通用设备构成了一个实验室的基础。没有这些关键的工具，很难进行各个实验，因为几乎每个研究项目都依赖于一种或多种此类技术。作为研究中的基本要素，通用实验室的设备也必须是高效的。 “能源效率在实验室设备中尤为重要。”加州大学圣地亚哥分校能源经理John Dilliott说， “它是一个主要的，但事实上未被开发的区域。”他提到，位于加州的非营利组织My Green Lab在2015年发布了一份报告，估计在美国有超过12亿平方英尺的实验室空间。 Dilliott说：“由于能源密集型设备，日夜不停的运营，100％的外部空气需求以及高气流率，让这些空间的能源密集度比办公区域高3~5倍。 “实验室设备不仅消耗大量的能量，而且任何曾经在实验室工作的人都知道，实验室设备产生的热量可能导致加热、通风和空调系统的过度补偿，从而引发额外的能源消耗。”
通过节约能源，运行一件设备的成本就会降低，而其中大部分基础设备都会耗费大量的电力。据位于弗吉尼亚州阿灵顿的国际可持续实验室（I2SL）的网站称：“（插电）设备（例如冷冻机、高压灭菌器、离心机）所使用的能源占一个实验室总能耗（不包括相关的冷却能源使用）的10%至50%。”I2SL的网页补充道，“许多科学家，实验室管家和实验室设计顾问都开始将能源效率作为实验室设备的一项选择标准，有的厂家也开始宣传他们产品的‘绿色特性’。”I2SL为了开创能源效率信息的中央数据库，创建了节能型实验室设备的维基百科（http://scim.ag/EELEWiki）。
在考虑任何关于能源效率的技术升级时，科学家们关心的是投资的回收期：通过节约能源，需要花费多长时间才能收回新设备的成本？“回报是一个很难回答的问题，因为它取决于初始购买价格、能源成本、设备使用方式以及被替代的设备类型。”My Green Lab执行主任Allison Paradise说。“此外，关于实验室设备能源消耗的研究太少了，以至于不通过计量，很难知道现有设备的基准能耗以及新设备的能耗。”她接着说，“我们的非盈利性组织共同创办了能效实验室中心（CEEL），来解决这一具体需求”，该中心会收集通用实验室设备能源使用的真实数据。只有掌握了这些数据，科学家才能选择最有效的设备。
降低流动性
在一个实验室的所有通用设备中，通风橱可能在低能效方面最为声名狼藉，而且这是有原因的，至少对于旧设备而言。 Paradise公司的《实验室节能机会市场评估》指出，通风橱消耗的能量远远大于其他标准设备，是-80℃冰箱的两倍以上（基于通风橱和冰箱能耗范围的最高值），是实验室通用设备中第二高的能源消费者。其他信息来源也认同通风柜的能源密集度。正如哈佛大学绿色实验室计划所指出的：“通风橱是实验室环境中能源密集度最高的设备之一，但如果在不使用时保持关闭就可以大幅节能。”该建议适用于任何老旧程度的通风橱。
使通风橱更节能主要取决于空气流通方式。由位于密苏里州堪萨斯城的Labconco公司提供的一种解决方案，是其通风橱上的三速风机提供流速的选项。获得美国绿色建筑协会认证的绿色能源与环境设计（LEED）会员、Labconco销售工程师Beth Mankameyer说，“这来自于市场需求——人们希望在晚上降低风量，就像夜间低速模式。他们想让通风橱在晚上空闲时降低排气量。”
通风橱鼓风机中的电机也很重要。例如，Labconco的三速风机采用电子换向电机，比传统的交流电（AC）电机更节能。
控制通风橱的电子器件也在其能量效率中起作用。位于明尼苏达州肖维尤市的TSI公司通过一个复杂的控制器实现了通风橱的节能。根据其公司网站称，其通风橱控制器通过调节流速来实现控制和安全性，但它也“减少了实验室气流的使用，从而优化了能源的节约”。
当谈到投资回报时，通风橱可能是最好的选择。 Mankameyer说：“三速鼓风机可以在很短的时间内回收成本，不仅是因为减少了通风橱的能源成本，还因为实验室降低了对空气调节的需求。”成本回收的实际时间取决于许多因素，包括实验室的加热、通风和空调系统，以及通风橱的使用量等。但无论如何，更节能的通风橱系统将会节省运营成本。
空气运动在培养箱中也有所影响，在此当中，空气的组成开始起作用。为了使培养箱有效运转，技术中必须包括一种简单的净化方法。在有些培养箱中，这需要半天的高温加热。相反，使用蒸汽的过氧化氢方法仅需4个小时，位于缅因州桑福德的The Baker公司科学总监Kara Held说。这样就会节省能源和时间。因此，正如培养箱所揭示的，节能不仅在于日常运转，而且还涉及所有与该技术的运转有关的总体能源使用。
对于通风橱和培养箱来说，现代版本提供的增效形式不只是能源节约。三速风扇可以设置为在下班时间自动减速，其他一些控制同样可以做到这一点。如此一来，实验室管家就能够确保在节省资金和时间方面都获得最佳效率。此外，Held说，现代的培养箱能够更好地控制细胞培养的条件。 “你可以找到最佳条件，它们就能维持在那里，不受培养箱所在的外部环境或房间的影响。”这是因为改进后的传感器能控制更多的功能，如温度、湿度、氧气和二氧化碳。为了确保你的细胞尽可能地利用最佳的条件，Held解释说，一定要记得确认，一个培养箱在打开门后需要多长时间重新建立内部条件。如果需要20到30分钟，那么请注意，其它培养箱可以做得更快——通常只需一半的时间。
保持低温
从试剂到细胞系，实验室中的许多物品都需要保持低温，甚至冷冻——有时是深冻。所有冰箱都是能源消耗大户，有些更甚。“一般来说，-80℃的超低温冰箱是365bet研究实验室中最大的能源消费者之一。”Dilliott说，“单独来看，每个冷冻箱的能源消耗量可以达到一个单身家庭的使用量，每天20至25千瓦小时。”根据一般经验，Dilliott说，“值得注意的是，任何需要在恒定温度或压力下运转、并保持7天24小时开机的设备，都会消耗大量的能源。”
对于实验室冰箱采购者来说，一台新冰箱可以更高效，但也并不总是这样。 “这取决于冰箱。”Dilliott说， “一些模型在设计中考虑了能源效率��通常比使用旧技术的冰箱所消耗的能量少60％。”他补充说，“这些数据得到了加州大学圣地亚哥分校和全国其他组织收集的长期计量数据的支持。”
根据实验室的需求，升级冰箱甚至可能比预期的更有效。例如，Dilliott说，“加州大学圣地亚哥分校用更节能的冰箱替换旧冰箱，节省下来的钱不仅降低了大学的运营成本，还从公用事业公司获得了额外的补贴。”
有些供应商的确关注冰箱的整体能效。来自宾夕法尼亚州拉德纳的VWR International公司技术产品支持部的Santanu Das说：“VWR公司的通用直立式冰箱（维持在-20℃或-30℃）可提供手动或自动除霜，其设计旨在提供可靠而节能的性能。”他补充说，他们用不含氯氟烃（CFC）的高密度聚氨酯泡沫来制造箱体和保温门，以保持温度的稳定性。这些特性有助于降低任何冰箱所需的能量。
在马萨诸塞州的坎布里奇市，哈佛的绿色实验室计划在冷冻技术之外又揭示一些使用冰箱的节能技巧。例如，该计划建议保持冰箱的规整，这样当你开门后知道该从哪里寻找东西，因此就会降低开门次数和时间。正如该计划的网站所说：“通过对开门的限制，你将会节省能源并提升你冰箱的寿命。”
在规整和取用时，VWR冰箱也十分便利。在描述VWR的超低温冰箱时，Das说：“四个垫圈内门是标准化的，创建了四个隔室，可以用可调内部隔架进行细分。”该设计使得冰箱能够进行更好的规整，并且更易于定位物品，从而将减少冰箱门打开的时间。
为了帮助供应商在未来设计更好的冰箱，CEEL正在收集现有-80℃冰柜的能源使用数据。科学家可以通过参与一个10分钟的调查问卷给予帮助（https://www.surveymonkey.com/r/CEEL_ULTfreezers）。 “所有的回复都将完全保密。”Paradise说， “任何供应商都不会因为您的参与而联系您。”
其它的改变可能会使你现有的冰箱使用更少的能量。拿-80℃冰箱来说，Paradise说：“根据美国能源部的说法，依照冰箱的使用年龄和基准能耗，将设定值改为-70℃可以节省20％至30％。她接着说，“My Green Lab有一个说法，‘-70就是新的-80’，我们想要鼓励人们让他们的冰箱凉起来。”
简化的离心法
对于一些通用的实验室设备，效率的主要改进来自于易用性。离心机就是这样。
总部在马萨诸塞州沃尔瑟姆的赛默飞世尔科技公司全球产品总监Hugh Tansey说，“离心机是分离设备的一个基本组成部分，科学家们希望它易于使用，而且更加高产。”如今的离心机允许科学家简单地改变转子，以减慢旋转在微管、微孔板、细胞培养容器等中的混合物。
在某些情况下，效率来自于确定地知道一个离心机能够满足你对它的需求。例如，位于德国施陶芬的IKA Works公司高级应用专家Daniela Dockweiler说：“即使液体密度很高，当转子连接在驱动轴上时，如今的离心机也能提供恒定的速度。”她接着说，这种一致性提供了“在一次实验中对于所有样品的可重复结果”。
离心机的某些进展也提高了能源效率，如碳纤维转子。 “它们具有重量轻、耐腐蚀、耐用的特点，并能够实现更高的性能。”Tansey说， “这种转子可以更快地旋转起来或减慢，因此离心机用到的能量也更少。”
保持规整
几乎在任何实验室，通用设备的列表都很长。这样就很难找出保持实验室高效的最佳方式。Held曾经担任过一家实验室的管家，设施中拥有24台培养箱。为保持所有东西的规整，她建议，“在实验室分隔出小区域，使某项任务的设备集中在同一区域。”另外，她建议构建一个包括所有实验室设备的电子表格。这让你能追踪实验室里都有些什么，及它们的购买和服役时间。
保持规整也有助于实验室管家决定，什么时候该更换什么东西。当被问及如何针对一台通用实验室设备做出决定时，Held说，“这取决于实验室的资金和设备的用途。”她补充说，“对于非常通用的设备而言，你通常会等到它坏掉且维修成本接近于购置新设备的花费时。”
尽管如此，为使一家实验室能尽可能高效运转，在某些情况下尽早地更换通用设备是值得考虑的。例如，一台新的通风橱可能很快就会帮实验室节省出比它成本还多的费用。同样，一台新冰箱可能比旧冰箱更易保持规整。最终，在能量和时间方面都最有效的实验室，能够完成最多的任务。■
（译者之一高大海系365体育手机版：海洋研究所助理研究员）
Mike May 是科技出版顾问。
DOI: 10.1126/science.opms.p1600104