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L’Institute of Molecular Biology (IMB) è un centro di eccellenza per quanto riguarda le scienze biologiche situato a Mainz, in Germania. Svolge ricerche accademiche nel campo della biologia dello sviluppo, dell’epigenetica e dei sistemi di riparazione del DNA per ampliare le conoscenze della comunità scientifica sul modo in cui l’essere umano si sviluppa e adatta all’ambiente e all’età e sull’insorgenza di malattie come il cancro. Il suo lavoro è riconosciuto in tutto il mondo.
L’IMB, che conta 160 collaboratori, tra cui alcuni dei massimi esperti mondiali di bioinformatica, citometria, istologia, microscopia avanzata, analisi microarray e riproduzione delle sequenze del DNA di ultima generazione, è ospitato in un complesso di laboratori all’avanguardia e dispone delle tecnologie più moderne. Prestazioni eccellenti, sostenibilità e riduzione dei costi operativi sono alcune delle priorità che guidano le attività dell’ente IMB, per questo il centro ha deciso di dotare le proprie strutture dei congelatori a temperatura ultra-bassa -86 °C e -150 °C di PHCbi, entrambi con condensatori raffreddati ad acqua.
La ricerca in IMB riguarda una notevole varietà di materiali biologici, tra cui linee di cellule umane, campioni di tessuti e cloni di proteine di origine umana. Prima dell’estrazione degli acidi nucleici e delle proteine ai fini della ricerca, tali materiali devono essere conservati a temperatura ultra-bassa. Date le delicate attività mediche e di ricerca, l’istituto IMB ha necessità di congelatori in grado di garantire livelli massimi di prestazioni e affidabilità per conservare in tutta sicurezza i propri preziosi e spesso insostituibili campioni. Le
soluzioni per il centro IMB sono state progettate in modo specifico per ridurre al minimo il consumo energetico e risparmiare risorse. Tenendo a mente tali requisiti, quando possibile le apparecchiature come congelatori, centrifughe, sistemi laser e banchi da lavoro sterili sono stati raffreddati ad acqua, invece che con sistemi tradizionali di raffreddamento ad aria, con conseguente riduzione dei costi e aumento dell’efficienza. L’uso delle apparecchiature è ulteriormente ottimizzato grazie alla condivisione delle risorse tra utenti appartenenti a gruppi di ricerca diversi.
L’istituto IMB ha selezionato 25 congelatori a temperatura ultra-bassa PHCbi MDF-U74V -86 °C e quattro congelatori criogenici PHCbi MDF-C2156VAN -150 °C. Su tutti i congelatori è possibile scegliere il sistema di refrigerazione ad acqua che è collegato al sistema centralizzato di raffreddamento ad acqua di IMB. I congelatori a temperature ultra-basse -86 °C da 728 litri con ingombro minimo ed efficienza energetica avanzata conservano più di 25.000 diversi cloni di codifica delle proteine umane, mentre i capienti congelatori criogenici -150 °C (da 231 litri) contengono numerose linee di cellule umane, linee di cellule tumorali e campioni di tessuto.
Il dottor Korn, ex direttore del dipartimento Core Facilities and Technology dell’istituto IMB1, spiega: “Quello che apprezziamo maggiormente dei congelatori PHCbi è la loro capacità di garantire un ambiente estremamente stabile e costante, senza fluttuazione di temperatura. L’isolamento delle porte interne riduce le variazioni di temperatura all’apertura del congelatore e inoltre è una soluzione che offre ampio spazio per cassette di grandi dimensioni. Gli scaffali possono essere sistemati con notevole flessibilità per rispondere alle necessità di conservazione dei nostri diversi gruppi di ricerca. I congelatori sono semplici da utilizzare e apprezziamo in particolare la collocazione laterale dell’interruttore di alimentazione.
Infatti in questo modo non si corre il rischio di spegnimento accidentale del dispositivo, un pericolo esistente in caso di interruttore in posizione frontale.”
L’isolamento VIP di PHCbi riduce in modo significativo l’ingombro complessivo e migliora l’efficienza energetica dei congelatori rispetto a quelli con isolamento tradizionale, garantendo così una eccellente uniformità della temperatura.
I congelatori -150 °C MDF-C2156VAN di PHCbi dispongono di un sistema di refrigerazione a cascata specificamente progettato con compressori Cool Safe®. Questi compressori per applicazioni specifiche utilizzano processi innovativi di retroazione del refrigerante per ridurre rapidamente la temperatura del compressore, limitare la produzione di calore, allungare la vita del compressore e, di conseguenza, quella dei congelatori. All’interno dei congelatori le temperatura è assolutamente uniforme.
Molti congelatori a temperature ultra-basse di PHCbi dispongono di un innovativo scambiatore di calore a tubo capillare che ne migliora notevolmente l’efficienza complessiva. L’ottimizzazione delle aree disponibili per lo scambio di calore rende il sistema più affidabile e riduce il consumo energetico. Inoltre, alcuni modelli possono essere forniti con un condensatore con raffreddamento ad acqua in modo da permettere ai laboratori come IMB con sistema refrigerato di ricircolo dell’acqua di diminuire la richiesta di condizionamento dell’aria all’interno della struttura per il congelamento, utilizzare altrimenti l’energia termica e conseguire ulteriori risparmi.
Il raggiungimento di temperature ultra-basse richiede un notevole scambio termico in diverse fasi della refrigerazione. Il gas refrigerante caldo ad alta pressione viene raffreddato fino ad assumere lo stato liquido nel condensatore, il componente più essenziale per lo scambio termico. Nei congelatori a temperature ultra-basse il calore viene rilasciato nell’ambiente circostante. L’energia termica generata viene quindi dispersa nell’ambiente e, nella maggior parte dei casi, deve essere rimossa dall’edificio attraverso il condizionamento dell’aria, con conseguente notevole dispendio di energia. Nel caso in cui si verificassero problemi al sistema di condizionamento dell’aria, la stanza potrebbe surriscaldarsi in tempi relativamente brevi.
I congelatori a temperature ultra-basse PHCbi con raffreddamento ad acqua dispongono di scambiatore di calore a doppia piastra che ottimizza il trasferimento di energia termica dal refrigerante al circuito ad acqua chiuso. La dispersione del calore è più efficace se ottenuta mediante acqua, invece che con aria, con conseguenti benefici per il compressore in termini di efficienza. Per questo il consumo di corrente di un congelatore a temperature ultra-basse con raffreddamento ad acqua può essere ridotto del 15–20% rispetto a un dispositivo equivalente raffreddato ad aria. La dispersione del calore mediante acqua implica inoltre una notevole riduzione del lavoro a carico del sistema di condizionamento dell’aria e un risparmio ulteriore. L’energia risparmiata grazie al sistema di raffreddamento ad acqua può essere impiegata per altri scopi all’interno della struttura, per esempio per riscaldare l’edificio o l’acqua per il lavaggio delle mani, riducendo il costo energetico dell’intero stabile. Oltre ai benefici ambientali ed economici citati, un sistema con raffreddamento ad acqua migliora le prestazioni del congelatore e la protezione dei campioni.
La notevole capacità di raffreddamento dell’acqua porta a una riduzione dei tempi di raffreddamento del 40%, che si traduce in un recupero della temperatura più rapido dopo l’apertura della porta e in una maggiore sicurezza del campione. In caso di guasto del sistema di condizionamento dell’aria nella stanza del congelatore, l’ambiente si riscalderà più lentamente poiché il calore disperso sarà inferiore, contribuendo a mantenere il congelatore in funzione e a proteggere i campioni.
“Se nella stanza del congelatore viene disperso meno calore, è necessario garantire solo la ventilazione senza il condizionamento dell’aria il quale non solo consuma energia, ma spreca anche il calore. L’acqua circola a 18 °C e mantiene i congelatori a 23–24 °C. Tuttavia, l’energia termica prodotta non viene sprecata perché contribuisce a riscaldare tutto l’edificio” spiega il dottor Korn. “Con più di 100 strumenti in tutto il centro IMB collegati al sistema di raffreddamento ad acqua, solo pochi laboratori e sale di rilevamento hanno bisogno di essere attivamente refrigerate. I risultati sono la riduzione del costo energetico per IMB e benefici per l’ambiente.” Inoltre, per ottimizzare l’efficienza, il personale di IMB avvia gli strumenti e le attrezzature al massimo della loro capacità. I congelatori PHCbi sono collocati insieme in uno spazio dedicato che permette di usare un sistema di allarme e di monitoraggio centralizzato per tenere costantemente sotto controllo la temperatura, l’alimentazione elettrica e l’acqua di raffreddamento per tutte le unità.
“Sebbene abbia significato una spesa iniziale maggiore rispetto agli omologhi raffreddati ad aria, i modelli con condensatore raffreddato ad acqua permettono a IMB di usare meno energia e risparmiare notevolmente nel medio e lungo periodo. Pensiamo che sia il modo giusto di guardare al futuro” dichiara il dottor Korn. “L’installazione dei congelatori è stata immediata: i dispositivi sono arrivati, sono stati collegati all’acqua di raffreddamento e appena accesi hanno iniziato a funzionare!”
Da tempo PHCbi ha incluso un’opzione ibrida di raffreddamento ad acqua per la sua serie di congelatori ecologici (MDF-DU300H, MDF-DU500VH e MDF-DU700VH). Questo sistema ibrido garantisce una sicurezza del campione ancora maggiore perché permette il funzionamento del congelatore tramite un condensatore con raffreddamento ad aria che si aziona in caso di guasto del sistema di raffreddamento ad acqua, proteggendo i campioni anche in circostanze straordinarie.
Il raffreddamento ad acqua è la soluzione ideale per qualunque struttura disponga di un circuito di ricircolo ad acqua fredda visto che non offre solo un notevole risparmio energetico con un ridotto impatto ambientale, ma anche migliori prestazioni e sicurezza del campione.