L’entreposage frigorifique de qualité médicale est une catégorie d’équipement critique pour les applications cliniques. Il est nécessaire de garantir que les thérapies sanguines sensibles à la température, les échantillons cliniques, les réactifs/contrôles, les médicaments et les vaccins sont correctement protégés pour maintenir la sécurité des patients, soutenir la conformité réglementaire et prévenir les pertes économiques.
La nouvelle technologie de refroidissement améliore les performances des entrepôts frigorifiques de qualité médicale grâce à des compresseurs à capacité variable (VCC), des moteurs à commutation électronique (ECM) et des réfrigérants à base d'hydrocarbures naturels. Cet article décrit ces technologies et discute des avantages qui en résultent pour les applications cliniques utilisant la technologie OptiCool™ dans les solutions de stockage à froid GX de Helmer Scientific.
APERÇU
Technologie à vitesse variable
La technologie du système de refroidissement OptiCool™ utilise des compresseurs à capacité variable (VCC) à la place des compresseurs à capacité fixe (FCC). Les compresseurs FCC traditionnels à vitesse unique fonctionnent à la vitesse maximale ou s'éteignent complètement. Cette méthode de fonctionnement du compresseur est efficace lorsqu'une capacité de refroidissement élevée est requise pour abaisser rapidement les températures, mais elle n'est pas optimisée pour les applications pouvant nécessiter une faible capacité de refroidissement pendant un certain temps. Les compresseurs à capacité variable (VCC) sont conçus pour fonctionner en utilisant une large plage de vitesses, et la vitesse de fonctionnement répondra de manière appropriée et efficace pour maintenir la température cible.
Utilisés en combinaison avec le VCC, les nouveaux moteurs à commutation électronique (ECM) remplacent les moteurs moins efficaces historiquement utilisés dans la réfrigération de qualité médicale. Ces nouveaux ECM permettent au ventilateur de l'évaporateur du système (le ventilateur qui fait circuler l'air dans tout le système) de fonctionner à des vitesses variables comme le VCC. Les vitesses du moteur varient en fonction des conditions, afin de garantir que l'évaporateur fonctionne à un niveau optimisé pour maintenir la température souhaitée de l'armoire. En fonctionnant à des vitesses variables, ces ECM améliorent considérablement l'efficacité du système et la chaleur générée par le ventilateur de l'évaporateur est considérablement réduite, réduisant ainsi la demande sur le système de compresseur de l'unité.
Figure 1. Capacité variable par rapport à la vitesse de fonctionnement du compresseur conventionnel
Les VCC fonctionnent à des vitesses variables (en fonction des conditions de fonctionnement) pour maintenir la température plutôt que de simplement s'arrêter et se rallumer comme les compresseurs à capacité fixe des réfrigérateurs conventionnels de qualité médicale.
Pour les applications d'entreposage frigorifique de qualité médicale, le VCC et la vitesse du ventilateur de l'évaporateur jouent un rôle important pour permettre un fonctionnement efficace, tout en garantissant que les produits et les échantillons sensibles à la température restent stockés dans des conditions appropriées. Par exemple, lorsque les portes d'un réfrigérateur de qualité médicale sont ouvertes ou qu'un produit chargé en chaleur est introduit dans l'armoire, il est essentiel que l'unité de stockage frigorifique retrouve rapidement sa température. Dans ce cas, le VCC et le ventilateur de l'évaporateur fonctionneront à la vitesse la plus élevée possible pour ramener rapidement les températures dans la plage. Lorsque l'entrepôt frigorifique n'est accessible que périodiquement ou n'est pas utilisé pendant de longues périodes (par exemple dans une clinique fermée la nuit/le week-end ou dans une zone à faible utilisation d'un hôpital), le VCC et le ventilateur de l'évaporateur fonctionneront à des vitesses très faibles pour maintenir efficacement températures.
Réfrigérants à base d'hydrocarbures naturels
La technologie du système de refroidissement OptiCool™ utilise des réfrigérants à base d'hydrocarbures naturels à la place des réfrigérants hydrofluorocarbonés (HFC). Les hydrocarbures naturels sont des réfrigérants respectueux de l'environnement qui ont un impact très limité sur le potentiel de réchauffement climatique (PRG) et aucun impact sur le potentiel d'appauvrissement de la couche d'ozone (ODP). Cette catégorie de réfrigérants est considérée comme inoffensive pour l'environnement et s'est également avérée très efficace en permettant une charge de réfrigérant considérablement inférieure par rapport aux HFC.
Les réfrigérants à base d'hydrocarbures sont différents des HFC. Alors que les réfrigérants à base d'hydrocarbures sont des gaz organiques naturels, les HFC sont des gaz fabriqués chimiquement qui peuvent rester dans l'atmosphère jusqu'à 30 ans après leur rejet. Les réfrigérants à base d'hydrocarbures ont été développés comme une alternative sûre, efficace et efficiente aux HFC.
Outre les avantages techniques des hydrocarbures naturels par rapport aux réfrigérants traditionnels, la réglementation mondiale en matière de développement durable pousse l'industrie de la réfrigération à remplacer les HFC par des réfrigérants à base d'hydrocarbures naturels. Le programme Significant New Alternatives Program de l'Environmental Protection Agency des États-Unis (programme EPA SNAP) a été conçu pour identifier et évaluer des substituts aux substances qui ont des effets négatifs sur l'environnement. Le programme EPA SNAP répertorie les réfrigérants à base d'hydrocarbures comme remplacement des HFC. Des pressions réglementaires et législatives similaires existent dans de nombreux pays qui ont ratifié l’amendement de Kigali. Cela inclut, sans toutefois s'y limiter, les membres de l'Union européenne et le Canada. La technologie OptiCool™ soutient ces initiatives mondiales de développement durable grâce à l'adoption de réfrigérants à base d'hydrocarbures naturels conçus pour répondre aux problèmes de réchauffement climatique et d'appauvrissement de la couche d'ozone.
AMÉLIORATIONS POUR LES APPLICATIONS CLINIQUES
Les améliorations de la technologie de la réfrigération entraînent des avantages directs pour les travailleurs de la santé, les utilisateurs finaux des équipements et les patients. En tirant parti des réfrigérants VCC, ECM et hydrocarbures naturels, la technologie OptiCool™ entraîne les améliorations de performances suivantes :
Performances en température
Les performances d’entreposage frigorifique de qualité médicale sont définies comme l’uniformité, la stabilité et la récupération de la température.
L'uniformité de la température est la mesure de la cohérence de la température dans tous les emplacements utilisables de l'armoire. Une uniformité étroite garantit que le contenu est maintenu à la bonne température quel que soit l'emplacement de stockage. Les équipements de qualité non médicale peuvent avoir de mauvaises performances d'uniformité et peuvent inclure des points chauds et froids qui font sortir le produit de la plage de température. Cela peut créer des risques à la fois en matière de sécurité et de réglementation. Par conséquent, de nombreuses applications cliniques, telles que le stockage des vaccins et du sang, nécessitent le recours à des chambres froides de meilleure qualité. La technologie OptiCool™ utilisée dans les solutions Helmer Scientific GX conduit à une uniformité de température de +/-1 degré C, permettant aux utilisateurs cliniques d'utiliser en toute confiance tous les emplacements de stockage à l'intérieur de l'armoire, même pour les produits les plus sensibles à la température.
Figure 2. Uniformité de la température – GX Solutions
La récupération de température est la mesure du temps nécessaire à une armoire frigorifique pour revenir à la température de consigne après l'ouverture d'une porte. Une récupération rapide de la température est nécessaire pour garantir que les ouvertures de porte ne font pas sortir les produits des plages de température étroites requises pour les produits cliniques.
Les compresseurs à capacité variable associés à une conception puissante à air pulsé permettent des échanges d'air rapides une fois la porte fermée. Ces échanges d’air sont importants pour les ouvertures de portes de routine. Une étude menée par le NIST en 2016 a déterminé que dans une clinique, le personnel peut accéder aux réfrigérateurs plus de 30 fois en une seule heure. Les performances de récupération de température sont également essentielles lorsque l’on envisage des ouvertures de porte prolongées en raison d’inventaires ou de réapprovisionnement. Les évaluations de la technologie de refroidissement OptiCool™ ont démontré que pendant 8 secondes d'ouverture de porte (distribution de base du produit), la température de l'armoire du réfrigérateur ne sortait jamais de la plage de stockage autorisée. Pour les ouvertures de porte prolongées de 3 minutes (charge d'inventaire avec augmentation significative de la température de l'armoire), les unités sont rapidement ramenées à la plage cible en seulement 11 minutes.
Figure 3. Récupération de température – GX Solutions
La stabilité de la température mesure l'efficacité avec laquelle l'unité de stockage frigorifique maintient la température au point de consigne, même pendant les cycles du compresseur et de dégivrage automatique. La technologie de réfrigération conventionnelle entraîne des écarts de température plus importants par rapport au point de consigne, même en fonctionnement stable. Cela est dû au fait que les compresseurs à capacité fixe s'allument et s'éteignent régulièrement pour réagir, lorsque les températures dérivent au-dessus et en dessous du point de consigne. Avec les compresseurs à capacité variable, la technologie OptiCool™ permet au compresseur de fonctionner à la vitesse précise nécessaire pour maintenir la température réglée et réduira considérablement la fréquence des cycles du compresseur observée avec la technologie conventionnelle. La stabilité est maintenue à des niveaux très élevés lorsque les compresseurs à capacité variable sont correctement mis en œuvre. La technologie de refroidissement OptiCool™ utilisée dans les solutions d'entreposage frigorifique Helmer GX permet d'obtenir une stabilité avec une variabilité inférieure à 1 degré Celsius par rapport au point de consigne. Cela permet de garantir que les produits sensibles, coûteux et hautement réglementés restent à la bonne température.
Figure 4. Stabilité de la température – GX Solutions
Efficacité énergétique
Les réfrigérateurs Helmer Scientific qui exploitent la technologie de refroidissement OptiCool™ sont 50 à 60 % plus économes en énergie que les réfrigérateurs médicaux conventionnels. Par exemple, le réfrigérateur de laboratoire sous comptoir HLR105-GX a été évalué par un laboratoire de test tiers à l'aide du protocole de test Energy Star. Ce protocole a mis le réfrigérateur à l'épreuve sur une période de 24 heures avec une série d'ouvertures de porte et un fonctionnement à porte fermée en régime permanent.
Les résultats de cette évaluation ont démontré que le réfrigérateur HLR105-GX ne consommait que 1,2 kWh/jour d'énergie, ce qui représente moins de la moitié de l'énergie requise par une unité conventionnelle de même taille, testée selon le même protocole. Les données de consommation d'énergie sont publiées sur le site Web ENERGY STAR pour les réfrigérateurs de laboratoire haute performance. Les unités de stockage frigorifique utilisant la technologie de refroidissement OptiCool™ dépassent les objectifs de consommation d'énergie définis par Energy Star. Ces unités sont certifiées Energy Star.
Figure 5. Comparaison de la consommation d'énergie entre des modèles comparables de réfrigérateurs sous comptoir
Consommation d'énergie : les réfrigérateurs professionnels GX de qualité médicale sont 50 à 65 % plus efficaces que les appareils conventionnels.
*Tests ENERGY STAR ® Horizon Series™
Améliorations du bruit
La réduction du bruit dans les établissements de santé, notamment dans les zones de soins aux patients ou dans les zones de travail du personnel, est une priorité. Le niveau de bruit moyen dans les hôpitaux américains a été signalé entre 50 et 90 décibels (source du site dans du papier antibruit) - aussi fort qu'une circulation intense ou qu'un aspirateur en marche. Investir dans des équipements plus silencieux est un moyen pour les hôpitaux de répondre à cette préoccupation
La technologie de refroidissement OptiCool™ est conçue pour réduire le bruit. Des compresseurs silencieux, combinés à une technologie à vitesse variable, limitent le temps pendant lequel les compresseurs et les ventilateurs de l'évaporateur fonctionnent à des vitesses élevées, réduisant ainsi considérablement le bruit généré par le système. Lors de l'évaluation des unités de stockage frigorifique dotées de la technologie de refroidissement OptiCool™, le bruit a été réduit de 17 décibels par rapport à un réfrigérateur traditionnel de qualité médicale. Chaque augmentation de 10 décibels représente une multiplication par 10 du bruit. Par conséquent, une réduction de 17 fois du bruit du système présente un avantage significatif pour le personnel de santé et les patients. Le réfrigérateur Helmer Scientific GX Solutions limite le bruit équivalent à celui d'un environnement de bureau calme.
Figure 6. Comparaison de la production de bruit
Chaque augmentation de 10 dB sur l’échelle équivaut à une multiplication par 10 de l’intensité sonore.
Fiabilité
Les systèmes de santé citent régulièrement la fiabilité comme l’attribut le plus important dans leur sélection d’entrepôts frigorifiques de qualité médicale. Il est essentiel d’éviter les temps d’arrêt et les visites de service imprévues pour maintenir l’efficacité. La sélection de marques ayant fait leurs preuves en matière de fiabilité et de performances améliore la prévisibilité du coût total de possession et des besoins en matière de planification des investissements. Les solutions Helmer Scientific GX ont été conçues et testées pour une fiabilité à long terme dans un environnement de R&D et de fabrication FDA GMP. Ces unités de stockage frigorifique ont une durée de vie utile minimale de 10 ans ainsi qu'un engagement de service et d'assistance de 10 ans.
Des tests de durée de vie accélérés (ALT) sont effectués dans le cadre du processus de conception de Helmer pour garantir la fiabilité. Les tests de durée de vie accélérés (ALT) identifient et traitent les modes de défaillance possibles avant la mise à disposition de l'équipement pour une utilisation générale. Cela expose également les unités à des niveaux de contraintes très élevés qui mettent le système à rude épreuve jusqu'aux niveaux des sous-ensembles et des composants. Enfin, ALT garantit que la conception de l'unité peut résister aux rigueurs d'une utilisation quotidienne pendant une durée de vie de 10 ans.
Les ingénieurs en fiabilité de Helmer Scientific ont terminé avec succès ces processus de tests sur les unités GX Solutions en utilisant la technologie de refroidissement OptiCool™ pour vérifier un engagement minimum de 10 ans en matière de performances et de fiabilité.
CONCLUSION
La technologie de refroidissement OptiCool™ applique les réfrigérants VCC, ECM et hydrocarbures naturels aux entrepôts frigorifiques de qualité médicale. Ces technologies sont conçues pour améliorer à la fois les performances et la fiabilité du système global, ainsi que pour répondre à l’évolution de la réglementation environnementale mondiale. Les évaluations de la technologie OptiCool™ ont démontré des performances en matière de température, une efficacité énergétique, une réduction du bruit et des niveaux élevés de fiabilité. Helmer Scientific est heureux de proposer cette technologie dans GX Solutions.