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熱損耗和熱傳遞對(duì)醫(yī)用冰箱計(jì)量校準(zhǔn)的影響

0 引言

       在現(xiàn)代醫(yī)療體系中,醫(yī)用冰箱作為儲(chǔ)存藥品、疫苗、試劑及生物制品等溫度敏感物品的關(guān)鍵設(shè)備,其溫度控制精度和運(yùn)行穩(wěn)定性直接影響儲(chǔ)存物品的有效性和安全性。醫(yī)用冰箱的計(jì)量校準(zhǔn)工作主要聚焦溫濕度參數(shù),依據(jù)JJF1101—2019《環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備溫度、濕度參數(shù)校準(zhǔn)規(guī)范》執(zhí)行。該規(guī)范詳細(xì)規(guī)定了技術(shù)要求、設(shè)定條件和操作程序等技術(shù)指標(biāo)。然而,受檢設(shè)備性能和環(huán)境條件等因素影響,醫(yī)用冰箱的實(shí)際校準(zhǔn)往往難以滿足規(guī)范規(guī)定的穩(wěn)態(tài)測(cè)試條件。因此,本文系統(tǒng)分析醫(yī)用冰箱現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)的主要干擾因素,并提出相應(yīng)計(jì)量校準(zhǔn)優(yōu)化策略。

 

1 熱損耗和熱傳遞的概述

       熱損耗是指能量傳遞過程中因各種因素引發(fā)的熱量損失現(xiàn)象。在熱力學(xué)系統(tǒng)中,這種損耗通常發(fā)生在加熱或冷卻過程中,可通過擴(kuò)展有效換熱面積、優(yōu)化換熱介質(zhì)參數(shù),以及采用高效傳熱技術(shù)來予以抑制。在電路系統(tǒng)中,熱損耗則表現(xiàn)為電流通過電子器件時(shí),由于阻抗作用將電能轉(zhuǎn)化為熱能而產(chǎn)生的能量耗散。熱傳遞是在無外界做功條件下,因溫度梯度引起的能量轉(zhuǎn)移過程,其本質(zhì)是系統(tǒng)微觀粒子無序動(dòng)能的變化。熱傳遞主要通過三種機(jī)制實(shí)現(xiàn):熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流和熱輻射。熱傳導(dǎo)是能量通過物質(zhì)內(nèi)部晶格振動(dòng)或自由電子遷移實(shí)現(xiàn)的能量傳遞,是最基本的熱傳遞方式。熱對(duì)流是流體(氣體或液體)與固體表面接觸時(shí),通過流體運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的熱量轉(zhuǎn)移。熱輻射是不依賴介質(zhì),通過特定波長(zhǎng)電磁波進(jìn)行的熱能傳遞。在醫(yī)用冰箱的運(yùn)行過程中,熱損耗和熱傳遞效應(yīng)會(huì)對(duì)其溫度性能產(chǎn)生顯著影響。本研究重點(diǎn)分析熱損耗和熱傳遞對(duì)醫(yī)用冰箱溫度偏差、溫度波動(dòng)度以及溫度均勻度的影響機(jī)制。

 

2 熱損耗對(duì)溫度偏差的影響

       醫(yī)用冰箱是用于儲(chǔ)存藥品、疫苗、酶制劑、激素、血液制品(如血小板)、生物樣本(如精液、皮膚移植組織、動(dòng)物組織)、RNA提取物、基因文庫(kù),以及重要生物化學(xué)試劑等特殊物品的專業(yè)冷藏設(shè)備[3]。作為科研機(jī)構(gòu)、醫(yī)療機(jī)構(gòu)、制藥企業(yè)和藥房等場(chǎng)所的必備設(shè)備,醫(yī)用冰箱具有精密的溫度控制系統(tǒng),其對(duì)溫度控制精度和穩(wěn)定性的要求遠(yuǎn)高于家用冰箱。與冷庫(kù)和大型陰涼柜相比,醫(yī)用冰箱具有安裝便捷、可移動(dòng)性強(qiáng)、維護(hù)成本低和占地面積小等優(yōu)勢(shì)。醫(yī)用冰箱的制冷系統(tǒng)通過壓縮機(jī)將熱量傳遞至冷凝器中的制冷劑中。為了快速散熱,制冷劑需在壓縮機(jī)作用下增壓升溫,使冷凝器溫度高于環(huán)境溫度,從而實(shí)現(xiàn)熱量向外界釋放,同時(shí)完成制冷劑的液化循環(huán)。部分采用內(nèi)嵌式冷凝器的機(jī)型,其散熱組件與箱體外壁集成,這導(dǎo)致冰箱表面溫度升高。然而,熱損耗的存在往往導(dǎo)致箱內(nèi)溫度難以達(dá)到設(shè)定值,從而引發(fā)溫度偏差。具體而言,熱損耗對(duì)溫度偏差的影響主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面:

 

       1)冷凝器散熱效率不足。受限于散熱面積和環(huán)境條件,冷凝器無法及時(shí)完全散熱,導(dǎo)致箱體表面溫度升高,進(jìn)而影響箱內(nèi)溫度分布的均勻性。2)壓縮機(jī)工況波動(dòng)。作為制冷循環(huán)的核心動(dòng)力源,壓縮機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性直接影響制冷效果。其運(yùn)行不穩(wěn)定會(huì)導(dǎo)致制冷劑流量波動(dòng)以及蒸發(fā)器溫度變化,從而影響箱內(nèi)溫度穩(wěn)定性。3)箱門頻繁開啟。醫(yī)務(wù)人員頻繁取用物品導(dǎo)致箱內(nèi)外熱交換加劇,增加熱損耗,影響溫度穩(wěn)定性。

 

3 熱傳遞對(duì)溫度波動(dòng)度的影響

       在醫(yī)用冰箱性能檢測(cè)過程中,需模擬實(shí)際使用環(huán)境進(jìn)行測(cè)試。然而,實(shí)際使用中存在的箱內(nèi)外溫差過大、箱門頻繁開關(guān)導(dǎo)致的對(duì)流換熱等因素,常常使箱內(nèi)溫度波動(dòng)幅度增大。這種溫度波動(dòng)不僅會(huì)影響儲(chǔ)存藥品和試劑的質(zhì)量穩(wěn)定性及有效性,還會(huì)對(duì)校準(zhǔn)結(jié)果的準(zhǔn)確性產(chǎn)生顯著影響。

 

4 熱傳遞對(duì)溫度均勻度的影響

       醫(yī)用冰箱通常采用透明門體設(shè)計(jì),便于醫(yī)務(wù)人員快速識(shí)別儲(chǔ)存物品。然而,這種設(shè)計(jì)存在熱輻射問題,即環(huán)境光源(如照明和日光)通過透明門體與儲(chǔ)存物品發(fā)生輻射換熱,導(dǎo)致受光區(qū)域溫度高于背光區(qū)域。另外,受限于內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制冷劑流動(dòng)方式等因素,冰箱內(nèi)部往往存在溫度分布不均勻的現(xiàn)象。

 

5 醫(yī)用冰箱計(jì)量校準(zhǔn)優(yōu)化策略

       基于上述分析,醫(yī)用冰箱校準(zhǔn)應(yīng)采取針對(duì)性策略,通過有效控制熱損耗等影響因素來提高校準(zhǔn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

 

5.1 遵循JJF1101—2019并結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行操作

       醫(yī)用冰箱校準(zhǔn)應(yīng)嚴(yán)格遵循JJF1101—2019《環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備溫度、濕度校準(zhǔn)規(guī)范》的技術(shù)要求和操作程序。同時(shí),需結(jié)合實(shí)際使用情況進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整,以降低熱損耗等因素對(duì)校準(zhǔn)結(jié)果的影響。具體而言,可與使用方協(xié)商確定檢測(cè)負(fù)載條件、物品擺放位置及常用溫度設(shè)置點(diǎn),在此基礎(chǔ)上確定合理的設(shè)備內(nèi)部溫濕度平衡時(shí)間,并詳細(xì)記錄測(cè)試數(shù)據(jù),在結(jié)果中予以說明。根據(jù)JJF1101—2019要求,校準(zhǔn)過程中溫度傳感器應(yīng)均勻分布在設(shè)備工作空間的上、中、下三個(gè)層面。測(cè)量點(diǎn)數(shù)量應(yīng)根據(jù)設(shè)備容積合理確定。圖1是設(shè)備容積小于2m3時(shí)的傳感器放置示意圖。

設(shè)備容積小于等于2 m3放置傳感器示意圖

5.2 加強(qiáng)設(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng)工作

       為降低熱損耗和熱傳遞對(duì)醫(yī)用冰箱校準(zhǔn)結(jié)果的影響,應(yīng)加強(qiáng)設(shè)備的日常維護(hù)與保養(yǎng)。具體措施包括:定期清潔冷凝器和蒸發(fā)器以確保散熱效率;檢查并緊固門封條以降低熱交換;定期檢測(cè)和更換制冷劑以維持流量穩(wěn)定。這些維護(hù)措施能有效減少熱損耗,提高設(shè)備性能穩(wěn)定性,從而降低對(duì)校準(zhǔn)結(jié)果的影響。

 

5.3 引入先進(jìn)的溫度控制系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)技術(shù)

       為提高醫(yī)用冰箱的溫度控制精度和運(yùn)行可靠性,可引入先進(jìn)的溫度控制與監(jiān)測(cè)技術(shù)。具體包括:采用智能溫控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)箱內(nèi)溫度的精確調(diào)控;運(yùn)用高精度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度變化,并自動(dòng)調(diào)節(jié)制冷劑流量和溫度等參數(shù),確保箱內(nèi)溫度穩(wěn)定均勻。這些技術(shù)的應(yīng)用不僅能提升設(shè)備性能和運(yùn)行穩(wěn)定性,還可有效降低熱損耗等因素對(duì)校準(zhǔn)結(jié)果的影響。

 

5.4 優(yōu)化數(shù)據(jù)處理的計(jì)算方法

       在實(shí)際計(jì)量校準(zhǔn)中,部分藥品或試劑保持持續(xù)冷藏狀態(tài),無法滿足校準(zhǔn)規(guī)范規(guī)定的空載條件。因此,可根據(jù)用戶需求在負(fù)載條件下進(jìn)行檢測(cè),但需詳細(xì)記錄負(fù)載情況。計(jì)量人員在評(píng)定負(fù)載條件下的測(cè)量不確定度時(shí),應(yīng)系統(tǒng)評(píng)估負(fù)載產(chǎn)生的熱擾動(dòng)效應(yīng),避免直接套用空載評(píng)定數(shù)據(jù)。此外,可通過大量樣本實(shí)驗(yàn)建立負(fù)載修正系數(shù),對(duì)溫度偏差進(jìn)行動(dòng)態(tài)修正,以提高檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

 

6 結(jié)束語

       隨著醫(yī)療技術(shù)的快速發(fā)展和精準(zhǔn)化需求的提升,醫(yī)療設(shè)備的性能與精度已成為保障患者安全和治療效果的關(guān)鍵因素。作為儲(chǔ)存藥品、疫苗、血液制品及生物樣本等重要醫(yī)療物資的關(guān)鍵設(shè)備,醫(yī)用冰箱的性能穩(wěn)定性和可靠性尤為重要。醫(yī)療需求的不斷提升對(duì)醫(yī)用冰箱的制冷性能和溫度控制精度提出了更高要求。為滿足醫(yī)療領(lǐng)域?qū)︶t(yī)用冰箱性能的嚴(yán)苛要求,必須持續(xù)推進(jìn)校準(zhǔn)技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展。這需要深入研究醫(yī)用冰箱在不同環(huán)境條件下的運(yùn)行特性,開發(fā)更精確高效的校準(zhǔn)方法和工具,確保溫度、濕度等關(guān)鍵參數(shù)能夠精確控制在安全范圍內(nèi)。同時(shí),應(yīng)積極探索物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能等新技術(shù)在校準(zhǔn)中的應(yīng)用,提升校準(zhǔn)的智能化水平和工作效率。此外,完善醫(yī)用冰箱的使用維護(hù)體系也至關(guān)重要。醫(yī)療機(jī)構(gòu)應(yīng)定期開展操作規(guī)范培訓(xùn),確保醫(yī)護(hù)人員能夠正確使用和維護(hù)設(shè)備,及時(shí)識(shí)別和處理潛在問題。同時(shí),應(yīng)建立健全管理制度,明確職責(zé)分工,強(qiáng)化日常巡檢和定期維護(hù),確保設(shè)備始終處于最佳工作狀態(tài)。這些措施將有效延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命,降低故障率,充分發(fā)揮設(shè)備效能。

 

       綜上所述,為應(yīng)對(duì)醫(yī)療領(lǐng)域?qū)︶t(yī)用冰箱性能提出的更高要求,需從校準(zhǔn)技術(shù)創(chuàng)新、使用維護(hù)優(yōu)化等多維度著手,持續(xù)提升設(shè)備性能和使用效果。


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