DE102004016040A1 - Strahlungsheizung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Strahlungsheizung aus einer Wärmestrahlungsfläche, welche aus Marmor, Granit oder marmorisiertem Kalkstein, Metall, Keramik, Glas oder deren Kombinationen bestehen kann. Dabei werden auf der Rückseite der Strahlungsfläche zwei verschiedene Heizungselemente in Verbindung mit einer Dämmung angeordnet. Dabei sind zwei Konvektionsheizungen als Wärmequelle gegeben, welche eine sofortige Beheizung eines entsprechenden Raumes ausführen kann.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Strahlungsheizung aus einer Wärmestrahlungsfläche, welche aus Marmor, Granit oder marmorisiertem Kalkstein, Metall, Keramik, Glas oder deren Kombinationen bestehen kann. Dabei werden auf der Rückseite der Strahlungsfläche zwei verschiedene Heizungselemente in Verbindung mit einer Dämmung angeordnet. Dabei sind zwei Konvektionsheizungen als Wärmequelle gegeben, welche eine sofortige Beheizung eines entsprechenden Raumes ausführen kann.
  • Der gegebene Stand der Technik ist dadurch gekennzeichnet, dass Strahlungsheizungen, insbesondere aus Naturstein bekannt sind, welche auf der Rückseite eine elektrische Heizung aufweisen.
  • Dabei sind die elektrischen Heizungen so angeordnet, dass sie in dem Naturstein durch Ausfräsen dieses angeordnet sind bzw. über ein Gittergewebe auf dem Naturstein aufgeklebt werden. Durch die elektrische Heizung wird dann die Strahlungsheizung aus Naturstein bzw. aus anderen Materialien erwärmt und kann dann nachfolgend nach einer relativ langen Erwärmungsphase den Raum aufheizen. Nachteilig ist hierbei, dass ein Aufheizen eines Raumes über die Strahlungsheizung mit einer angeordneten elektrischen bzw. anderen Heizquelle relativ lange dauert, da erst die vorhandene Wärmestrahlungsfläche, beispielsweise aus Marmor, aufgeheizt werden muss. Dies kann einige Stunden dauern, was sich somit als Nachteil darstellt.
  • Ziel der Erfindung ist es, eine Anordnung von Strahlungsheizungen an der Rückseite dieser zu finden, welche allen Möglichkeiten der Verwendung von Konvektionsheizungen bzw. auch alternativen Energien entspricht und den Energieaufwand deutlich senkt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Strahlungsheizung aus einer Wärmestrahlungsfläche, welche aus Marmor, Granit oder marmorisiertem Kalkstein, Metall, Keramik, Glas oder deren Kombinationen besteht, zu realisieren und somit den Stand der Technik zu unterdrücken. Dabei wird eine Strahlungsheizung gefunden, welche die Möglichkeit offenbart, eine schnelle Aufheizung eines vorhandenen Raumes auszuführen und nachfolgend in einem effektiven Temperaturbereich zu verbleiben.
  • Die Erfindung wurde aufgabengemäß dadurch gelöst, dass eine Strahlungsheizung aus einer Wärmestrahlungsfläche, welche aus Marmor, Granit oder marmorisiertem Kalkstein, Metall, Keramik, Glas oder deren Kombinationen besteht, realisiert ist, wobei auf der Rückseite der Strahlungsfläche eine elektrische Heizung bzw. eine elektrische Heizung für alternative Energien angeordnet ist und über die elektrische Heizung bzw. die elektrische Heizung für alternative Energien eine innere Rückwand mit einer innen liegenden Dämmung ausgeführt wird. Diese innen liegende Dämmung mit der entsprechenden innen liegenden Rückwand verhindert, eine Wärmeausdehnung hin zur Montagewand. Schlussfolgernd daraus wird die gesamte Energie über die Strahlungsheizung mit der vorhandenen Wärmestrahlungsfläche abgegeben. Des Weiteren wird auf die innere Rückwand mit der beinhalteten Dämmung eine zweite Konvektionsheizung angeordnet. Diese ist dafür dienlich, dass mit dieser Konvektionsheizung eine schnelle Aufheizung eines gegebenen Raumes möglich ist. Diese Konvektionsheizung kann aus verschiedenen Heizungsquellen bestehen. Vorzugsweise wird hierbei eine elektrische Heizung benutzt, welche an den normalen Netzbetrieb angeschlossen wird. Außerdem ist es möglich, auch hier einen normalen Warmwasserheizkörper aus einem gegebenen Heizungssystem zu installieren. Über diese Konvektionsheizung, welche zur sofortigen Beheizung eines Raumes dienlich ist, wird eine äußere Rückwand als abschließendes Element für den gesamten Heizungsbereich montiert. Diese äußere Rückwand besitzt an den jeweiligen Außenkanten, oben und unten, Konvektionsschlitze, womit ein sofortiger Austritt der erwärmten Luft hin zum Raum erfolgt. Die Konvektionsheizung wird über eine entsprechende Regelung oder Steuerung solange betrieben, bis eine bestimmte Temperatur im Innenraum des zu beheizendes Raumes gegeben ist, womit dann die Abschaltung der Konvektionsheizung stattfindet. Nachfolgend wird dann über die vorhandene elektrische Heizung bzw. die elektrische Heizung für alternative Energien eine weitere Beheizung der Strahlungsheizung bzw. der wärmestrahlenden Fläche gegeben. Grundsätzlich werden die gegebene Innenrückwand und die äußere Rückwand mit entsprechenden Halterungsbolzen an der Rückseite befestigt. Die gesamte Strahlungsheizung mit der vorhandenen Wärmestrahlungsfläche und den angebrachten elektrischen bzw. alternativen Heizungselementen bzw. der Konvektionsheizung wird über gegebene Halterungsbolzen an einer Wand bzw. anderen Flächen angeordnet.
  • Des Weiteren wird eine technische Lösung ausgeführt, wobei mehrstufige Heizelemente in Kombination mit einem Regler, insbesondere einem 3-Punkt-Regler, auf der Rückseite der Strahlungsheizung angebracht sind. Dabei wird die gegebene Strahlungsheizplatte immer in dem für die Strahlungsheizung effektiven Temperaturbereich gehalten. Der Regler, insbesondere der 3-Punkt-Regler, schaltet bei Erreichen der Raum-Solltemperatur einen Teil des Heizelementes ab und läuft mit geringer Leistung weiter. Dadurch bleibt die Platte im effektiven Bereich als Strahlungsheizung. Bei der Temperaturbeibehaltung mit geringer Leistung wird wesentlich weniger Energie benötigt, als bei dem kompletten Aufheizen einer abgekühlten Strahlungsheizung. An dem 3-Punkt-Regler werden zwei Solltemperaturen eingegeben, welche durch eine Raumtemperaturmessung ermittelt werden, um somit in einem effektiven Bereich der Wärmeabgabe der Strahlungsheizung zu liegen. Erreicht die Strahlungsheizung einen oberen Wert der Solltemperatur, wird über den Regler ein Teil des Heizelementes an der Strahlungsheizung abgeschaltet. Das mehrstufige Heizelement läuft somit nur mit einem Teil des gesamten Heizelementes. Wird nun durch Absenkung der Temperatur durch geringe Strahlungsabgabe der Strahlungsheizung der untere Raum-Sollwert erreicht, wird dieser abgeschaltete Teil des Heizelementes wieder zugeschaltet und somit eine volle Leistung der gesamten Heizelemente erreicht. Durch diese volle Leistung der Heizelemente wird wieder die obere Raum-Solltemperatur erreicht, und es erfolgt wieder ein Abschalten eines bestimmten Teiles des Heizelementes. Auf Grundlage dieser Zu- und Abschaltung zwischen zwei Solltemperaturen wird eine erhebliche Energieeinsparung erreicht, da die Strahlungsheizung nicht aus einem abgekühlten Zustand über Heizelemente erwärmt werden muss. Durch die relativ gleich bleibende Plattentemperatur der Strahlungsheizung wird ein angenehmeres Raumklima erreicht, die thermo-mechanische Belastung ist geringer und die Lebensdauer der Strahlungsheizung verlängert sich. Durch das mehrstufige Heizelement ist eine höhere Betriebssicherheit gegeben, zum Beispiel beim Frostschutzheizen während einer Abwesenheit.
    •
  • An verschiedenen Ausführungsbeispielen wird nachfolgend das erfinderische Element beschrieben. Dabei sind Zeichnungen gegeben, welche Folgendes aussagen.
  • 1 Strahlungsheizung
  • 2 Strahlungsheizung mit Warmwasserheizkörper
  • 3 Heizelement Regler
  • 4 Diagramm Verhältnis Temperatur – Zeit
  • Die 1 zeigt eine Strahlungsheizung, welche sich in dem genannten Ausführungsbeispiel wie folgt zusammensetzt.
  • Als Wärmestrahlungsfläche wird eine Strahlungsfläche 1 aus Naturstein benutzt. Dabei kann es sich um Marmor, Granit oder marmorisiertem Kalkstein handeln. Die wesentlichen Eigenschaften dieser Natursteinheizung ergeben sich daraus, dass hierbei hochwertige und sorgfältig ausgewählte Natursteine verwendet werden. Dadurch wird jede Natursteinheizung ein stilvolles Unikat. Der Begriff Marmor wird verschieden definiert. In der geologischen Wissenschaft versteht man unter Marmor ein aus Kalkstein umgewandeltes metamorphes Gestein. In der Bauwirtschaft, im Handel und im Volksmund wird jeder feste und damit polierfähige Kalkstein als Marmor bezeichnet. Der „echte", das heißt der metamorph entstandene Marmor ist durch Kontakt- oder Regionalmetamorphose aus Kalkstein gebildet. Er ist grobkristallin und wie Kalkstein monomineralisch aus Calcit aufgebaut. Einzelne Kristalle sind auf Kosten anderer vergröbert, so dass das ganze Aggregat ein zuckerförmiges Aussehen zeigt. Fremdbestandteile verändern das ursprünglich schneeweiße Gestein zu einem gestreiften, geflammten, gefleckten, gemaserten, geäderten bunten Marmor. Dabei zeigen sich zwei wesentliche Unterschiede auf. Kristalliner Marmor ist in den meisten Fällen grobkristallin, zuckerkörnig, in Platten lichtdurchscheinend, fossilleer und weist keine Hohlräume auf, wobei der marmorisierte Kalkstein feinkristallin und nicht lichtdurchscheinend ist, gelegentlich Hohlräume und häufig Fossilien beinhaltet. Diese beiden wesentlichen Merkmale werden bei der Strahlungsheizung als Wärmestrahlungsfläche verwendet. Die Strahlungsheizung ist vom Prinzip vergleichbar mit der wohltuenden Wärmestrahlung eines Kachelofens. Im Gegensatz zu einer Konvektionsheizung erreicht man mit der Natursteinheizung eine fast optimale Temperaturverteilung zwischen Decke und Fußboden und spart durch ein völlig anderes Wärmeempfinden Energiekosten. Die gleichmäßig ausbreitenden Wärmewellen im Raum erwärmen direkt Körper und Gegenstände und rufen schon nach kurzer Zeit ein angenehmes Gefühl hervor.
  • In der 1 wird dementsprechend ein gegebener Naturstein verwendet. Auf dem Naturstein wird eine elektrische Heizung 3 aufgebracht. Dabei sind die Heizlitzen der elektrischen Heizung 3 mäanderförmig verlegt. Diese Verlegung der Heizlitze der elektrischen Heizung 3 wird auf einem Glasfasergittergewebe ausgeführt. Diese Verlegung der Heizlitze auf dem Glasfasergittergewebe wird über einen Kleber in Querrichtung befestigt. Weiterhin ist dabei gegeben, dass die Heizlitze der elektrischen Heizung 3 über eine entsprechende PVC-Beschichtung elektrisch isoliert ist. Die Ende werden an die Anschlussmöglichkeit eines elektrischen Netzes bzw. auch einer alternativen Energiezuführung ausgeführt. Grundsätzlich wird also hierbei ein Glasfasergittergewebe mit einer aufgeklebten Heizlitze einer elektrischen Heizung 3 angewandet. Dieses Glasfasergittergewebe mit den Heizlitzen der elektrischen Heizung 3 wird dann mit einer weiteren Klebemasse auf der Rückseite des Natursteines angeordnet. Somit ist ein direkter Kontakt der elektrischen Heizung 3 mit dem Naturstein gegeben.
  • Eine weitere Möglichkeit für die Anwendung einer elektrischen Heizung 3 besteht darin, dass man ein Heizelement für alternative Energien 2 für die elektrische Heizung 3 verwendet. Diese Entscheidung welches elektrische Heizelement 3 bzw. Heizelement für alternative Energien 2 verwendet wird, richtet sich je nach Anwendungsbereich der Strahlenheizung. Über die installierte elektrische Heizung 3 oder ein Heizelement für alternative Energien 2 wird nun eine innere Rückwand 5 angeordnet. Innerhalb dieser inneren Rückwand 5 ist eine Dämmung 4 gegeben, womit erreicht wird, dass ein Wärmeverlust mit der entsprechenden Montagewand verhindert wird. Somit wird über die elektrische Heizung 3 bzw. einem Heizelement für alternative Energien 2 eine optimale Ausbreitung der Wärmeenergie über die Strahlungsfläche 1 gegeben. Auf diese innere Rückwand 5 der Strahlenheizung wird nun eine Konvektionsheizung 6 angeordnet. Diese Konvektionsheizung 6 kann ebenfalls ein elektrisches Heizelement darstellen. Über die Konvektionsheizung 6 wird dann eine nochmalige äußere Rückwand 7 angeordnet, wobei bei der äußeren Rückwand 7 die jeweiligen oberen und unteren Kanten mit Konvektionsschlitzen 8 versehen sind. Grundsätzlich dient die Konvektionsheizung 6 dazu, bei Erwärmung von bestimmten Gebäuden zu erreichen, dass durch die Verwendung der Konvektionsheizung 6 eine sofortige Erwärmung des Raumes über Zuschaltung dieser Konvektionsheizung 6 stattfindet.
  • Sind durch Regel- bzw. Steuerelemente bestimmte Temperaturen im Raum erreicht, wird diese Konvektionsheizung 6 automatisch ausgeschaltet, und eine weitere Wärmestrahlung wird dann über die Strahlungsfläche 1 mit beauflagter elektrischer Heizung 3 oder einem Heizelement für alternative Energien 2 durchgeführt. Insbesondere bei Einsatz eines Heizelementes für alternative Energien 2 für den ersten Heizungskreislauf, welcher dann auf der Strahlungsfläche 1 aufgebracht ist, kann bei entsprechenden klimatischen Bedingungen, wie Windstille, Dunkelheit, Kälteeinbruch etc., eine zusätzliche Heizung über die Konvektionsheizung 6 die Beheizung eines Raumes ausführen.
  • Nachfolgend werden noch mal die Vor- und Nachteile in einer Produktbeschreibung ausgeführt. Bei diesem Gebrauchsmuster handelt es sich um eine Heizung. Diese Heizung ist eine kombinierte Strahlungs- und Konvektionsheizung. Erstrangig arbeitet diese Heizung als Strahlungsheizung. Die Primärenergie für diese Heizung ist Elektroenergie. Die Strahlungswärme wird durch ein oder mehrere elektrische Heizelemente 3 bzw. 2 hinter oder in einer Wärmestrahlungsfläche bzw. Strahlungsfläche 1 erzeugt. Als Strahlungsfläche 1 kommen bevorzugt Natursteine zum Einsatz. Es können aber auch Metall, Keramik, Glas oder deren Kombinationen eingesetzt werden. Die reine Strahlungsheizung hat zwei Heizelemente. Das eine Heizelement dient zum konventionellen Netzbetrieb. Das andere Heizelement dient zur Einspeisung von Elektroenergie aus alternativen Energieerzeugern, wie Photovoltaik, Windkraftanlagen oder Ähnliches bzw. einer ganz normalen elektrischen Heizung. Das Heizelement, welches mit Energie von alternativen Energieerzeugern gespeist wird, arbeitet vorrangig. Erst wenn die momentan benötigte Wärmeleistung von den alternativen Energieerzeugern nicht mehr ausreicht, zum Beispiel durch Kälteeinbruch, Windstille, Dunkelheit etc., wird das aus dem öffentlichen Netz gespeiste Heizelement, wie die Konvektionsheizung 6, zugeschaltet. Die elektrischen Heizelemente 2 und 3 sind technisch so ausgelegt, dass die Elektroenergie direkt von der Anlage ohne Wechselrichter, Stabilisierung etc. eingespeist werden kann, was die technischen Anlagekosten erheblich senkt. Die Heizung ist eine Kombination zwischen Strahlungsheizung und Konvektionsheizung. In der Strahlungsheizung ist ein weiterer Elektrokonvektor integriert. Der Elektrokonverter dient zum schnellen Aufheizen der Räumlichkeiten. Bei Erreichen des Sollwertes wird der Konvektor weggeschaltet, und die Strahlungsheizung arbeitet allein weiter.
  • 2 zeigt eine Kombination aus einer Strahlenfläche 1 aus Naturstein, einem elektrischen Heizelement 3 aus gegebener Elektroenergie und eine Konvektionsheizung 6, welche sich hierbei als Warmwasserheizkörper 9 darstellt. Dieser Warmwasserheizkörper 9 ist an einen Zulauf 10 bzw. Ablauf 10a des Warmwassers gegeben. Die Funktionsweise dieser unter 2 dargestellten Ausführungsvariante ist identisch mit der unter 1, was bedeutet, dass bei schnellem Aufheizen oder nicht vorhandener Elektroenergie eine Konvektionsheizung 6 in Form eines Warmwasserheizkörpers 9 zugeschaltet wird. Ist eine bestimmte Raumtemperatur erreicht, ist nachfolgend eine Abschaltung dieses Warmwasserheizkörpers 9 gegeben, womit eine weitere Strahlungstätigkeit der Strahlungsfläche 1 der Strahlungsheizung über die elektrischen Heizelemente 3 ausgeführt wird.
  • 3 zeigt ein Blockschaltbild des 3-Punkt-Reglers 11 mit der Strahlenfläche 1 und integriertem geteilten Heizelement aus den Teilen 13 und 12. Dabei ist ersichtlich, dass auf der Strahlenfläche 1 auf der Rückseite ein geteiltes Heizelement über einen Nullleiter angebracht ist, welches in die jeweiligen Heizelemente 12 und 13 aufgeteilt ist. Diese Heizelemente 12 und 13 werden elektrotechnisch mit einem 3-Punkt-Regler 11 verbunden. Dieser 3-Punkt-Regler 11 ist mit einem gegebenen Raumtemperaturmesser signaltechnisch verbunden. In dem 3-Punkt-Regler 11 werden zwei verschiedene Raum-Solltemperaturen vorgegeben. Wichtig ist dabei, dass auf Grundlage des 3-Punkt-Reglers die Möglichkeit besteht, das geteilte Heizelement in seinen jeweiligen Teilen zu- und abzuschalten.
  • Die 4 zeigt ein Diagramm des Verhaltens der Temperatur zur Zeit, woraus ersichtlich ist, dass in den Schaltpunkten 1t , 2t und 3t des 3-Punkt-Reglers 11 jeweils eine Zu- und Abschaltung eines Teiles eines Heizelementes 13 erfolgt. Wird nun der Sollwert 1 der Raumtemperatur im oberen Punkt erreicht, welche in dem 3-Punkt-Regler eingestellt ist, wird das Heizelementteil 13 über den Regler abgeschaltet. Somit läuft die Strahlungsheizung 1 nur über das Heizelementteil 12. Die dadurch stattfindende Abkühlung durch die nicht volle Auslastung der Heizelemente erfolgt eine Temperaturverminderung im Laufe der Zeit. Damit wird ein weiterer Sollwert der Raumtemperatur im unteren Bereich erreicht. Über den 3-Punkt-Regler wird dann das Heizelementteil 13 wieder zugeschaltet, und die Strahlungsheizung 1 wird mit voller Leistung der beiden Teile der Heizelemente 13 und 12 beaufschlagt. Somit wird wieder der obere Sollwert der Raumtemperatur erreicht, und ein weiteres Abschalten des Heizelementteiles 13 erfolgt. Erreicht wird damit, dass die Strahlungsheizung 1 immer im effektiven Bereich der Temperatur mit den jeweiligen Heizelementteilen 12 und 13 beaufschlagt wird und somit die schon diesseitig beschriebenen Vorteile erzielt werden.
    • 1
    Strahlungsfläche
    2
    Heizungselement für alternative Energien
    3
    elektrisches Heizelement
    4
    Dämmung
    5
    innere Rückwand
    6
    Konvektionsheizung
    7
    äußere Rückwand
    8
    Konvektionsschlitze
    9
    Warmwasserheizkörper
    10
    Zulauf
    10a
    Ablauf
    11
    Regler
    12
    Heizelementteil
    13
    Heizelementteil
    1t
    Schaltpunkt Regler
    2t
    Schaltpunkt Regler
    3t
    Schaltpunkt Regler

Claims (12)

  1. Strahlungsheizung aus einer Wärmestrahlungsfläche, welche aus Marmor, Granit oder marmorisiertem Kalkstein, Metall, Keramik, Glas oder deren Kombinationen besteht, wobei auf bzw. in der Strahlungsfläche auf seiner Rückseite eine Heizung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Heizelement aus zwei Heizelementteilen (12 und 13) an der Rückseite der Strahlungsheizung (1) befindet und diese geteilten Heizelemente (12 und 13) mit einem Regler (11) verbunden sind, wobei der Regler (11) so angeschlossen ist, dass die Teile des Heizelementes (12 und 13) zu- und abschaltbar sind und/oder eine Konfektionsheizung (6) auf einer inneren Rückwand (5) mit einer Dämmung (4) angeordnet ist.
  2. Strahlungsheizung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Heizelementteile (12 und 13) vorzugsweise aus einer elektrischen Heizquelle bestehen und die Leistung eines jeden Teils annähernd gleich ist.
  3. Strahlungsheizung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (11) ein 3-Punkt-Regler ist.
  4. Strahlungsheizung nach den Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass die geteilten Heizelementteile (12 und 13) einen gemeinsamen Nullpunkt aufweisen.
  5. Strahlungsheizung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelementteil (12) mit dem Regler (11) hin zu einem oberen Sollwertschalter und dass das Heizelementteil (13) mit dem Regler (11) hin zu einem unteren Sollwertschalter der Raumtemperatur verbunden ist.
  6. Strahlungsheizung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass auf der Rückseite der Strahlenfläche (1) eine Kombination aus einer elektrischen Heizung und einer alternativen Energieheizung gegeben ist.
  7. Strahlungsheizung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlenfläche (1) vorzugsweise aus einem Naturstein, welcher aus Marmor, Granit bzw. marmorisiertem Kalkstein hervorgeht, besteht.
  8. Strahlungsheizung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Konvektionsheizung (6) eine elektrische Heizung für alternative Energien (2) oder eine elektrische Heizung (3) gegeben ist.
  9. Strahlungsheizung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Konvektionsheizung (6) als Warmwasserheizkörper (9) bekannter Bauart ausgeführt ist.
  10. Strahlungsheizung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass auf der Rückseite der Strahlungsfläche (1) eine elektrische Heizung (3) oder ein Heizelement für alternative Energien (2) vorhanden ist, wobei auch eine Kombination beider Heizungsquellen möglich ist.
  11. Strahlungsheizung nach den Ansprüchen 1 und 10 dadurch gekennzeichnet, dass über die elektrische Heizung (3) oder auf dem Heizelement für eine elektrische Heizung aus alternativen Energien (2) bzw. aus einer Kombination beider eine innere Rückwand (5) mit einer innen angebrachten Dämmung (4) angeordnet ist.
  12. Strahlungsheizung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Rückwand (7) am kompletten Heizungssystem der beiden Heizungsträger auf der Rückseite der Strahlungsfläche (1) abschließt und die Konvektionsschlitze (8) an der oberen und unteren Abkantung angeordnet sind.
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