CN110158804B - 一种高寒地区装配式主被动结合节能墙体 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高寒地区装配式主被动结合节能墙体,包括低能耗外墙,所述低能耗外墙与蓄热内墙通过墙体装配连接件连接,所述低能耗外墙由外到内依次设有透明钢化玻璃、加厚彩钢板、彩钢板一、彩钢板二,所述透明钢化玻璃与所述加厚彩钢板之间设有太阳能空腔,所述加厚彩钢板与所述彩钢板一之间填充有沙质土;所述太阳能空腔内设有可滑移光伏板。该高寒地区装配式主被动结合节能墙体相较普通彩钢板临舍,增加了夹层高热惰性的沙质土的墙体,显著提搞了整个复合墙体的热惰性、保温能力和蓄热能力,进而可利用昼夜温差大的气候特点,将中午高温时的太阳辐射能量和空气源能量蓄存在墙体中,低温时使用,提高了房间的热舒适性并节约了空调能耗。
Description
技术领域
本发明涉及建筑工程技术领域,具体来说,涉及一种高寒地区装配式主被动结合节能墙体。
背景技术
施工用建筑物:在高原高寒地区野外进行铁路施工,需要为工程管理人员和技术工人配备适合当地气候条件的保暖、抗风、耐用的办公和居住用房。常规的施工用夹心岩棉彩钢板由于热惰性差、抗风能力差、耐久性差已无法满足施工用建筑物的要求,需要进行新型墙体的开发。
节能环保需求:川藏铁路跨越八大高山、七大江河,地理条件极具挑战性,铁路沿线运输困难大,生态环境也十分敏感。在建设施工用建筑物时应考虑永临结合,即在便于运输、装配建设的同时具有一定的耐久性,践行环境低影响开发理念,尽量降低建筑物的能源消耗,避免能源和资源浪费。
发明内容
针对相关技术中的上述技术问题,本发明提出一种高寒地区装配式主被动结合节能墙体,能够克服现有技术的上述不足。
为实现上述技术目的,本发明的技术方案是这样实现的:
一种高寒地区装配式主被动结合节能墙体,包括低能耗外墙,所述低能耗外墙与蓄热内墙通过墙体装配连接件连接;
所述低能耗外墙由外到内依次设有透明钢化玻璃、加厚彩钢板、彩钢板一、彩钢板二,所述透明钢化玻璃与所述加厚彩钢板之间设有太阳能空腔,所述加厚彩钢板通过内框架与所述彩钢板一固定连接,所述彩钢板一和所述彩钢板二之间设有保温板,所述加厚彩钢板与所述彩钢板一之间填充有沙质土;
所述透明钢化玻璃的上部有上通风窗口,所述透明钢化玻璃的下部设有下通风窗口,所述太阳能空腔内设有可滑移光伏板,所述可滑移光伏板的上、下两端分别与光伏板导轨活动连接,所述光伏板导轨与所述加厚彩钢板固定连接。
进一步的,所述蓄热内墙由内到外依次设有内墙加厚彩钢板一、内墙加厚彩钢板二,所述内墙加厚彩钢板一通过内墙内框架与所述内墙加厚彩钢板二固定连接,所述内墙加厚彩钢板一与所述内墙加厚彩钢板二之间填充有沙质土;
所述内墙加厚彩钢板一与所述内墙加厚彩钢板二之间的沙质土内设有热泵工质供液换热管,所述蓄热内墙所述热泵工质供液换热管的下方设有分隔板,所述分隔板下方设有总供液管,所述总供液管的出口端分别通过所述热泵工质供液换热管及热泵工质供液管与所述蓄热内墙内侧的低温空气源热泵室内机连接,所述总供液管的入口端与所述蓄热内墙外侧的低温空气源热泵室外机连接,所述低温空气源热泵室内机通过热泵工质回液管与低温空气源热泵室外机连接。
进一步的,所述热泵工质供液换热管的出口端设有电磁阀一,所述热泵工质供液换热管的入口端设有电磁阀四,所述热泵工质供液管的出口端设有电磁阀二,所述热泵工质供液管的入口端设有电磁阀三。
进一步的,所述透明钢化玻璃外壁设有透明可更换防爆膜。
进一步的,所述内墙加厚彩钢板一与所述内墙加厚彩钢板二之间及所述太阳能空腔内均设有温度传感器。
进一步的,所述沙质土内设有若干光纤温度传感器。
进一步的,所述可滑移光伏板表面设有辐射强度传感器。
进一步的,所述热泵工质供液换热管呈蛇形盘管状。
进一步的,所述内墙加厚彩钢板一和所述内墙加厚彩钢板二外表面均设有喷塑层。
本发明的有益效果:
(1)相较普通施工现场彩钢板临舍,增加了夹层高热惰性的填充藏区沙质土的墙体,显著提搞了整个复合墙体的热惰性、保温能力和蓄热能力,进而可利用昼夜温差大的气候特点,将中午高温时的太阳辐射能量和空气源能量蓄存在墙体中,低温时使用,提高了房间的热舒适性并节约了空调能耗;
(2)就地取材,因地制宜,利用藏区沙质土(或其他类型的藏区土)填充墙体,提高了墙体的热惰性(同时提升重量),但避免了在交通不便的川藏铁路沿线长距离运输大重量的墙体,整个建筑的抗风能力也得到加强;
(3)根据室内家具位置确定可滑移光伏板的位置,充分利用太阳能,同时发挥光电和光热的作用,并可根据太阳辐射强度和夹层温度移动可滑移光伏板的位置,实现整个墙体的升温蓄能;
(4)设有空气源热泵管路加热蓄热墙体的系统,利用高温时段的空气源能量在内墙蓄能,充分利用可再生能源和可供蓄能的空间。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例所述的高寒地区装配式主被动结合节能墙体的低能耗外墙剖面示意图;
图2是根据本发明实施例所述的低能耗外墙正面示意图;
图3是根据本发明实施例所述的办公房间平面图;
图4是根据本发明实施例所述的蓄热内墙剖面示意图;
图中:1、低能耗外墙,1-1、透明可更换防爆膜,1-2、透明钢化玻璃,1-3、太阳能空腔,1-4、可滑移光伏板,1-5、加厚彩钢板,1-6、内框架,1-7、沙质土,1-8、彩钢板一,1-9、保温板,1-10、彩钢板二,1-11、喷塑层,1-12、内墙加厚彩钢板一,1-13、内墙加厚彩钢板二,1-14、内墙内框架,2-1、上通风窗口,2-2、下通风窗口,2-3、温度传感器,2-4、光纤温度传感器,2-5、辐射强度传感器,2-6、光伏板导轨,2-7、光伏板移动模块,2-8、系统控制器,3-1、蓄热内墙,3-2、保温外窗,3-3、内门,3-4、墙体装配连接件,3-5、文件柜,3-6、办公桌,3-7、单人床,4-1、低温空气源热泵室内机,4-2、低温空气源热泵室外机,4-3.热泵工质供液换热管,4-4、电磁阀一,4-5、电磁阀二,4-6、电磁阀三,4-7电磁阀四,4-8、分隔板,4-9、总供液管,4-10、热泵工质供液管。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
如图1-4所示,根据本发明实施例所述的高寒地区装配式主被动结合节能墙体,包括低能耗外墙1,所述低能耗外墙1与蓄热内墙3-1通过墙体装配连接件3-4连接,可方便安装和拆卸。
所述低能耗外墙1由外到内依次设有透明钢化玻璃1-2、加厚彩钢板1-5、彩钢板一1-8、彩钢板二1-10,所述透明钢化玻璃1-2与所述加厚彩钢板1-5之间设有太阳能空腔1-3,在太阳照射时形成温室效应,太阳能空腔1-3内温度升高。所述加厚彩钢板1-5通过内框架1-6与所述彩钢板一1-8固定连接,所述彩钢板一1-8和所述彩钢板二1-10之间设有保温板1-9,所述加厚彩钢板1-5与所述彩钢板一1-8之间填充有沙质土1-7。
所述透明钢化玻璃1-2的上部有上通风窗口2-1,所述透明钢化玻璃1-2的下部设有下通风窗口2-2,可按现有技术根据室内外温度情况电动开启或关闭;所述太阳能空腔1-3内设有可滑移光伏板1-4及水平设置的光伏板导轨2-6,可滑移光伏板1-4的上、下两端分别与所述光伏板导轨2-6活动连接,光伏板导轨2-6与所述加厚彩钢板1-5的外壁固定连接,光伏板移动模块2-7与可滑移光伏板1-4固定连接,所述可滑移光伏板1-4可按照预设的程序在系统控制器2-8控制下沿着光伏板导轨2-6在光伏板移动模块2-7的驱动下左右滑移;所述光伏板移动模块2-7由驱动电机和橡胶材质驱动轮组成,光伏板移动模块2-7在系统控制器2-8的控制下可驱动可滑移光伏板1-4沿着光伏板导轨2-6移动;所述光伏板导轨2-6采用加厚不锈钢材质,形成U型凹槽,凹槽底部设有增加摩擦力的橡胶垫。
所述蓄热内墙3-1由内到外依次设有内墙加厚彩钢板一1-12、内墙加厚彩钢板二1-13,所述内墙加厚彩钢板一1-12通过内墙内框架1-14与所述内墙加厚彩钢板二1-13固定连接,所述内墙加厚彩钢板一1-12与所述内墙加厚彩钢板二1-13之间填充有沙质土1-7,所述内墙加厚彩钢板一1-12和内墙加厚彩钢板二1-13外表面均设有喷塑层1-11;相较于低能耗外1墙少了透明可更换防爆膜1-1、透明钢化玻璃1-2、太阳能空腔1-3、可滑移光伏板1-4、保温板1-9、温度传感器2-3、光纤温度传感器2-4和辐射强度传感器2-5,所述蓄热内墙3-1其他结构与低能耗外墙1一致;
所述内墙加厚彩钢板一1-12与所述内墙加厚彩钢板二1-13之间设有热泵工质供液换热管4-3,所述热泵工质供液换热管4-3的下方设有分隔板4-8,所述分隔板4-8下方设有总供液管4-9,所述总供液管4-9的入口与低温空气源热泵室外机4-2连接,所述总供液管4-9的出口端分别与热泵工质供液换热管4-3的入口端及热泵工质供液管4-10的入口端连接;所述热泵工质供液换热管4-3的入口端设有电磁阀四4-7,所述热泵工质供液管4-10的入口端设有电磁阀三4-6,所述低温空气源热泵室内机4-1分别与热泵工质供液换热管4-3的出口端及热泵工质供液管4-10的出口端连接,所述热泵工质供液换热管4-3的出口端设有电磁阀一4-4,所述热泵工质供液管4-10的出口端设有电磁阀二4-5。
所述内墙加厚彩钢板一1-12与所述内墙加厚彩钢板二1-13之间及所述太阳能空腔1-3内均设有温度传感器2-3,所述沙质土1-7内设有若干光纤温度传感器2-4,所述可滑移光伏板1-4表面设有辐射强度传感器2-5。
所述热泵工质供液换热管4-3呈蛇形盘管状,能与蓄热内墙3-1内的沙质土1-7进行换热,所述内墙加厚彩钢板一和内墙加厚彩钢板二之间的空腔厚度为所述太阳能空腔厚度的2/3。
所述透明钢化玻璃1-2外壁贴有透明可更换防爆膜1-1,所述透明可更换防爆膜1-1为透明的玻璃贴膜,可用PET等材料制作,对透明钢化玻璃1-2起到保护作用,当风沙冲击到透明钢化玻璃表面时,透明可更换防爆膜可减轻冲击力并避免透明钢化玻璃被沙粒划伤,在极端情况下如透明钢化玻璃被撞破,也可降低附加伤害的概率。在风沙污染透明可更换防爆膜表面时,进行冲洗擦拭也不会划伤透明钢化玻璃,使得其保持高透光性,提高透明钢化玻璃的耐久性,透明可更换防爆膜可根据其表面划伤情况在风沙季节结束后进行定期更换。透明钢化玻璃1-2为高透光性加厚钢化玻璃,透明钢化玻璃1-2设有玻璃框架,玻璃框架将透明钢化玻璃1-2分成多个窗格。
加厚彩钢板1-5、内墙加厚彩钢板一1-12、内墙加厚彩钢板二1-13均在常规彩钢板基础上加厚至3mm,并设加劲肋,可满足可滑移光伏板1-4、光伏板导轨2-6以及内框架1-6的受力要求,并承受藏区沙质土1-7的侧压力。内框架1-6采用小型槽钢或角钢制作,将加厚彩钢板1-5和彩钢板一1-8紧密连接,提高整体结构强度。沙质土1-7可以是藏区沙质土,填充在加厚彩钢板1-5和彩钢板一1-8之间,形成具有蓄热能力的高热惰性重型墙体结构,可适应西藏地区昼夜温差大的气候条件,在白天高温时蓄热、夜晚低温时放热,显著提升房间内的温度值及温度稳定性,从而大大改善室内的热舒适性并降低空调系统能耗。相较普通夹心保温彩钢板墙体,填充沙质土后墙体自重大大提高,提升了墙体结构的抗风能力,在大风天气下不会引起墙体晃动。
彩钢板一1-8设加劲肋,可满足内框架1-6的受力要求,并承受沙质土1-7的侧压力。保温板1-9采用不燃材质。彩钢板二1-10设加劲肋,表面做喷塑处理形成喷塑层1-11。相较常规彩钢板,喷塑层1-11提高了彩钢板二1-10的表面热辐射系数,进而有利于提升人的热舒适感觉。
低能耗外墙1中沙质土1-7内沿着墙体厚度和高度方向均匀设置若干光纤温度传感器2-4(一般可设置9个),监测墙体内不同厚度、不同高度的温度参数。可滑移光伏板1-4表面设有辐射强度传感器2-5,可监测辐射强度传感器表面的太阳辐射强度。
系统控制器2-8通过控制线路分别与上通风窗口2-1、下通风窗口2-2、温度传感器2-3、光纤温度传感器2-4、辐射强度传感器2-5、光伏板移动模块2-7连接,按现有技术采集温度传感器2-3、光纤温度传感器2-4和辐射强度传感器2-5的参数,并按预先设定的控制程序控制上通风窗口2-1、下通风窗口2-2、光伏板移动模块2-7、低温空气源热泵室内机4-1、低温空气源热泵室外机4-2、电磁阀一4-4、电磁阀二4-5、电磁阀三4-6和电磁阀四4-7的动作。
2个低能耗外墙1和2个蓄热内墙3-1可围合成一个办公房间,各个墙体之间使用墙体装配连接件3-4连接。低能耗外墙1设有保温外窗3-2,在一个蓄热内墙3-1上设有内门3-3。办公房间内设有文件柜3-5,办公桌3-6,单人床3-7。设在阴面的低能耗外墙1不设透明可更换防爆膜1-1,透明钢化玻璃1-2,太阳能空腔1-3,可滑移光伏板1-4、温度传感器2-3、光纤温度传感器2-4和辐射强度传感器2-5,仅保留加厚彩钢板1-5、内框架1-6、沙质土1-7、彩钢板一1-8、保温板1-9、彩钢板二1-10、喷塑层1-11。
办公房间外、设在阴面的低能耗外墙1旁设有低温空气源热泵室外机4-2。低温空气源热泵室外机4-2通过热泵工质供液换热管4-3与挂装载在一个蓄热内墙3-1上的低温空气源热泵室内机4-1连接。
由于文件柜3-5对应的低能耗外墙1内表面被文件柜3-5遮挡,所以这一部分低能耗外墙1的蓄热效果难以发挥,与室内换热效果差,可滑移光伏板1-4平时停留在低能耗外墙1上的对应文件柜3-5的位置进行光伏发电,可滑移光伏板1-4后面的墙体被遮挡升温缓慢。当辐射强度传感器2-5测得较强的太阳辐射强度(比如大于600W/㎡)且温度传感器2-3测量太阳能空腔1-3内的空气温度超高(比如高于36℃)时,此时未被可滑移光伏板1-4遮挡的墙体表面升温很快,可滑移光伏板1-4在导轨上水平移动将被遮挡的墙体暴露,使其升温蓄能,提高整个墙体的温度。
低温空气源热泵及热泵工质换热管有2种工况:
工况1:房间制热工况。当房间内有人员办公或休息,需要提升室温供热时,开启工况1。工况1下低温空气源热泵室内机4-1和低温空气源热泵室外机4-2进行制热运行,电磁阀一4-4和电磁阀四4-7关闭,电磁阀二4-5和电磁阀三4-6开启,热泵工质供液换热管4-3内没有热泵工质流过。热泵工质从总供液管4-9和热泵工质供液管4-10中流过,从低温空气源热泵室外机4-2供给到低温空气源热泵室内机4-1。在低温空气源热泵室内机4-1冷凝放热后的热泵工质经热泵工质回液管4-11回到低温空气源热泵室外机4-2,再经低温空气源热泵室外机4-2蒸发吸热、压缩处理后送回总供液管4-9,进行制热循环。
工况2:房间蓄热工况。当房间内没有人员办公或休息,或室温达到设定的温度不需要提升室温供热时,开启工况2。工况2下低温空气源热泵室内机4-1停机、低温空气源热泵室外机4-2进行制热运行,电磁阀一4-4和电磁阀四4-7开启,电磁阀二4-5和电磁阀三4-6关闭,热泵工质供液管4-10内没有热泵工质流过。热泵工质从总供液管4-9和热泵工质供液换热管4-3中流过,从低温空气源热泵室外机4-2供给到低温空气源热泵室内机4-1,并和蓄热内墙3-1内的沙质土1-7进行换热,提高沙质土1-7的温度,达到蓄热的目的。在房间温度下降时,沙质土1-7可缓慢向房间内放热,提升温度、提高热舒适性。在低温空气源热泵室内机4-1冷凝放热后的热泵工质经热泵工质回液管4-11回到低温空气源热泵室外机4-2,再经低温空气源热泵室外机4-2蒸发吸热、压缩处理后送回总供液管4-9,进行制热循环。
本发明最优的完整一天的运行模式如下:藏区某地中午室温比温度最低的凌晨高20℃,所以中午低温空气源热泵的制热能效比比凌晨高100%,即每消耗1kWh的电力,在不需要供热的中午可以比在最需要供热的凌晨多生产1kWh的热量。当中午室外温度最高、太阳辐射最强烈时,此时办公房间内的温度适宜不用开启热泵制热,在此时开启低温空气源热泵室外机4-2以当日最高的效率制热、以工况2进行0.5-1h蓄热运行,将热量蓄存在蓄热内墙3-1内的藏区沙质土内。当温度传感器2-3监测到蓄热内墙3-1内的藏区沙质土温度低于热泵工质温度3℃时(比如达到42℃),低温空气源热泵室外机4-2停机。办公房间内的温度可由设在办公房间内的温度传感器2-3监测,低温空气源热泵室内机4-1也带有根据室内温度启停的控制器。午后随着室外温度下降,办公房间内的温度逐渐下降低于人体舒适温度或设定的室内温度,低温空气源热泵室内机4-1和低温空气源热泵室外机4-2进入工况1进行制热运行。在这个过程中由于蓄热内墙3-1内的藏区沙质土的温度高于室温,蓄存在其内的热量不断释放到室内,降低了热泵系统的供热负荷,降低热泵的耗电量,节约了电能。
尤其是在室外温度较低的凌晨,热泵效率相较中午急剧下降,此时由于四面墙体(2个设有保温外窗3-2的低能耗外墙1和2个蓄热内墙3-1)内都填充有藏区沙质土,墙体热惰性大(根据现有文献37cm厚单面抹灰砖墙总热延迟时间为13.2小时),在凌晨时四面墙体仍可同时散热,可提升室内温度,降低供热负荷,显著减少热泵的耗电量。
综上所述,借助于本发明的上述技术方案,通过增加夹层高热惰性的填充藏区沙质土的墙体,显著提搞了整个复合墙体的热惰性、保温能力和蓄热能力,进而可利用昼夜温差大的气候特点,将中午高温时的太阳辐射能量和空气源能量蓄存在墙体中,低温时使用,提高了房间的热舒适性并节约了空调能耗;通过空气源热泵管路加热蓄热墙体的系统,利用高温时段的空气源能量在内墙蓄能,充分利用了可再生能源和可供蓄能的空间。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种高寒地区装配式主被动结合节能墙体,其特征在于,包括低能耗外墙(1),所述低能耗外墙(1)与蓄热内墙(3-1)通过墙体装配连接件(3-4)连接;
所述低能耗外墙(1)由外到内依次设有透明钢化玻璃(1-2)、加厚彩钢板(1-5)、彩钢板一(1-8)、彩钢板二(1-10),所述透明钢化玻璃(1-2)与所述加厚彩钢板(1-5)之间设有太阳能空腔(1-3),所述加厚彩钢板(1-5)通过内框架(1-6)与所述彩钢板一(1-8)固定连接,所述彩钢板一(1-8)和所述彩钢板二(1-10)之间设有保温板(1-9),所述加厚彩钢板(1-5)与所述彩钢板一(1-8)之间填充有沙质土(1-7);
所述透明钢化玻璃(1-2)的上部有上通风窗口(2-1),所述透明钢化玻璃(1-2)的下部设有下通风窗口(2-2),所述太阳能空腔(1-3)内设有可滑移光伏板(1-4),所述可滑移光伏板(1-4)的上、下两端分别与光伏板导轨(2-6)活动连接,所述光伏板导轨(2-6)与所述加厚彩钢板(1-5)固定连接;
所述蓄热内墙(3-1)由内到外依次设有内墙加厚彩钢板一(1-12)、内墙加厚彩钢板二(1-13),所述内墙加厚彩钢板一(1-12)通过内墙内框架(1-14)与所述内墙加厚彩钢板二(1-13)固定连接,所述内墙加厚彩钢板一(1-12)与所述内墙加厚彩钢板二(1-13)之间填充有沙质土(1-7);
所述内墙加厚彩钢板一(1-12)与所述内墙加厚彩钢板二(1-13)之间的沙质土(1-7)内设有热泵工质供液换热管(4-3),所述蓄热内墙(3-1)所述热泵工质供液换热管(4-3)的下方设有分隔板(4-8),所述分隔板(4-8)下方设有总供液管(4-9),所述总供液管(4-9)的出口端分别通过所述热泵工质供液换热管(4-3)及热泵工质供液管(4-10)与所述蓄热内墙(3-1)内侧的低温空气源热泵室内机(4-1)连接,所述总供液管(4-9)的入口端与所述蓄热内墙(3-1)外侧的低温空气源热泵室外机(4-2)连接,所述低温空气源热泵室内机(4-1)通过热泵工质回液管(4-11)与低温空气源热泵室外机(4-2)连接;
所述热泵工质供液换热管(4-3)的出口端设有电磁阀一(4-4),所述热泵工质供液换热管(4-3)的入口端设有电磁阀四(4-7),所述热泵工质供液管(4-10)的出口端设有电磁阀二(4-5),所述热泵工质供液管(4-10)的入口端设有电磁阀三(4-6);
所述内墙加厚彩钢板一(1-12)与所述内墙加厚彩钢板二(1-13)之间及所述太阳能空腔(1-3)内均设有温度传感器(2-3);所述沙质土(1-7)内设有若干光纤温度传感器(2-4);所述可滑移光伏板(1-4)表面设有辐射强度传感器(2-5)。
2.根据权利要求1所述的高寒地区装配式主被动结合节能墙体,其特征在于,所述透明钢化玻璃(1-2)外壁设有透明可更换防爆膜(1-1)。
3.根据权利要求1所述的高寒地区装配式主被动结合节能墙体,其特征在于,所述热泵工质供液换热管(4-3)呈蛇形盘管状。
4.根据权利要求1所述的高寒地区装配式主被动结合节能墙体,其特征在于,所述内墙加厚彩钢板一(1-12)和内墙加厚彩钢板二(1-13)外表面均设有喷塑层(1-11)。
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