Juiste temperatuur op juiste plaats

Om gecontroleerd transport mogelijk te maken, heb je in principe twee systemen nodig. Enerzijds is dat uiteraard de nodige airconditioning die voor de juiste temperatuur zorgt. Anderzijds moet een onafhankelijk monitoringsysteem aantonen dat de temperatuur binnen de vereiste grenzen blijft. Het is cruciaal dat dit monitoringsysteem onafhankelijk is van het stuursysteem (de airco). Concreet zal het monitoringsysteem detecteren wanneer de temperatuurvoeler van de airco een foutieve temperatuur meet, wat onvermijdelijk tot een verkeerde koeling of verwarming zal leiden. 

Zo’n monitoringsysteem kan bestaan uit mobiele loggers in de zone of – bij transport – loggers in het product zelf, maar ook uit vast ingebouwde systemen met bedrading. De monitoringsondes moet je zo worden geplaatst dat ze representatief zijn voor de volledige ruimte waarin temperatuurgevoelige goederen worden opgeslagen of vervoerd. Hoeveel sondes je dan idealiter moet plaatsen kan temperatuurmapping beantwoorden. Door mobiele sondes in de ruimte te plaatsen, is het mogelijk zo’n map met de temperatuurverdeling te maken.  Op die manier kun je dan bepalen waar de definitieve sondes exact geplaatst moeten worden.

Er bestaat met andere woorden een wezenlijk verschil tussen temperatuurmonitoring en temperatuurmapping (zie figuur 1). Terwijl je bij temperatuurmonitoring de bewaar- of transportcondities voor langere tijd via een beperkt aantal vaste of mobiele sondes evalueert, zul je bij temperatuurmapping de temperatuur voor een korte tijd via aan groot aantal mobiele sondes meten. 
 
Om te weten hoeveel monitoringsondes er nodig zijn en hoe lang die moeten ophangen om de temperatuurperformantie van een zone te kunnen bepalen, bestaan er een aantal richtlijnen. Denken we maar aan de WHO Technical Report Series 961 Annex 9 ‘Model guidance for the storage and transport of time- and temperature-sensitive pharmaceutical products’. Die richtlijnen zijn evenwel niet bindend. Bovendien zijn er veel interpretaties mogelijk, wat vooral te maken heeft met de complexiteit van de materie. Temperatuurmapping is dus eerder een kunst dan een wetenschap. 

De kracht van risicoanalyses

Om de juiste keuzes te maken, is het aan te raden een risicoanalyse te maken. De kans bestaat immers dat je de temperatuur gaat meten op de verkeerde plaats. Die risico’s hebben vooral te maken met de bepaling van de koudste en de warmste plaatsen in de ruimte, de zogenaamde coldspots en hotspots. 

Het feit dat coldspots en hotspots in elk magazijn of transportmiddel elders liggen, maakt de oefening er niet gemakkelijker op. Ze kunnen bijvoorbeeld ontstaan door een gebrekkige ventilatie, tegen een raam, onder een koepel, naast een deuropening, in de uitlaat van de airco, tegen een muur aan de noord-/zuidkant of zelfs door de straling op korte afstand van een metalen nooddeur. 

In elk geval plaatsen we best altijd een logger in de uitlaat van de airco om te weten welke temperatuur de ruimte wordt ingestuurd. Een buitenlogger helpt om te bepalen of de mapping onder stresscondities werd uitgevoerd en geldig is als typische winter- of zomer mapping. Voor alle duidelijkheid: het begrip ‘geldig’ is in deze context arbitrair. Er bestaan immers geen vastgelegde grenzen die dat bepalen. We zouden kunnen stellen dat je bij temperaturen onder de 0°C per definitie een winter mapping hebt en boven de 30°C een zomermapping. Maar als de temperatuur uren aan een stuk op 0,5°C blijft hangen, kunnen we dan stellen dat dit geen geldige winter mapping is? 

Daarom kan het interessant zijn om (het gebrek van) een relatie tussen buiten- en binnentemperatuur te bestuderen. Dat is een betrouwbare indicator voor een goede isolatie en het kan de geldigheid van de mapping voor een welbepaalde periode rechtvaardigen. We kunnen de kans op geldigheid van de mapping ook verhogen door de tijd van de mapping te verlengen. 
 
Een standaardtermijn voor de mapping van een ambient magazijn bedraagt vijf dagen, inclusief een weekend (aangezien dan andere condities kunnen gelden). We spreken hierbij over een ‘Steady State’ mapping omdat er tijdens die periode interventies vermeden worden, bijvoorbeeld het openen van deuren.  
 
Bij koel- en vriesruimtes is de mappingtijd over het algemeen veel korter. De koelunits staan immers ingesteld om veel sneller te reageren. Daarom zijn in dergelijke omgevingen Steady State mappings van 24 of 48 uur ruim voldoende om de performantie van koelruimten aan te tonen. Wel moeten we erop letten dat we de ‘defrost cycle’ in de mapping meenemen. Dat is de cyclus waarbij de koeling even stopt om eventuele ijsafzetting te verwijderen. Typische defrost-intervallen zijn 6, 12 of 24 uur. Het is aan te raden minstens twee defrost-cycli in de mapping op te nemen. Als daarover geen informatie beschikbaar is, gaan we uit van defrost-cycli van 24 uur, waardoor de Steady State mapping minstens 48 uur in beslag zal nemen. 
 
Lastig is dat coldspots en hotspots zeer variabel in de tijd zijn. Een locatie naast een deur is bijvoorbeeld een coldspot in de winter, maar een hotspot in de zomer. Een coldspot voor een airco in de zomer – wanneer koude lucht wordt geblazen – ontpopt zich tot een hotspot in de winter, als er warme lucht uit komt. 

De cold- en hotspots in een ruimte zijn vaak anders wanneer we ze bepalen op basis van gemiddeldes of min/max-waarden. Zo kan een plaats aan een nooddeur een hotspot zijn omdat die deur tijdens de mapping toevallig een tijdje open stond, maar daarom is dat geen hotspot op het gemiddelde over de ganse duurtijd van de mapping. Wat is dan het belangrijkste? Een hoge temperatuur voor een zeer korte tijd (bijvoorbeeld een deur even die open staat) of een iets hogere temperatuur maar voor een langere tijd (hotspot op gemiddelde)? Aangezien de meningen daarover verschillen, kunnen er discussies ontstaan over waar de monitoringsondes dan het best komen. Over het algemeen kunnen we stellen dat een gemiddeld hogere temperatuur zorgt voor een veel hogere energetische stress op lange termijn dan een plaats met occasionele hogere waarden. 
 
Daaruit kunnen we afleiden dat een winter- en zomermapping noodzakelijk zijn om het effect van de buitentemperatuur op de performantie van de ruimte te kunnen bepalen. Een uitzondering op die regel is de ‘box in box’-situatie, waarbij bijvoorbeeld een koelruimte of reefer in een ambiente zone met een vrij constante temperatuur is geplaatst. Aangezien de omliggende temperatuur niet (relevant) verandert bij de verschillende seizoenen, is een eenmalige mapping in dit geval representatief voor het ganse jaar.

Mapping in vaste magazijnen

Bij vaste magazijnen is het aantal variaties waarmee we rekening moeten houden nog beheersbaar. Hier voeren we een eerste mapping uit, waarbij we de loggers plaatsen in een patroon dat het ganse opslagvolume omvat. De afstand tussen de loggers kan variëren van enkele tientallen centimeters bij een koelkast, tot tientallen meters bij grote magazijnen. Bijkomende loggers komen dan bij risicolocaties zoals nabij ramen, koepels, deuren, blazers, slecht geventileerde plaatsen, enzovoort
 
Afhankelijk van de resultaten uit de temperatuurmapping, kunnen we bepalen hoeveel monitoringsondes nodig zijn om alle variaties te kunnen detecteren. Dat kan één sonde zijn in een kleine ruime (bijvoorbeeld een retourzone) tot meer dan tien loggers in grote ruimtes. Over het algemeen volstaan twee tot vier loggers om de temperatuur op de cold en hotspots in de tijd te kunnen opvolgen. 
 
Bovendien mogen we niet vergeten dat er een nieuwe mapping van vaste magazijnen moet gebeuren als de beladingsgraad verandert en als er in het magazijn aanpassingen gebeuren die de performantie kunnen beïnvloeden. Denken we maar aan de plaatsing van nieuwe rekken of een nieuwe koelinstallatie. 
 
Bij de mapping kunnen we ook de invloed van een aantal processen bepalen:
Eén of meerdere sequentiële deuropeningen, met tijdsbepaling. Op die manier kunnen we de maximaal toelaatbare deuropeningstijd vastleggen;
Een stroomuitvaltest bij winter- en zomercondities. Daarbij kunnen we te weten komen na hoeveel tijd we het business continuity plan in gang moeten zetten om beschadiging van de goederen te beperken;
In een koelruimte: een test met verschillende defrost-intervallen;
In een koelruimte: een test waarbij de helft van de evaporatoren actief zijn, om te bepalen of de temperatuurcondities nog gehandhaafd kunnen worden met een gereduceerde koelcapaciteit. 

Mapping in transportmiddelen

Als het om laadruimtes van voertuigen gaat, wordt de lijst met variaties in één klap een stuk langer. We kunnen een voertuig beschouwen als een magazijn op wielen, wat maakt dat de hierboven beschreven variaties ook van toepassing zijn. Daarbovenop komen nog een heel aantal bijkomende variaties doordat wagens dikwijls meerdere compartimenten bevatten met vaste of variabele scheiding. Elk compartiment kan apart een andere temperatuur krijgen (doorgaans is dat -20°C, 5°C, 20°C). Hier kunnen we ons afvragen wat het effect is van een (gebrekkige) isolatie tussen de compartimenten. Wordt het ene compartiment beïnvloed door een verschillende temperatuur in het andere compartiment? Bij een goede isolatie zal dat normaal gezien niet zo zijn, maar bij een veranderlijke scheidingswand is dat vaak wel het geval. 

We kunnen ons ook de vraag stellen of er bij wegname van het tussenschot een coördinatie tussen beide airco-eenheden is? Of gaan die elkaar juist  tegenwerken zodat we temperatuurfluctuaties krijgen? En zetten we bij een deuropening best de koeling uit of laten we ze aan? Dikwijls is het antwoord hier anders, afhankelijk van de manier waarop de lucht in het compartiment wordt verdeeld.
 
Een andere vraag waarop we graag een antwoord willen, is hoelang het bij een aanpassing van de referentiewaarde duurt voordat de temperatuur op alle plaatsen in het compartiment binnen de gewenste grenzen komt. Is er een verschil tussen koeling op diesel of elektrisch? Wat is het effect bij het openen van een achterdeur tegenover een zijdeur? Zetten we de defrost-cyclus best af bij een korte transportduur, met minder risico op ijsvorming?

Tips bij mapping van voertuigen

Om op al die vragen een antwoord te krijgen, zijn al een groot aantal testen nodig. Stel je voor dat je een vloot hebt van enkele tientallen voertuigen, waarbij je moet bewijzen dat ze allemaal aan de gestelde eisen voldoen. Om dat beheersbaar te maken, is het concept van de ‘Family Approach’ ontwikkeld. Een familie bestaat uit een aantal identieke of toch zeer gelijkaardige, voertuigen. Als we op enkele van die voertuigen (meestal drie à vijf) een temperatuurmapping uitvoeren, is de familie ‘gevalideerd’. We gaan er dan van uit dat bijkomende voertuigen zich identiek zullen gedragen omwille van hun soortgelijk design. Een mapping voor die voertuigen bij ingebruikname is dan niet meer nodig. 
 
Een aandachtspunt bij die aanpak is dat we de familie het best valideren onder gelijkaardige omstandigheden, aangezien we net moeten bewijzen dat de voertuigen zich identiek zullen gedragen. Het is niet de bedoeling dat die voertuigen ook performant zullen zijn in alle configuraties en onder alle omstandigheden. Zoals de figuren 2a en 2b laten zien, is dat een andere dimensie.

Met de validatie van de familie is de oefening dus nog niet afgelopen. Daarna moeten we bewijzen dat de voertuigen in de praktijk onder alle omstandigheden performant zijn. En hier wringt het schoentje, want dat vraagt heel veel werk. De vraag is dan ook hoe we die oefening kunnen maken.  
 
Een mogelijkheid is om gewoon elke zending te verifiëren: we stoppen een mobiele datalogger in elke pallet en bewijzen zo dat de zending in orde is, onafhankelijk van de kwalificatie van het vervoermiddel. Dat heeft weliswaar het nadeel dat je geen kennis opbouwt over de performantie van je vloot. Verder loop je een reëel risico dat het ooit eens fout zal gaan. 

IoT-loggers bij temperatuurmapping

De oplossing voor alle voorgaande problemen is de temperatuurmapping zo eenvoudig te maken dat het (bijna) geen tijd kost om data over alle mogelijke beïnvloedende factoren te verzamelen. 

Daarbij zijn twee aspecten van groot belang:
Het programmeren, plaatsen en uitlezen van de mappingsondes moet veel sneller kunnen gebeuren dan nu het geval is;
Het berekenen van de data en het genereren van het mappingrapport moet (bijna) automatisch kunnen gebeuren.

Met andere woorden: temperatuurmapping moet in feite een ‘commodity’ worden, zo eenvoudig dat we het tussendoor kunnen uitvoeren als daar even tijd voor is.  
 
Voor alle duidelijkheid: zover zijn we nog niet, maar enkele nieuwe ontwikkelingen zorgen dat we wel al op de goede weg zijn. Een goede zaak is dat we steeds vaker IoT-loggers (Internet of Things) zien opduiken. Zij hebben het voordeel dat ze continu metingen uitvoeren en daarbij hun data automatisch via het internet kunnen doorsturen.

Zij zijn echter nog erg duur en – afhankelijk van het model – zijn een aantal functies nog niet commercieel beschikbaar. Denken we maar aan het automatisch ophalen via een webinterface. Nu is dat meestal alleen mogelijk via CSV-downloads vanuit de website van de producent. Verder is het moeilijk om via de webinterface het meetinterval van alle loggers simultaan aan te passen. Dat is handig bij deur-open-testen waarbij we de effecten even op secondeniveau willen meten of om het meetinterval bij niet-gebruik te verlengen om zo de batterij te sparen.
 
Een groot nadeel van dit type loggers is wel dat ze niet op een vast tijdstip loggen. Daardoor is het erg moeilijk om de data van die loggers op een eenvoudige manier te aligneren en te berekenen. Dat kan enkel met specifieke software.
 
De ontwikkeling van specifieke software die het eenvoudiger maakt om data te aligneren, kan op dat laatste punt een oplossing bieden. Zo heeft Tobeas samen met TwoWayCommunications in dat kader het programma tMAPP ontwikkeld. 

tMAPP creëert een volledige workflow van het mappingproces (zie figuur 3):
het mappingplan / logboek (wat map ik, wanneer en hoe?);
de parameters van de mapping:
- positie van de loggers op het layout-diagram;
- interventies: deuropening, elektriciteitsonderbreking, aanpassing van de referentiewaarde;
data-import, berekening en statistiek;
aanmaak van het mappingrapport. 

Met name voor een betrouwbare temperatuurmapping in voertuigen kan deze software in de toekomst waardevol zijn. tMAPP wordt momenteel al gebruikt voor de kwalificatie van het wagenpark van Raes Pharmaceutical Logistics. Consultancy bedrijf Tobeas gebruikt het voor de temperatuurmappingstudies die het uitvoert bij klanten. Vandaag is de software nog niet commercieel beschikbaar, maar dat is wel de bedoeling in de toekomst.