能量不僅僅在日常生活里是一種昂貴的消費品,在實驗室中如何最佳地利用能量也是非常重要的。例如實驗室的冰箱必須保持精確和穩定的溫度條件，以便保護所儲存的樣品,另外,能量也應該盡可能地加以有效利用，這也是我們研發新一代低溫冰箱時關注的重點。
實驗室的節能工作往往要比日常生活的情況復雜得多。如果說在日常生活中簡單避免能源的消耗是可行的話，例如將電燈和家用電器關掉，或者少開些汽車，那么對于實驗室而言，則并非那么容易。實驗室儀器例如低溫冰箱就必須每天24小時開著，必須保持精確和穩定的溫度條件，以便保護所儲存的樣品。這樣一來就通常會引起高的電流消耗。根據這個道理Thermo Fisher Scientific 的工程師們在研發新一代低溫設備時，不僅要注意到改進其冰柜和冰箱的效能，還要注意降低其能耗。遵循這一前提，對設備的每個組件都進行了嚴格的檢驗，并對其改進的可能性進行了研究。
回歸標準
時至今日業已發展了許多方法將熱量從一個環境中移走，此乃所有制冷系統的最終目的。其中包括化學反應技術（例如基于氨的技術）、電子技術以及基于激光的制冷技術，或者基于聲學系統。其中許多方法已有行之有效的應用。這種用于在冷藏和低溫儲藏設備中進行制冷的主要技術，最早源于法拉第的氣體壓縮機械原理，方法是將一適當的氣體壓縮成液態，然后用泵直接輸送通過冷卻室，或者環繞著冷卻室進行輸送。當該液體流動時便吸收熱量并重新變為氣相狀態。 當氣體流過冷凝器時，所吸收的熱量又重新釋放出來。現代的家電、工業和實驗室的制冷系統利用的就是這種原理，并且采用了相的技術加以完善，使之能夠滿足對不同冷卻特性的要求。用于儲存食品的家用冰箱要設計得便于隨時取用。而企業領域使用模式則不同，雖然目的也要適合于保存食品，但是需要根據企業或餐館的較高要求進行特殊設計。可是并沒有一種設備能夠符合實驗室中對于DNA、RNA、蛋白質或者其它貴重樣品儲藏的特殊要求。
圖2. Thermo Fisher Scientific普惠型實驗室冰箱和低溫冰箱，具有使用方便的微程序控制和溫度記錄功能，可以廣泛地用于控制和監視貯藏條件及儀器參數。
在特殊的使用條件下
涉及實驗室的冷藏和低溫儲藏設備時，需要專門為這種應用進行開發和檢測。要采用精確的溫度控制，這是進行保存和保證樣品統一性不可或缺的，包含具有現代警報系統、更高的溫度準確性、較短的溫度平衡時間、機動的存儲可能性以及多方面的安全功能。
鑒于涉及如此廣泛的功能，這樣的實驗室冷藏和低溫儲藏設備通常耗費的電量要比民用和商業用的普通冰箱高得多。例如有些低溫儲藏的設備裝置有兩臺壓縮機，其中總有一臺在不間斷地運轉。這樣一來倘若非要保證樣品的一致性不受影響的話，就很難做到環境友好的節約用電。盡管如此，仍要本著這種最高的責任感來制造更為環保的冷藏設備。
由于用戶的要求各不相同，包括對設備大小極其不同的要求，不同溫度范圍的要求，以及在國際范圍內不同的電流電壓條件和國家地區政策性的邊界條件，研發低溫儲藏冰箱是一項極其復雜的任務。
在一般的冷藏和低溫儲藏設備中可以發現許多能源消耗器件，而它們并非對于所有運轉都是必要的。對于這樣一些器件以及與之有關的組件，都要進行提高效率而又不影響樣品統一性的研究。所以最新一代的冷藏和低溫儲藏系統，不僅能夠對樣品做到最高標準的保護，也更加環保。
冷藏系統的優化
冷藏系統“活性的”部分包括一個或幾個壓縮機、氣化裝置、冷凝器、冷卻劑和管道系統。現在，通過對所有系統組件的技術革新性的改進，實現了更好的熱傳導，減少了對工作環境的放熱作用，從而降低了能源的消耗，達到了更高的效率。壓縮機技術的進步使得冷藏系統在過去5年內效率提高了20%。
只有效率本身而沒有控制也是不能利用的，對于冷藏系統也是如此。為此開發了新的控制系統，以便準確調節制冷室的參數以及壓縮機的參數。這就意味著，這一臺或者幾臺壓縮機并非總是不停地運行，而只是在需要的時候才接通。由此進一步降低了能量消耗、噪聲水平和放熱作用。
化冰功能對于民用和商用而言往往視為理所當然的事，大多數設備都具有自動循環功能，并按照一定的時間間隔運行。但是標準的化冰循環都會導致強烈的溫度波動，從而可能危及樣品的統一性。因此在那些需要準確監控和管理的實驗室，并非一定需要這種化冰循環。在一些情況下則需要加大附加的儲藏容量，以便在必要時對設備進行化冰處理。在由于缺乏人員、時間或位置而不能夠采用手動化冰程序的情況下，許多Thermo Scientific冷藏設備都配置了集成的化冰程序，用以監控氣化裝置的溫度差異。由此能夠做到只是在絕對必要的條件時才啟動化冰循環，此時貯藏室的溫度可保持最小的升高。同時由于氣化裝置保持在最佳狀態，對于節約能源來說也很有好處。
調整的冰箱設計
與冰箱的大小無關，冷藏和低溫冰箱門上的冷凝液對箱門的密封性有不利影響，因此一直被認為是個難題。密封墊損壞會產生更高的能源消耗，還可能使貴重的樣品受熱，甚至引起箱門的凍結。解決這一問題最簡捷的方法就是對密封條稍稍加熱。可是由此又會產生兩個新的問題：其一是將熱引入到冷藏室，其二是為了加熱密封條和將多余的熱量導出冷藏室而增加了電流消耗。新的冷藏設備的設計思想是，在箱門周圍沒有必要予以加熱，這樣就節省了能耗而且又保護了冷藏樣品。
圖3. 借助于帶滑動抽屜的機架可以快捷和有目的性地取出樣品。這樣可使樣品只是在必要的情況下短時間置于環境溫度中，因此提高了能量的效率。
超低溫冰箱（ULT）在低至-80℃貯藏樣品，這樣的低溫條件可將生化反應減少到最低限度。這里極其重要的是，在從低溫設備中取出樣品時要盡可能減少冷氣的泄露和盡可能少地將樣品放置于環境溫度中。因此設備的構造和冷藏室的布置極其重要。處于首要位置的是采用分開的小室，每個小室都帶有自己的內門，允許分塊存放和取出樣品。較大的超低溫單元多達10個小室，這樣可以保證在取出單個樣品時引起的冷氣損失最小，同時也可能保證以較小的能耗，重新將開門后產生的溫度波動調回所要設定的值。另外一個好處在于，在冷藏室內位置允許的條件下，借助于所提供的滑動式抽屜插入系統，可以有效地加快取出樣品的過程。
如果在打開箱門之前能夠準確知道要取出的樣品處于設備中什么位置，同樣可以加快取出的過程。Thermo-Scientific-Revco冰箱系列（4~30℃）采用了光學玻璃門，便于清楚地看到全部樣品儲藏空間。
對于儲藏的其他因素的改進，還體現在采用技術革新的隔離技術、應用不含氟化烴的驅動介質、提高隔熱性能以及節能省電等方面。由于改進了隔離性能，能夠應用更少的材料來構建更薄的箱壁。這樣就可以在在相同的占地面積上達到更大的存貯容量。另外，通過應用新的隔離材料使得設備制造和回收處理更加環保。
上述對于設備結構的改進只有在使用者遵守有關預先的規定時，才能發揮其完全的作用。
另外，大型制造商的強勢在于不僅體現在保證樣品的統一性和環境保護上，還體現在對用戶的培訓方面。
標準的定義
實驗室儀器設備是極其復雜的，因而目前尚不能完全納入“能源之星標識系統”。 Thermo-Scientific從事冷藏設備產品的研發小組，正會同美國的協作組，包括環保局 EPA和美國環保部DOE，共同制定擴大實驗室的能源之星系統的判斷條件。
小結
在研究適用于實驗室的冷藏和低溫儲藏設備時，需要考慮許多選擇標準，包括溫度穩定性和恢復時間、對樣品統一性的保持以及安全和保護問題。制造商在提高效率的同時還要能夠考慮環境友好。這些技術上的進步和對終端用戶的培訓，為保證在實驗室依照環保的方式行事提供了可能，盡管并不容易。
背景知識：低溫冰箱
冰箱使用提示
適合自己的需要：最好盡可能使用符合個性化要求的那種冰箱。一個冰箱，即使當初購價較廉，但如果大部分時間只是部分裝載，那也是非環保性的。
具體的物品清單：極為重要的是要做一份一目了然的物品清單和保持一種透明的貯藏系統。做不到這點，使用者則可能要花費比想象更多的時間去翻找他的樣品。這樣就可能會有許多樣品被置入室溫之虞。
提前計劃：借助于一目了然的物品清單和所有必要的樣品清單，使用者便可以提前做出準確的計劃。這樣就可以減少取出樣品和將其置于環境溫度中的時間。
簡單的保養和維護：密封墊必須一直保持干凈和免受損害，要注意正確地關閉箱門。還要定期地清理空氣過濾器，以便能夠持續地保持設備的最高效率。空氣過濾器在運行期間產生的堵塞，可以簡單地予以清理。