多年來，傳統冷卻技術一直用於醫療級冷凍。這種方法使用固定容量壓縮機和氫氟碳化物 (HFC) 冷媒的強制通風製冷系統。強大的強制通風系統有助於使儲存區域內的溫度均勻，但是，為了達到可接受的結果，使用固定容量壓縮機和 HFC 冷卻劑的系統往往會比更新的替代方法消耗更多的能量。此外，HFC 冷媒比替代冷卻劑具有更高的全球暖化潛勢和排熱能力。現在技術的進步使得最佳溫度管理成為可能，同時最大限度地減少能源消耗、熱量輸出和全球暖化的可能性。
技術概覽
傳統固定容量壓縮機 (FCC) 的替代方案是可變容量壓縮機 (VCC)。固定容量壓縮機循環關閉和打開以維持櫃內的溫度。這意味著它們要么以最大速度運行，要么完全關閉，從而限制了它們響應不斷變化的條件的能力。 VCC 可以根據工作條件以更低或更高的速度運行，而不是被限制為完全關閉或開啟循環，這是一種更有效的保持溫度的方式。例如，當單元門打開以及將產品放入內部時，VCC 會以更高的速度運行，以獲得最佳冷卻性能。當溫度穩定且門保持關閉狀態時，VCC 以較低速度運行，降低能耗（見圖 1）。
圖 1. 可變容量與傳統壓縮機運轉速度
VCC 以變速運轉（取決於操作條件）以保持溫度，而不是像傳統醫療級冰箱中的固定容量壓縮機那樣簡單地循環關閉和打開。
雖然在冷凍系統中使用 VCC 可以降低能源消耗，但使用天然冷媒也可以提高冷卻效率，有助於降低能源消耗，並有助於支持環境的永續發展。例如，冷媒 R600a 是一種天然存在的碳氫化合物冷媒，對臭氧層消耗沒有影響，全球暖化潛勢 (GWP) 非常低。這使得 R600a 成為傳統 HFC 冷卻劑的環保替代品，如圖 2 所示。
圖 2. HFC 冷媒與天然碳氫化合物 (HC) 相比的全球暖化潛勢 (GWP)
GX Solutions 中的碳氫化合物 (HC) 冷媒（例如 R600a）可降低全球暖化潛力。
值得注意的是，碳氫化合物冷媒符合美國環保署 (EPA) 重要新替代品政策 (SNAP) 計畫。 EPA SNAP 計劃識別並評估對環境有負面影響的物質的替代品。臭氧消耗潛能值 (ODP) 和全球暖化潛勢 (GWP) 是該計畫探索的兩個風險標準。透過 SNAP，EPA 制定了限制物質的目標，這些物質對環境的影響比已確定的安全有效的替代品要嚴重得多。這些 SNAP 規則將天然碳氫化合物冷媒確定為解決環境風險的首選替代品。
能源消耗
Helmer Scientific 的 GX 解決方案採用 OptiCool™ 冷卻系統，該系統結合了 VCC 技術和天然碳氫化合物 (HC) 冷媒，以實現更高水準的能源效率。 GX 專業醫療等級冰箱比傳統型號節能 50-65%，如表 1 和圖 3 所示。
表 1.同類台下冰箱型號之間的能源使用比較
| 冰箱型號 （台下式/5 立方英尺） | 能源使用 （千瓦時/天） | 減少能源使用 改用 GX 解決方案實現的目標 |
|---|---|---|
| GX解決方案 | 1.2* | 不適用 |
| 傳統醫用級冰箱 | 2.38 | 50% |
| 有競爭力的冰箱 | 3.46 | 65% |
*Horizon 系列 ENERGY STAR ®測試
圖 3. 同類台下冰箱型號之間的能源使用比較
*Horizon 系列 ENERGY STAR ®測試
經認證的實驗室級冰箱和冰櫃的能耗數據發佈在 ENERGY STAR ®網頁上。 1所有列出的型號均由第三方利用 ENERGY STAR ®測試方法進行評估。在 24 小時測試期間測量能耗。此測試方法的一些關鍵參數包括 24.0°C +/- 1°C 的環境溫度（反映典型實驗室環境）、4°C 的設定點以及一系列 15 秒的開門動作。
討論
使用 OptiCool™ 等新型冷卻技術具有多種優勢。主要好處是高效運行，減少能源使用，從而降低擁有成本。其他好處包括由於極低的全球暖化潛勢 (GWP) 而實現環境永續性，並且對臭氧消耗沒有影響。此外，新的冷卻方法有助於減少熱量輸出，從而降低暖氣、通風和空調 (HVAC) 成本。
OptiCool™ 冷卻系統用於 GX Solutions 專業醫療等級冰箱。為了幫助說明降低全球暖化潛勢 (GWP) 的好處，美國環保署提供了溫室氣體當量計算器。 2旨在幫助使用者了解減少二氧化碳 (CO2) 排放在日常生活中意味著什麼。如果設施將一台每天消耗 3.46 千瓦時的台下冰箱轉換為每天消耗 1.2 千瓦時的 GX Solutions 台下冰箱，每年可節省約 825 千瓦時的能源。這相當於儲存以下內容：
乘用車行駛距離：1,426 英里或 2,295 公里
二氧化碳 (CO2) 當量：0.643 噸或 0.583 公噸
此外，每年可節省 825 千瓦時，進而降低能源成本。為了評估能源效率對擁有成本的影響，我們從美國能源資訊管理局 (EIA) 取得了美國電力成本的數據。 3平均能源成本地區每年可節省 88 美元以上。能源成本高的地區每年將節省超過 246 美元。在產品的 10 年使用壽命內，這意味著可節省高達 2,460 美元。當然，如果對設施內的多台冰箱進行改造，節能和額外效益也會相應倍增。
最重要的是，要實現這些優勢，同時在穩定性、均勻性和恢復方面仍保持卓越的溫度管理。 GX 專業醫療等級冰箱除了具有較低的能源消耗和永續發展優勢之外，還具有卓越的性能。
參考
- ENERGY STAR®實驗室級產品查找器，https://www.energystar.gov/productfinder/product/certified-lab-grade-refrigeration/results
- 美國 EPA 溫室氣體當量計算器，https://www.epa.gov/energy/greenhousegas-equivalcies-calculator，2019 年 1 月造訪。
- 美國商業部門能源費率，可從美國能源資訊管理局取得： https://www.eia.gov/electricity/monthly/epm_table_grapher.php ?t=epmt_5_6_a，2018 年 12 月造訪。