Медицинское холодильное оборудование является критически важной категорией оборудования для клинического применения. Обеспечение надлежащей защиты термочувствительных препаратов крови, клинических образцов, реагентов/контролей, лекарств и вакцин необходимо для обеспечения безопасности пациентов, поддержки соблюдения нормативных требований и предотвращения экономических потерь.
Новая технология охлаждения повышает производительность холодильного хранения медицинского назначения с использованием компрессоров переменной производительности (VCC), электронно-коммутируемых двигателей (ECM) и природных углеводородных хладагентов. В этом документе описываются эти технологии и обсуждаются полученные преимущества для клинических применений с использованием технологии OptiCool™ в решениях для холодного хранения GX компании Helmer Scientific.
ОБЗОР
Технология переменной скорости
В технологии системы охлаждения OptiCool™ используются компрессоры переменной производительности (VCC) вместо компрессоров фиксированной производительности (FCC). Традиционные односкоростные компрессоры FCC работают на максимальной скорости или полностью отключаются. Этот метод работы компрессора эффективен, когда для быстрого снижения температуры требуется высокая холодопроизводительность, но он не оптимизирован для применений, где в течение определенного периода времени может потребоваться низкая холодопроизводительность. Компрессоры переменной производительности (VCC) предназначены для работы в широком диапазоне скоростей, и скорость работы будет адекватно и эффективно реагировать на поддержание заданной температуры.
Новые электронно-коммутируемые двигатели (ECM), используемые в сочетании с VCC, заменяют менее эффективные двигатели, исторически использовавшиеся в холодильном оборудовании медицинского назначения. Эти новые блоки управления двигателем позволяют вентилятору испарителя системы (вентилятору, который циркулирует воздух по всей системе) работать с переменной скоростью, как и VCC. Скорость двигателя варьируется в зависимости от условий, чтобы обеспечить работу испарителя на оптимальном уровне и поддерживать желаемую температуру в камере. Работая на переменных скоростях, эти блоки управления двигателем значительно повышают эффективность системы, а тепло, выделяемое вентилятором испарителя, значительно снижается, что снижает нагрузку на компрессорную систему агрегата.
Рисунок 1. Переменная производительность в сравнении с рабочей скоростью обычного компрессора
VCC работают с переменной скоростью (в зависимости от условий эксплуатации), чтобы поддерживать температуру, а не просто периодически выключаться и включаться, как компрессоры с фиксированной производительностью в обычных холодильниках медицинского назначения.
Для холодильного хранения медицинского назначения VCC и скорость вентилятора испарителя играют важную роль в обеспечении эффективной работы, а также в обеспечении хранения чувствительных к температуре продуктов и образцов в соответствующих условиях. Например, когда дверцы медицинского холодильника открываются или в шкаф попадает продукт с тепловой нагрузкой, очень важно, чтобы холодильное хранилище быстро восстановило температуру. В этом случае VCC и вентилятор испарителя будут работать на максимально возможной скорости, чтобы быстро привести температуру в допустимый диапазон. Когда доступ к холодильному хранилищу осуществляется периодически или он не используется в течение длительного периода времени (например, в клинике, закрытой по ночам/выходным дням, или в зоне с низкой нагрузкой в больнице), VCC и вентилятор 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 оказывают очень ограниченное влияние на потенциал глобального потепления (ПГП) и не влияют на потенциал разрушения озонового слоя (ОПР). Эта категория хладагентов считается экологически безопасной, а также доказала свою высокую эффективность, поскольку позволяет значительно снизить заправку хладагента по сравнению с ГФУ.
Углеводородные хладагенты отличаются от ГФУ. В то время как углеводородные хладагенты представляют собой органические газы природного происхождения, 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.
Помимо технических преимуществ природных углеводородов по сравнению с традиционными хладагентами, глобальное регулирование устойчивого развития побуждает холодильную промышленность заменять ГФУ природными углеводородными хладагентами. 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. В программе EPA SNAP углеводородные хладагенты указаны в качестве замены ГФУ. Аналогичное нормативное и законодательное давление существует во многих странах, ратифицировавших Кигалийскую поправку. Сюда входят, помимо прочего, члены Европейского Союза и Канада. Технология OptiCool™ поддерживает эти глобальные инициативы в области устойчивого развития за счет использования природных углеводородных хладагентов, которые предназначены для решения проблем глобального потепления и разрушения озонового слоя.
УЛУЧШЕНИЯ ДЛЯ КЛИНИЧЕСКИХ ПРИЛОЖЕНИЙ
Усовершенствования в холодильных технологиях приносят прямую выгоду работникам здравоохранения, конечным пользователям оборудования и пациентам. За счет использования VCC, ECM и природных углеводородных хладагентов технология OptiCool™ приводит к следующему повышению производительности:
Температурные характеристики
Характеристики холодильного хранения медицинского уровня определяются как однородность, стабильность и восстановление температуры.
Равномерность температуры — это измерение постоянства температуры во всех используемых местах шкафа. Высокая однородность обеспечивает уверенность в том, что содержимое поддерживается при правильной температуре независимо от места хранения. Оборудование немедицинского назначения может иметь низкую однородность и иметь горячие и холодные точки, из-за которых температура продукта выходит за пределы диапазона. Это может создать риски как для безопасности, так и для регулирования. Поэтому многие клинические применения, такие как хранение вакцин и крови, требуют использования более качественного холодильного хранения. Технология OptiCool™, используемая в решениях Helmer Scientific GX, обеспечивает однородность температуры +/- 1 градус Цельсия, позволяя клиническим пользователям уверенно использовать все места хранения внутри шкафа даже для наиболее чувствительных к температуре продуктов.
Рисунок 2. Равномерность температуры – GX Solutions
Восстановление температуры — это измерение времени, необходимого для возврата холодильного шкафа к заданному значению температуры после открытия двери. Быстрое восстановление температуры необходимо для того, чтобы открытие дверей не приводило к выходу продуктов за пределы жесткого температурного диапазона, необходимого для клинических продуктов.
Компрессоры переменной производительности в сочетании с мощной конструкцией принудительной подачи воздуха обеспечивают быстрый воздухообмен после закрытия двери. Этот воздухообмен важен для регулярного 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. Оценки технологии охлаждения OptiCool™ показали, что в течение 8 секунд открытия двери (базовая выдача продукта) температура холодильной камеры ни разу не выходила за пределы допустимого диапазона хранения. При длительном открытии двери в течение 3 минут (нагрузка на инвентарь со значительным повышением температуры в шкафу) устройства быстро возвращаются к целевому диапазону всего за 11 минут.
Рисунок 3. Восстановление температуры – GX Solutions
Стабильность температуры измеряет, насколько эффективно холодильная установка поддерживает заданную температуру даже во время циклов компрессора и автоматического размораживания. Обычная технология охлаждения приводит к более широким колебаниям температуры от заданного значения даже во время установившейся работы. Это результат того, что компрессоры фиксированной производительности регулярно включаются и выключаются в ответ на изменение температуры выше или ниже заданного значения. В компрессорах переменной производительности технология OptiCool™ позволяет компрессору работать с точной скоростью, необходимой для поддержания заданной температуры, и значительно снижает частоту циклической работы компрессора, наблюдаемую при использовании традиционной технологии. Стабильность поддерживается на очень высоком уровне при правильном использовании компрессоров переменной производительности. Технология охлаждения OptiCool™, используемая в решениях для холодильного хранения Helmer GX, обеспечивает стабильность с отклонением менее чем на 1 градус Цельсия от заданного значения. Это помогает гарантировать, что чувствительные, дорогие и строго регулируемые продукты сохраняют правильную температуру.
Рисунок 4. Температурная стабильность – GX Solutions
Энергоэффективность
Холодильники Helmer Scientific, в которых используется технология охлаждения OptiCool™, на 50–60 % более энергоэффективны, чем обычные медицинские холодильники. Например, встраиваемый лабораторный холодильник HLR105-GX был оценен сторонней испытательной лабораторией с использованием протокола испытаний Energy Star. Этот протокол подвергал холодильник испытанию в течение 24 часов с серией открытий дверей и устойчивой работой с закрытой дверью.
Результаты этой оценки показали, что холодильник HLR105-GX потреблял всего 1,2 кВтч/день энергии, что составляет менее половины энергии, необходимой для обычного устройства того же размера, протестированного с использованием того же протокола. Данные о энергопотреблении для лабораторных холодильников High Performance публикуются на веб-сайте ENERGY STAR. Холодильные камеры, использующие технологию охлаждения OptiCool™, превосходят целевые показатели энергопотребления, определенные Energy Star. Эти устройства сертифицированы Energy Star.
Рисунок 5. Сравнение энергопотребления сопоставимых моделей встраиваемых холодильников.
Энергопотребление : профессиональные медицинские холодильники GX на 50–65 % эффективнее обычных.
*Тестирование Horizon Series™ ENERGY STAR ®
Улучшения шума
Снижение шума в медицинских учреждениях, особенно в помещениях для ухода за пациентами и рабочих местах персонала, является приоритетом. Средний уровень шума в больницах США составляет 50–90 децибел (источник в шумовой бумаге) — такой же громкий, как шумное движение транспорта или работающий пылесос. Инвестиции в более тихое оборудование — один из способов решения этой проблемы в больницах.
Технология охлаждения OptiCool™ разработана для снижения шума. Тихие компрессоры в сочетании с технологией переменной скорости ограничивают время работы компрессоров и вентиляторов испарителя на высоких скоростях, что значительно снижает шум, создаваемый системой. При оценке холодильных камер с технологией охлаждения OptiCool™ уровень шума снизился на 17 децибел по сравнению с традиционным холодильником медицинского назначения. Каждое увеличение на 10 децибел означает 10-кратное увеличение шума. Таким образом, 17-кратное снижение шума системы приносит значительную пользу медицинскому персоналу и пациентам. Холодильник Helmer Scientific GX Solutions снижает уровень шума, эквивалентный тихому офису.
Рисунок 6. Сравнение выходного шума
Каждое увеличение шкалы на 10 дБ эквивалентно 10-кратному увеличению интенсивности звука.
Надежность
Системы здравоохранения обычно называют надежность наиболее важным критерием при выборе холодильного хранилища медицинского назначения. Предотвращение простоев и незапланированных посещений сервисного центра имеет решающее значение для поддержания эффективности. Выбор брендов с проверенной репутацией как в плане надежности, так и производительности повышает предсказуемость совокупной стоимости владения и потребностей в планировании капиталовложений. Решения Helmer Scientific GX были разработаны и протестированы на долгосрочную надежность в научно-исследовательской и производственной среде FDA GMP. Минимальный срок полезного использования этих холодильных камер составляет 10 лет, а также 10-летний срок обслуживания и поддержки.
Тщательное ускоренное испытание на срок службы (ALT) является частью процесса проектирования Helmer для обеспечения надежности. Ускоренное тестирование срока службы (ALT) выявляет и устраняет возможные виды отказов перед выпуском оборудования для общего использования. Это также подвергает агрегаты очень высоким уровням нагрузки, которые бросают вызов системе вплоть до уровня узлов и компонентов. Наконец, ALT гарантирует, что конструкция устройства выдержит суровые условия ежедневного использования в течение 10 лет.
Инженеры Helmer Scientific по надежности успешно завершили эти процессы тестирования на устройствах GX Solutions с использованием технологии охлаждения OptiCool™, чтобы подтвердить минимальные 10-летние обязательства по производительности и надежности.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Технология охлаждения OptiCool™ использует хладагенты VCC, ECM и природные углеводороды для холодильных хранилищ медицинского назначения. Эти технологии предназначены для повышения производительности и надежности всей системы, а также для удовлетворения меняющихся глобальных экологических норм. Оценки технологии OptiCool™ продемонстрировали температурные характеристики, энергоэффективность, снижение шума и высокий уровень надежности. Helmer Scientific рада предложить эту технологию в GX Solutions.