемов из-за инвентаризации или пополнения запасов. Оценка технологии охлаждения OptiCool™ показала, что в течение 8-секундного открывания дверцы (основная выдача продукта) температура холодильного шкафа ни разу не вышла за допустимые пределы хранения. Для продолжительных 3-минутных открытий дверей (инвентарная нагрузка со значительным повышением температуры шкафа) устройства быстро опускались до целевого диапазона всего за 11 минут.
Рисунок 3. Восстановление температуры — решения GX
Температурная стабильность измеряет, насколько эффективно холодильный агрегат поддерживает заданную температуру даже во время циклов компрессора и автоматического размораживания. Традиционная технология охлаждения приводит к более широким колебаниям температуры от заданного значения даже при работе в установившемся режиме. Это результат того, что компрессоры с фиксированной производительностью регулярно включаются и выключаются, реагируя на изменение температуры выше и ниже заданного значения. В компрессорах с переменной производительностью технология OptiCool™ позволяет компрессору работать с точной скоростью, необходимой для поддержания заданной температуры, и значительно снижает частоту циклов работы компрессора, наблюдаемую при использовании традиционной технологии. Стабильность поддерживается на очень высоком уровне при правильном использовании компрессоров с переменной производительностью. Технология охлаждения OptiCool™, используемая в решениях для хранения в холодильных камерах Helmer GX, обеспечивает стабильность с отклонением от заданного значения менее чем на 1 градус Цельсия. Это помогает гарантировать, что чувствительные, дорогие и строго регулируемые продукты остаются при надлежащей температуре.
Рисунок 4. Температурная стабильность — решения GX
Энергоэффективность
Холодильникам Helmer Scientific, в которых используется технология охлаждения OptiCool™, уже 50 лет.%- На 60% более энергоэффективны, чем обычные медицинские холодильники. Например, подстольный лабораторный холодильник HLR105-GX был оценен сторонней испытательной лабораторией с использованием протокола испытаний Energy Star. Этот протокол заставлял холодильник работать в течение 24 часов с серией открытий дверей и устойчивой работой при закрытой двери.
Результаты этой оценки показали, что холодильник HLR105-GX потреблял всего 1,2 кВтч/день, что составляет менее половины энергии, необходимой для обычного устройства того же размера, протестированного с использованием того же протокола. Данные об энергопотреблении опубликованы на веб-сайте ENERGY STAR для высокопроизводительных лабораторных холодильников. Холодильные камеры, использующие технологию охлаждения OptiCool™, превышают цели по энергопотреблению, установленные Energy Star. Эти устройства сертифицированы Energy Star.
Рисунок 5. Сравнение энергопотребления сопоставимых моделей встраиваемых холодильников
Потребление энергии : профессиональные медицинские холодильники GX на 50-65% эффективнее обычных холодильников.
*Horizon Series™ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЗВЕЗДА ® тестирование
Улучшения шума
Снижение шума в медицинских учреждениях, особенно в зонах ухода за пациентами или рабочих местах персонала, является приоритетом. Сообщается, что средний уровень шума в больницах США составляет 50–90 децибел (источник сайта в шумовой газете) — так же громко, как оживленное движение или работающий пылесос. Инвестиции в более тихое оборудование — один из способов, которым больницы могут решить эту проблему.
Технология охлаждения OptiCool™ предназначена для снижения уровня шума. Бесшумные компрессоры в сочетании с технологией переменной скорости ограничивают время работы компрессоров и вентиляторов испарителя на высоких скоростях, значительно снижая шум, создаваемый системой. При оценке холодильных установок с технологией охлаждения OptiCool™ шум был снижен на 17 децибел по сравнению с традиционным холодильником медицинского класса. Каждое увеличение на 10 децибел представляет собой 10-кратное увеличение шума. Таким образом, 17-кратное снижение системного шума является значительным преимуществом для медицинского персонала и пациентов. Холодильник Helmer Scientific GX Solutions ограничивает уровень шума, эквивалентный шуму в тихом офисе.
Рисунок 6. Сравнение выходного шума
Каждое увеличение на 10 дБ по шкале эквивалентно 10-кратному увеличению интенсивности звука.
Надежность
Системы здравоохранения обычно называют надежность наиболее важным атрибутом при выборе холодильных камер медицинского класса. Предотвращение простоев и незапланированных посещений сервисных служб имеет решающее значение для поддержания эффективности. Выбор брендов с проверенной репутацией как в плане надежности, так и производительности повышает предсказуемость общей стоимости владения и потребности в капитальном планировании. Решения Helmer Scientific GX были разработаны и испытаны на долгосрочную надежность в научно-исследовательской и производственной среде FDA GMP. Минимальный срок полезного использования этих холодильных установок составляет 10 лет, а также 10 лет обслуживания и поддержки.
Тщательные ускоренные испытания на срок службы (ALT) выполняются как часть процесса проектирования Helmer для обеспечения надежности. Ускоренные испытания на срок службы (ALT) выявляют и устраняют возможные режимы отказа до выпуска оборудования для общего использования. Он также подвергает узлы очень высокому уровню нагрузки, что приводит к проблеме с системой вплоть до уровня узлов и компонентов. Наконец, ALT гарантирует, что конструкция устройства сможет выдерживать суровые условия ежедневного использования в течение 10 лет.
Инженеры по надежности Helmer Scientific успешно завершили эти процессы испытаний на устройствах GX Solutions с использованием технологии охлаждения OptiCool™, чтобы подтвердить обязательство по минимальной производительности и надежности в течение 10 лет.
ВЫВОД
Технология охлаждения OptiCool™ применяет хладагенты VCC, ECM и природные углеводороды в холодильных камерах медицинского назначения. Эти технологии предназначены для повышения производительности и надежности системы в целом, а также для удовлетворения меняющихся глобальных экологических норм. Оценка технологии OptiCool™ продемонстрировала температурные характеристики, энергоэффективность, снижение уровня шума и высокий уровень надежности. Helmer Scientific рада предложить эту технологию в GX Solutions.