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Tiefkühlschränke

Energieoptimierung zahlt sich aus

| Autor/ Redakteur: Gordon Shields* / Marc Platthaus

Energie ist nicht nur im privaten Alltag ein kostspieliges Gut. Auch im Labor spielt die optimale Energieausnutzung eine immer größere Rolle. Laborkühlschränke müssen beispielsweise präzise und stabile Temperaturbedingungen einhalten, um den Schutz der gelagerten Proben zu gewährleisten. Die hierfür benötigte Energie sollte möglichst effizient genutzt werden. Dies stand bei der Entwicklung einer neuen Generation von Tiefkühlschränken im Vordergrund.

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1 Zur Lagerung von empfindlichen oder wertvollen Laborproben gehören Tiefkühlschränke zur Standardausrüstung im Labor. (Bilder: Thermo Fisher Scientific)
1 Zur Lagerung von empfindlichen oder wertvollen Laborproben gehören Tiefkühlschränke zur Standardausrüstung im Labor. (Bilder: Thermo Fisher Scientific)
( Archiv: Vogel Business Media )

Energieeinsparung im Labor zu realisieren, ist häufig deutlich komplizierter als im normalen Alltag. Während einfache Vermeidung des Energieverbrauchs im täglichen Leben eine praktikable Strategie ist – beispielsweise Lampen und Elektrogeräte im Haushalt auszuschalten oder weniger Auto zu fahren – ist dies im Labor nicht immer möglich. Laborgeräte wie Tiefkühllagerschränke müssen 24 Stunden am Tag betrieben werden. Sie müssen präzise und stabile Temperaturbedingungen einhalten, um den Schutz der gelagerten Proben zu gewährleisten. Dies verursacht normalerweise einen hohen Stromverbrauch. Aus diesem Grund haben die Thermo-Scientific-Ingenieure bei der Entwicklung ihrer neuen Tiefkühllagergeräte nicht nur darauf geachtet, die Leistung der Schränke und Truhen zu verbessern, sondern gleichzeitig auch den Energieverbrauch zu reduzieren. Unter dieser Prämisse wurde jede einzelne Gerätekomponente kritisch überprüft und Verbesserungsmöglichkeiten wurden untersucht.

Zurück zum Standard

Viele unterschiedliche Methoden wurden bisher entwickelt, um Hitze aus einer Umgebung abzuziehen, was letztendlich das Ziel aller Kühlsysteme ist. Dazu gehören unter anderem chemische Reaktionen (z.B. auf Ammoniak-Basis), Elektronik (z.B. Peltier-Schaltungen), laserbasierte Kühlungen oder auch akustische Systeme. Viele dieser Methoden haben sich für Nischenapplikationen bewährt. Die Haupttechnologie, die für die Kaltlagerung in Kühl- und Tiefkühlgeräten eingesetzt wird, basiert jedoch auf dem ursprünglichen mechanischen Konzept der Dampfkompressions-Kühlung von Faraday. Bei dieser Methode wird ein geeignetes Gas in seine flüssige Phase komprimiert und durch den Kühlraum bzw. um den Kühlraum herum gepumpt. Wenn das Gas durchfließt, absorbiert es Wärme und geht dadurch wieder in die Gasphase über. Wenn das Gas durch den Kondensator fließt, wird die aufgenommene Wärme wieder abgegeben. Moderne Kühlsysteme für Haushalt, Industrie und Labor haben dieses Konzept übernommen und mit neuen Technologien ergänzt, um die für jeden Bereich unterschiedlichen Kühleigenschaften zu erreichen. Geräte für den Haushalt sind so konzipiert, dass sie Lebensmittel für einen gelegentlichen Zugriff lagern. Modelle für den gewerblichen Bereich hingegen, die durchaus auch für die Aufbewahrung von Lebensmitteln geeignet sind, wurden speziell für die höheren Anforderungen eines Geschäftes oder Restaurants konzipiert. Keines der Geräte entspricht jedoch den speziellen Ansprüchen der Lagerung von DNA, RNA, Proteinen oder anderen wertvollen Proben im Labor.

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Für spezielle Einsatzbedingungen

Kühl- und Tiefkühllagergeräte für das Labor werden speziell für diesen Einsatzbereich entwickelt und getestet – mit präziser Temperaturregelung, die für die Konservierung und die Integrität von Proben unerlässlich sind. Hierzu gehören auch moderne Alarmsysteme, eine höhere Temperaturgenauigkeit, kürzere Temperaturerholzeiten, flexiblere Lagermöglichkeiten sowie vielfältige Sicherheitsfunktionen. Aufgrund dieser umfangreichen Funktionen, die zur Sicherstellung einer hohen Probenintegrität unverzichtbar sind, verursachen Laborkühl- und -tiefkühlgeräte in der Regel einen höheren Stromverbrauch als herkömmliche Geräte für den privaten oder kommerziellen Einsatz. Einige Tiefkühlgeräte sind beispielsweise mit zwei Kompressoren ausgestattet, von denen einer kontinuierlich läuft. Somit ist es schwierig, umweltfreundlich zu sein, wenn die Probenintegrität nicht gefährdet werden darf. Trotzdem war es oberstes Ziel für die Verantwortlichen, die Thermo Scientific Kühllagergeräte umweltfreundlicher zu gestalten.

Die Entwicklung eines Tiefkühlschranks ist aufgrund verschiedener individueller Anforderungen der Anwender extrem komplex. Dies beinhaltet z.B.:

  • den sehr unterschiedlichen Bedarf an Gerätegrößen,
  • unterschiedliche Temperaturbereiche sowie
  • unterschiedliche Stromspannungen und länderspezifische gesetzliche Rahmenbedingungen im internationalen Bereich.

In herkömmlichen Kühl- und Tiefkühllagergeräten finden sich viele Energieverbraucher, die nicht alle betriebsnotwendig sind. Diese und die damit zusammenhängenden Komponenten wurden alle mit dem Ziel untersucht, die Geräteeffizienz zu steigern, ohne die Probenintegrität zu beeinflussen. Daher bieten die Kühl- und Tiefkühllagersysteme der neuesten Generation nicht nur höchsten Probenschutz, sondern sind auch deutlich umweltfreundlicher.

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