太阳能采暖供热方案与对策.docx
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太阳能采暖供热方案与对策
25所学校
太阳能集中采暖、供水系统
（以省同德民族中学为例）
设
计
案
案设计单位：
大唐世家新能源有限公司
日期：
2009年5月6日
一、工程设计
二、工程造价
三、施工案及组织管理
四、系统投资经济评估
五、售后服务及承诺
六、企业简介
七，系统防雷及抗风措施
八、资质证书
附件一，近年来主要工程业绩
附件二，省25所所学校报价
一，工程设计
1、项目概况
项目名称：
省同德民族中学太阳能集中采暖、供水系统；
用水类型：
单位4200人生活热水和供暖
用水量：
70吨生活用水，160吨为供暖用水
用水式：
采暖期每每人次40升洗浴（按700人计算）、每日每人次10升生活用水和提供45%采暖热能所需介质水。
采暖期外，每日每人次50升用水。
建筑类型：
平顶集热器设计倾角45度
2、设计标准
GB50015-2003《建筑给水排水设计规》
GB50057-1994《建筑物防雷设计规》2000版
GB50171－92《电气装置安装工程盘、柜及二次回路结线施工及验收规》
GB50242－2002《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规》
GB50303－2002《建筑电气工程施工质量验收规》
GB50345－2004《屋面工程技术规》
GB/T12936-91《太阳能热利用术语》
GB/T17581-1998《真空管太阳集热器》
GB/T18713-2002《太阳能热水系统设计、安装及工程验收技术规》
GBJ17-88《钢结构设计规》
GB/T18708-2002《家用太阳热水系统设计热性能试验法》
NY/T513-2002《家用太阳热水器电辅助热源》
NY/T514-2002《家用太阳热水器储水箱》
GB4272-92《设备及管道保温技术通则》
GBJ9-87《建筑载荷规》
DB63/743－2008《省民用建筑太阳能热水系统应用技术规程》
3、设计气象参数依据
3000米以上的地区占全省总面积的90%以上。
因海拔高，大气稀薄，加之气候干燥，少雨，大气透明度好，日照时间长，太阳能资源丰富。
就全国说，仅次于，属第二高值区。
年日照平均时数为2350—2976小时，日照百分率为53—80%。
太阳辐射强，多年太阳能总辐射量的年平均值为73万焦耳/平厘米。
按28个气象台站测定的辐射量计，全省年接受的太阳能辐射量为66万焦耳/平厘米。
年接受的太阳能折标煤1623亿吨合360万亿千瓦时，相当于龙羊峡电站年发电量的6万多倍
3.1同德县在省东部，年平均日照时数为2610小时，年平均日照时数为7.15小时，年辐射总量为5850—6350MJ/m2.a,日水平面辐射量高于14.5MJ/（㎡﹒d）。
3.2同德地区的地理纬度为35.15°，东经100.35°左右；
3.3同德地区全年自来水水温在4-17℃之间。
（设计取值5℃，春分时节）；
4、集热系统设计计算
4.1太阳能热水系统类型选择
太阳热水系统是利用太阳的光能转换为热水的装置，经过组装、调试，固定在某个场所，按指令运作的供热水设备。
根据用水量及用水特点，从满足用户用水需求、湿用舒适度、投入成本、运行过程控制，建议采用大唐世家二次换热式大面积太阳能热水系统。
热水系统由数台集热器、水箱、循环管道、热水泵及控制系统组成，其工作原理为：
采用二次换热式真空管集热器，利用专门设计的温差控制仪自动控制循环泵的开启，循环泵使水在集热器与水箱之间进行强迫循环，将集热器采集到的太的热量不断地传递给水箱，从而使储水箱的水逐渐升温。
当充足时，直接由太阳能集热器组供应热水。
根据工程系统原理，水箱自动上水至一定位置，停止上水，控制仪显示当前水位。
当集热器与大水箱温差大于某一设定值时（一般为7℃），水泵开始工作。
当集热器与大水箱温差小于某一设定值时（一般为3℃），水泵停止工作。
如需要恒温供水，当水箱水温升高超过设定值1度时，电磁阀打开，自动加水——降温。
比设定值低1度时，电磁阀关闭，停止加水——加热循环——超温加水——降温……这样而复始，水位不断提高，水箱放出的热水温度总是恒定的（在设定值上下）。
4.2大唐世家“二次换热式”供热系统原理图
4.2.1确定热水系统集热面积
根据用户基本条件及用户设计用水量70吨，水平面日平均辐射量14.5MJ/㎡，设计冷水水温为5℃（见下表），设计热水温度为55℃。
系统要求全年使用，太阳能保证率供水取70%，供暖取45%。
地区
地面水温度（℃）
地下水温度（℃）
、、的全部，的大部分，、、偏北部分，偏东部分
4
6～10
北京、天津、全部，、、的大部分，南部，、、的南部，偏东和偏北的一小部分
4
10～15
上海、全部，、、的大部分，北部，、东部，南部
5
15～20
、全部，广西大部分，、的南部
10～15
20
、全部，广西大部分，、的南部
7
15～20
根据标准GB50364-2005《民用建筑太阳能热水系统应用技术规》
若采用直接循环系统，集热面积
为：
——直接系统集热器采光面积，㎡；
——日均用水量Kg；70000
——储水箱水的终止温度（用水温度）；
——水的定压比热容，4.18KJ/（㎏·℃）；
——自来水的初始温度，5℃；
——集热器受热面上春分时节日辐照量，
——太阳能保证率，无量纲，按要求取0.7；
——集热器全日集热效率，无量纲，按国际经验取0.5；
——管路及储水箱热损失率（按最寒冷季节取值），无量纲,取0.2；
则：
Ac=1249平米
4.2.2选择产品及数量
采用DTSJ-GC2-58/18/25产品，每组集热器面积为3.25m2需要的太阳能集热器单元数为384组，共9606支1.8m/φ58的真空管。
4.3产品参数
4.3.1真空管参数：
1.8米φ58
真空管所采用的玻璃为特硬高硼硅玻璃3.3，该种玻璃的透射率为0.91，抗冰雹能力为直径为25mm冰雹冲击不破损，真空管承压可达0.6MPa，吸收率≥0.94，真空度为5×10-2Pa，反射率≤0.06，使用寿命为15年以上。
玻璃真空集热管的技术要求（依据GB/T17049-2005）
材料
要求
太阳透射比
玻璃管村采有硼硅玻璃3.3（Pyrex），管材透射比r≥0.89（AM1.5ISO9806-1：
1994）
结
不大于1mm的结不得密集，即10×10mm围不得多于1个，整支管子上不得多于五个，结围不得有裂纹，大于1mm的结不允存在。
节瘤
不大于1.5mm的节瘤不得密集，即10×10mm围不得多于2个，整支管子上，不大于2.5mm的结瘤不得多于5个，大于2.5mm的结瘤不允存在。
太阳吸收比
α≥0.94（AM1.5）
半球发射比
εh≤0.07（80℃±5℃）
空晒性能参数
太阳辐照度G≥800w/m2，环境温度8℃≤ta≤30℃，以空气为传热工质，空晒温度ts，空晒性能参数Y=（ts-ta）/G,≥200㎡℃/kw
闷晒太阳曝辐量
太阳辐照度G≥800w/m2，环境温度8℃≤ta≤30℃，以水为传热工质，初温不低于环境温度，闷晒至水温增加35℃所需太阳曝辐量H≤3MJ/m2
平均热损系数
≤0.70w/㎡℃
真空夹层的气体压强
≤5×10-4Pa
耐热冲击
承受不高于0℃的冰水混合体与不低于90℃热水交替反复冲击三次而不损坏
耐压
0.6MPa
抗机械冲击
承受直径为30mm的钢球，与高度450mm处自由落下，垂直撞击集热管中部而无损坏
外观
尺寸
明显变浅区
50mm
长度
从环状开口端至另一端玻璃管直径φ15mm处的距离，其长度允差应不大于长度标称尺寸L的±0.5%
支承件
端正、不松动
变曲度
≤0.2%
不圆度
开口端10—30mm处，最大、最小径向尺寸之比≤1.02
封离
排气管封离部分长度S≤15mm
真空管组成及工作原理
真空管由外玻璃、镀膜、真空夹层、吸气镜面等几个部分组成：
a）外玻璃：
玻璃管存水，玻璃管外壁为选择吸收镀膜，外玻璃管中间为封闭的真空夹层，外玻璃管壁下端有一段可吸收残余气体的吸气镜面。
b）镀膜层：
镀膜层吸收太阳热能，加热玻璃管中的水，管玻璃中的水通过对流式把热量传递到真空管上的水箱中，完成集热和传热过程。
c）真空夹层：
真空夹层作为保温隔层，防止热量散失，并且高真空也利于光线的透过，提高集热效率。
d）吸气镜.：
吸气镜面可吸收从外部大气向玻璃管晶体间渗透过的极少量气体，保持夹层的真空度。
4.3.2DTSJ-DC2-58/18/25工程集热器示意图
4.3.4集热器说明
集热器胆
SUS304/2B不锈钢厚0.5㎜
集热器外壳
镀锌板厚0.5㎜
保温
聚氨脂整体发泡，厚35㎜
支架
角钢∠30×30，外镀锌、静电粉末喷涂
集热器外形尺寸（mm）
2150×1660×1740
联集箱外形尺寸（mm）
2150×190×210
自重
＜117．5kg/单元
·集热器胆：
采用的SUS304/2B食品级不锈钢，壁厚0.5mm。
耐腐蚀性能好，使用寿命长（可使用15年以上），可使得放出的热水保证对人体无任损伤。
·集热器外壳采用彩色钢板，耐腐蚀性能好，不怕酸雨及含盐湿空气的腐蚀，抗氧化，永不上锈，保证使用寿命15年以上。
·密封胶圈采用硅胶圈，无毒无味弹性好、密封可靠、耐高温、耐老化、寿命长。
·采用静电粉末喷涂的角钢支架，此种材料强度极高、抗风能力强，坚固耐用。
采用层先镀锌处理，外层再用纯聚酯塑粉材料静电喷涂的高科技特殊工艺处理。
使用两种表面处理工艺实行双层保护，可保证耐腐蚀性、抗氧化和耐紫外线老化性能好，寿命可达25年以上。
·集热器胆的焊接，采用电脑控制的全自动氩弧气体保护焊，可使焊缝成形良好，可使焊缝与板材材料性能一致，确保水箱良好的承压性能。
水箱球形端头采用日本进口的液压拉伸机拉伸，拉伸工艺良好。
·保温：
集热器保温为整体发泡，水箱保温层厚度为35mm，保温性能好。
我公司产品采用美国进口电脑高压全自动聚氨酯发泡机发泡。
将进口的聚氨酯黑料与白料在高压喷枪出口处充分混合后，在外壳与胆形成的空腔中，以高压喷射的式充入并发泡，形成均匀细密且互相不连贯的气，保温性能极好。
·紧固件采用国标不锈钢螺栓，连接可靠,耐腐蚀好、寿命长。
聚氨脂发泡材料参数:
参数
测试标准
详细指标（说明在任条件下的指标）
密度（kg/m3）
GB6343－86
35.28
压缩强度（kpa）
GB8813－88
172.50
导热系数（w/mk）
GB10295-88
0.0193
闭率（％）
GB10799－89
95.10
尺寸稳定性
GB88113－88
向
条件
长度
宽度
厚度
平均值
-20ºＣ，24h
0.23
0.18
0.46
0.30
100ºＣ,24h
0.63
0.46
0.69
0.60
4.4集热器的布置
太阳能集热器按流量同程的原则并联布置成集热器阵列，见详图。
4.5储热水箱
储热水箱胆采用SUS304食品级不锈钢板材焊接而成，寿命长，且使水质纯净；外皮采用0.5mm彩钢板焊接；中间保温层为50mm厚聚氨酯保温，保温性能超群，水箱同时装有爬梯和检修上人，便日后维护。
其主要特点：
（1）不生锈
本产品胆选用食品级不锈钢（SUS304）板材,特有的优良耐腐蚀性,可永久性防锈.
（2）不渗漏
本产品水箱采用氩弧焊接，焊接质量优良，使用寿命更长久。
（3）重量轻
独特的造型设计和先进冲压加工工艺，重量只为普通钢制品的20%-30%。
6、循环水泵及集热循环管路设计
6.1循环流量的确定
QX1=B21×AN1=11.412m3/H
6.2集热循环系统水力计算
6.2.1集热循环系统水流速度按下表选用
公称直径（mm）
15-20
25-40
50
流速（m/s）
≤0.8
≤1.0
≥1.2
6.2.2集热器的阻力
单组集热器阻力为0.5kPa/m2
6.2.3水泵扬程计算
Hb=H0+H1+H2+H3
式中：
Hb—循环水泵扬程（m）；
H0—管路最低处至最高处高差（m）；
H1—沿程水头损失（m）；
H2—局部水头损失（m）；
H3—集热器阻力（m）；
根据初步推算，Hb采用4米。
6.3热水循环泵与热水增压泵的选型分别为
根据德国威乐水泵水量/扬程曲线图，热水循环泵选用PH-254E（水泵型号）较为吻合。
参数如下：
最大流量Q=6T/h全扬程H=15m功率P=250W
根据德国威乐水泵水量/扬程曲线图，热水增压泵选用PB-H400EA（水泵型号）较为吻合。
参数如下：
最大流量Q=4.7T/h全扬程H=20m功率P=400W
6.4循环管道布置
循环管道采用优质PP-R管，保温采用PE橡塑材料。
。
7、供水管路设计
根据现场要求设计。
8、PLC智能控制系统（自动运行、无人监控）
1、上下限水位补水功能
当通过循环上水键启动上下限水位补水功能，水箱水位低于设定下限水位时自动打开电磁阀E，上水到设定上限水位值时关闭电磁阀E。
上下限水位的设定值通过功能键的切换来实现调节，第一次出现的水位信号为上限水位值，可调围为1-6格；第二次出现的水位信号为下限水位值，可调围为1-3格；第三次出现的水位信号为定时水位值，可调围为3-6格。
2、定温出水功能（选配）
当水箱水量不满时，T1温度大于等于设定温度，T3温度也大于等于设定温度时，打开电磁阀E2；当T1温度小于（设定温度-3可调）时，关闭电磁阀E2。
3、温差循环功能
当T1-T3>7度时，启动水泵P1，循环加热；当T1-T3<3度时，关闭泵。
温差循环启动值默认为7度，可调围为3-9度，通过定时上水键来调节；温差循环停止值默认为3度，可调围为3-15度，同过手动上水键来调节。
4、防冻循环功能
当水箱有水，T2<5度，启动水泵P1，循环水防冻；当T2>10度，关闭水泵P1。
防冻循环启动值默认为5度，可调围为1-6度，通过手动加热键来调节；防冻循环停止值默认为10度，可调围为5-11度，通过定时加热键来调节。
5、循环加热功能
当通过循环加热键启动循环加热功能，系统启动循环加热来给水箱中的水升温。
具体操作见按键功能中循环加热键说明。
6、定时加热、定时上水、手动加热、手动上水功能
具体操作见按键功能中相应的说明
7、键盘锁定功能
长按”功能键”3秒以上可对键盘锁定,防止被人修改设定的参数,如已上锁,长按”功能键”3秒以上对键盘进行解锁。
8、用水管道定时增压功能
设定时控开关，按需要进行时段设定。
当时控开关时间到设定时间段时，开启增压泵P3功能。
（详细设定请参阅时控开关说明书）.
9、恒温出水功能（选配）
根据用水温度设定保证用水一定的恒温状态。
10、IC卡智能计费器（选配）
示意图
此用途是有效控制终端用水量。
计费式：
按水流量进行计费，水流量越大扣款越多。
按预先设定好的水流量费率从IC卡上连续扣款，并接通电磁阀出水，拔卡时关闭电磁停水，设置计费式的法可通过设置卡进行设置。
使用法：
1、水控器安装在热水管道中，热水阀平时处于打开状态，在未放入IC卡时，由于电磁阀处于关闭的状态，淋浴头没有热水流出。
2、将IC卡放入控制的感应区，如果IC卡有金额，则水控器从IC卡上扣款，扣款成功后自动打开电磁阀，热水管路畅通。
3、这时可以调整冷水阀和热水阀的旋钮，以控制冷水和热水的流量，达到调整水温或整体流量的目的。
4、淋浴完后，将IC卡从水控器的感应区上拿走，热水管路电磁阀即时关闭，热水停止。
5、淋浴过程中，水控器按预先设定的流量从IC卡上扣款，当IC卡上的款扣完后，电磁阀关闭，水流停止。
9、大唐世家二次换热式集热器性能
大唐世家太阳能热水系统与众不同之处在于应用大唐世家独特的专利技术制造的二次换热式全玻璃真空管太阳集热器。
该集热器充分发挥了全玻璃真空集热管热性能好、经济性好的优点，不采用昂贵的预置热管的真空集热管，真空管中也不后置昂贵的热管及U形铜管，实现了集热器高承压、真空管永不结水垢、抗冻三大性能的突破。
这一发明是太阳能热利用的重大突破。
这是国外真空集热管应用中创出的一条更好更经济的新路——第四条路。
基于此发明，从此不仅可以让千家万户以经济的价格获得高承压的高档太阳能热水器或大型太阳能热水系统，而且可以让集热器部分与水箱分离，让太阳能与建筑一体化设计获得完美结合的效果成为现实。
系统承压、真空管不结水垢、单支真空管意外损坏，系统仍可正常运行。
其特点如下：
●系统承压。
由于集热器采用间接换热的特殊结构，即置换热循环管，使热水箱的生活热水与集热器传热工质分开，故系统工作时，集热器的换热管能承受0.6-1.0Mpa以上的压力。
太阳能集热系统面积越大，需要循环水泵的扬程越高，用本公司专利技术生产的太阳能集热系统可以满足这种高承压的要求。
●真空集热管永不结水垢。
由于系统采取间接换热原理，真空集热管中的水不参加系统循环，真空管中的水为传热“介质水”，几乎不消耗，不再有钙镁离子补充，因而真空管玻璃壁永不积水垢，可长久保持高效率的集热效果。
●可靠性好。
因系统采用间接换热原理，每一支真空集热管和联集箱中的水与换热循环管道并不相通。
即使玻璃真空管意外损坏一支，只是减少了损坏处局部吸热效果，但热水储水箱滴水不漏，整个系统仍可正常运行。
●系统设有低温防冻、过热保护功能。
联箱的水为介质，加入防冻液后，可造应当地的气候条件，不因温度过低而损坏器件。
当系统管路温度低于3℃时，将启动低温保护功能，可使循环管道在低温情况下不会冻裂。
夏季，系统如停用，为防止集热器介质水过热膨胀，甚至沸腾气化，集热器的补水箱可以吸收膨胀，并且沸腾的水也可由集热器的排气口排出。
当集热器的介质水减少时，补水装置将及时补水，使集热器和真空管始终充满水，可确保真空管不会空晒，使效率不衰减。
●水箱为非承压式水箱，安装于高处，采用落水法用热水。
若水箱只能安装于低处，高处用热水则采用热水泵输送。
●智能化控制，系统运行自动化。
控制仪具有多种功能：
即温差循环、水温水位显示、水温水位设定、自动进水、定时上水、定时供水、恒温出水、低温保护等功能。
阴雨天气，系统与辅助能源配套使用，可实现全天候运行。
用户在任天气条件下，在任时候想用热水，均可享用热水。
●性价比高。
与热管及U型管太阳集热器比较，结构简单，工作可靠，性能好。
用户可以以经济的价格获得系统技术先进、运行可靠的大型太阳能热水系统。
5.1太阳能低温地板辐射采暖
太阳能低温地板辐射采暖是一种以采集的太阳能作为热源，通过敷设于地板中的盘管加热地面进行供暖的系统，该系统是以整个地面作为散热面，其辐射换热量约占总换热量的60%以上，它是以辐射散热为主。
常规的散热器是以对流式散热为主，其采暖效果不够理想，舒适性和卫生条件欠佳。
因此，太阳能地板辐射采暖越来越受到人们的关注。
它在北美及欧洲的发在已经被广泛地应用。
尤其是地板辐射采暖与其生活习惯、居住式相协调，例如，国和日本以"踏踏迷"居住式为主，地板辐射采暖。
在这个两个经济发达更得到了广泛的使用。
辐射采暖是依靠辐射传热的式将热递到物体和人体表面，在辐射采暖正常运行的情况下，若室外温度相同，要想达到相同的舒适度，它的围空气温度比对流采暖条件要求低3℃左右。
根据人体的舒适感生理条件要求，地面温度为24℃～28℃。
因为地板辐射采暖的热媒温度为40℃～60℃的低温热水，这就使利用太阳能集热器成为可能。
太阳能利用技术的进展，将逐步解决日益紧缺的能源问题。
所以，太阳能地板辐射采暖将越来越受到人们的欢迎。
实践表明，低温热水地板辐射采暖具有以下特点：
1、舒适卫生
由于辐射强度和温度的双重作用，减少了四表面对人体的冷辐射，室地表温度均匀，室温由下而上逐渐递减，改变了散热器采暖室温上高下低的分布状况，给人以头凉脚暖的良好感觉，造成了真正符合人体散热及生理要求的热状态，符合我国传统医学“温足凉顶”的健身理论，可以改善血液循环，促进新代，具有最佳的舒适感和保健功能。
2、高效节能
在建立同样舒适的前提下，因为辐射供暖式较对流供暖式热效率高，可节能约35％左右。
所以室设计温度可以比其他采暖式降低2℃。
3、热稳定性好
由于地面层及混凝土层蓄热量大，热稳定性好，因此在间歇供暖的条件下，室温度变化缓慢。
4、使用面积增加，便装修
室取消了散热器及其立支管，不但不占用建筑面积，而且房间可以任意分隔，根据实际测算，平均可以增加室5％左右的使用面积，等于降低了房屋造价。
而且使室既美观，又便于装修和家具布置。
5、清洁卫生
地板采暖室空气平均流速小，能有效减少因空气急剧流动而引起的尘埃飞扬，以及明装散热设备和管道积尘面受热挥发的异味，减少室空气污染。
同样，低温热水地板辐射采暖也存在初投资较高，层高及荷载增加，土建费用增加，可维修性差等不足之处。
5.2、太阳能地板辐射采暖的工作原理图
系统运行说明
（1）热水箱设有温度参考点，太阳能集热器设有温度测点，当集热器检测点温度比热水箱水温升高至温度差上限时，太阳能系统水泵启动，提升采暖水箱温度；
（2）当集热器检测温度比采暖水箱温度达到设定温差下限时，太阳能系统水泵停止，集热器及系统管道中的水排回水箱中，达到排空防冻作用；
（3）辅助用燃煤锅炉可同时作为采暖及热水的补充。
当采暖水箱温度达不到设定温度时，系统锅炉对采暖水箱的水循环加热，达到设定温度以满足供暖需求；对生活热水的辅助最好采用即热的式，当水箱中供应的生活热水温度达不到用水温度需求时，通过燃气、电锅炉进行即时加热即可。
（4）供暖水泵可根据房间设定温度要求进行启停；
1、设计参数的确定
地板辐射采暖的表面平均温度数值如下：
住宅地面为24℃～26℃；很少有人停留的地面：
28℃～30℃；游泳池及浴池地面为30℃～35℃。
可见住宅地板辐射采暖的表面温度一般都低于30℃，所以就要求热媒温度为40℃～55℃，就目前我国西北的太阳能集热器的利用情况来讲，热媒温度最高为65℃左右，取55℃，所以我们设计供水温度为55℃至40℃，回水温度45℃到30℃，供回水温差10℃。
2、供暖热负荷的确定
供暖系统的设计热负荷可用下式表示：
Q=Q1+Q2+Q3-Qd
（1）
其中，Q1为围护结构耗热量，Q2为冷风渗透耗热量，Q3为冷风侵入耗热量，Qd为太阳辐射进入室的热量。
这里我们需要指出的是，由于此系统是以辐射采暖为主（占60%以上），辅以对流传热，所以这和以往计算中有所区别的室计算温度。
根据《暖通规》及实际工程设计情况，一般民用建筑冬季室设计温度取18℃。
前面已经指出，辐射采暖的设计温度比普通散热器采暖的设计温度低1℃～3℃，所以我们取为15℃。
但这种计算法繁琐，且需要条件多。
在工程中，建筑物和房间的设计热负荷可近似按下式计算：
Qf=φQ
（2）
式中：
Qf--全面辐射采暖的设计耗热量φ--修正系数，φ=0.8～0.9
根据《民用建筑采暖通风设计技术措施》所提供的单位面积热指标法所给出的数值，住宅为40w/m2时～60w/m2时。
我们根据当地情况和气象条件，取Q=50w/m2时，根据
（2）式，得Qf=0.85×5
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