DE1960745C2 - Verfahren zur regelbaren Wärmeisolierung und Gebäude zur Durchführung dieses Verfahrens - Google Patents

Verfahren zur regelbaren Wärmeisolierung und Gebäude zur Durchführung dieses Verfahrens

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Description

Flg.4 eine Darstellung des Wäxmeflusses durch die Wandung nach Fig, 3 und
Fig.5 eine Darstellung einer Wärmeisolierung von Waren In einem Behalter,
Das In Fig. 1 dargestellte Gebäude weist einen Betonboden 23 auf. Der Boden trägt eine Anzahl halbkrelsbogenförmiger Träger 24, welche ihrerseits eine Anzahl Längsträger 25 tragen. Die Längsträger 25 tragen eine aus einem vergleichsweise starren, wasserdichten Material bestehende, innere Wandung 2. Parallel zur Inneren Wandung 2 verläuft in einigem Abstand dazu die aus durchlässigem Material bestehende Süßere Wandung 1. Das durchlässige Material kann durch ein Textilgewebe dargestellt sein oder durch Plastik-Schichtmaterial, das entweder porös ist oder zahlreiche kleine Öffnungen aufweist. Die beiden Wandungen 1 und 2 schließen den Hohlraum 3 ein. An den unteren Enden sind die Wandungen durch einen Auffangboden 5 zum Sammeln der Flüssigkeit verbunden. Ein Verbindungsrohr 26 verbindet den Auffangboden 5 mit einem Tank 10. Der Tank 10 enthält einen durch einen 1 hermostaten 13 gesteuerten elektrischen Heizkörper?. Vom Boden des Tanks 10 verläuft ein die Pumpe 9 enthaltendes Rohr 8 zum Schaumerzeuger 6. Der Schaumerzeuger 6 enthält einen durch den Elektromotor 28 angetriebenen Ventilator 27, ein mit Öffnungen versehenes Teil 29, beispielsweise ein Gewebe oder Drahtsieb, und zwischen dem Ventilator 27 und dem Teil 29 eine Sprühdüse 30 am oberen Ende des Rohres 8. Durch einen Durchlaß 33 steht der Schaumerzeuger 6 mit einem Verteilerrohr 11 in Verbindung, das entlang dem First des Gebäudes verläuft und mit dem Hohlraum 3 durch zahlreiche Öffnungen 34 in Verbindung steht. Die Stromzufuhr für die Elektromotoren des Ventilators 27 und der Pumpe 9 wird durch den Schalter 12 gesteuert, der seinerseits durch einen auf den Innendruck des Hohlraumes 3 ansprechenden Druckfühler 35 betätigt wird.
Beim Betrieb der Anlage wird die zu verschäumende Flüssigkeit durch die Pumpe 9 aus dem Tank 10 zur Sprühdüse 30 gefördert und dort auf das Teil 29 aufgesprüht. Durch den Ventilator 27 wird ein Luftstrom durch das Teil 29 geblasen, wodurch sich die Flüssigkeit und die Luft vermischen und Schaum bilden. Der Schaum dringt durch den Durchlaß 33, das Verteilerrohr U und die Öffnungen 34 in den Hohlraum 3. Während seines weiteren Vordringens nach abwärts durch den Hohlraum 3 fällt der Schaum zusanv.nen. Die aus dem zusammenfallenden Schaum freiwerdende Flüssigkeit läuft auf der inneren Wandung entlang zum Auffangboden 5, von dort durch das Verbindungsrohr 26 in den Tank 10. Die durch das Zusammenfallen freiwerdende Luft entweicht durch die durchlässige äußere Wandung 1. Die in d~m Tank 10 zusammengeströmte Flüssigkeit wird erneut zur Schaumerzeugung durch den Schaumerzeuger 6 verwendet.
Dabei unterliegt die zur Schaumerzeugung verwendete Flüssigkeit beim Herstellen der Isolierung einem ständigen Kreislauf und führt somit zu einem vorteilhaften Nebeneffekt, welcher darin liegt, daß die Flüssigkeit gleichzeitig als Wärmetransportmedium verwendet werden kann, wobei es möglich ist, während des Tages die von der Sonne oder dem Himmel ausgehende Wärme in der Flüssigkeit zu absorbieren und zu speichern und diese gespeicherte Wärme zur Beheizung des Isolierten Gebäudes während der Nacht zu verwenden. Gleichzeitig !st es möglich, daß die Flüssigkeit als Heizungs- oder Kühlmittel dient, das die zu übertragende Wärme oder Kälte von einer Helzqu/.le oder Kältequelle beispielsweise nach den einzelnen Räumen eines Hauses transponiert.
Die Flüssigkeit kann Wasser sein, mit einem die Oberflächenspannung erhöhenden Agens als Schaumbildner, wie z, B. Seife, Saponin, Protein oder ein synthetisches Mittel wie z, B, Natriumalkylsulfat, Vorzugsweise sollte der Schaumbildner im Wasser mit etwa I bis 2 Gewichtsprozent enthalten sein. Eine andere verwendbare Flüssigkeit ist Glykol, wie z, B. Äthylenglykol, Diäthylenglykol, Polyäthylenglykol oder Propylenglykol. Weitere verwendbare Flüssigkeiten sind Glyzerin oder Glykolderivate wie Diäthylenglykoläthyläther. Beispiele für in Glyzerin, Glykol und Glykolderivaten verwendbare, die Oberflächenspannung erhöhende Mittel sind Propylenglykolmonostearat, fettige Alkoholaminosulfate, ein Fettsäureamfd-Äthylenoxyd-Kondensat, Sorbitanmonostearat oder Cerylalkohol. Die In Glyzerin, Glykol und Glykolderivaten enthaltene Menge eines Schaumbildners beträgt vorzugsweise etwa 4 bis 5 Gewichtsprozent.
Mischungen von Wasser mit den oben angeführten organischen Flüssigkeiten sind ebenfalls verwendbar, falls es beispielsweise erforderlich ist, den Gc;rlerpunkt der Flüssigkeit unter den des Wassers abzusenken. Durch entsprechende Auswahl der Flüssigkeit und des die Oberflächenspannung erhöhenden Mittels ist es möglich einen Schaum zu erzeugen, dessen Stabilität in einem Bereich zwischen einer Minute und bis zu 72 Stunden liegt. Falls ein Schaum von außergewöhnlich langer Lebensdauer erwünscht ist, kann der Flüssigkeit ein Schaumstabilisator beigemengt werden. Ist es jedoch erwünscht, daß der Schaum schnell zusammenfällt, dann kann der Flüssigkeit eine kleine Menge von beispielsweise Äther oder Amylalkohol beigegeben werden.
Die Flüssigkeit kann auch weitere Zusätze enthalten, wie z. B. Verbindungen, die das sichtbare Licht absorbieren oder auch infrarote oder ultraviolette Strahlung.
Die durchlässige äußere Wandung 1 bedarf keiner mechanischen Stützung, da der Druck des Schaumes ausreicht, sie zu tragen. Der Druckfühler 35 tastet den Druck des Schaumes ab. Falls dieser zu hoch wird, betätigt der Druckfühler 35 den Schalter 12 und setzt damit die Motoren des Ventilators 27 und der Pumpe 9 still. Die Bestandsdauer des Schaumes soll etwa gleich der Zeit sein, die der Schaum benötigt, um vom Schaumerzeuger nach dem Auffangboden 5 des Hohlraumes 3 zu strömen.
Falls erforderlich kann die Flüssigkeit in dem Tank 10 durch den Heizkörper? erwärmt werden. Damit kann der Schaum jede Temperatur erhalten, die zur Erhaltung der gewünschten Temperatur in der Halle oder dem Raum 4 erforderlich Ist. Zur Einhaltung einer konstanten Temperatur findet vorzugsweise der Thermostat 13 Verwendung. Erforderlichenfalls können auch Kühlelnrichtu:igen Im Tank 10 vorgesehen werden, um die Temperatur der Halle oder des Raumes 4 niedriger zu halten als die der Umgebung.
Bei dem in Fig. I dargestellten Ausführungsbeispiel wird die durch den Schaumerzeuger 6 benötigte Luft aus dem Raum 4 entnommen. Die so verbrauchte Luft wird durch Frischluft ersetzt, die dem Raum 4 durch (nicht dargestellte) Zufuhreinrichtungen zugeführt wird. Andernfalls kann dem Schaumerzeuger 6 Frischluft zugeführt werden, wobei die durch das Zusammenfallen des Schaumes freiwerdende Luft dem Raum 4 als Frlschluft zugeführt werden kann. Zu diesem Zwecke wird die Innere Vvandung 2 zvckmäßig gasdurchlässig sein, während die äußere Wandung 1 hler gasdicht Ist. Die hierbei durch die durchlässige Wandung 2 dem Raum 4 zuströ-
• mende Luft wird verhältnismäßig rein sein, da Staubteilchen und andere Verunreinigungen durch die Flüssigkeit absorbiert werden. Falls die verschäumte Flüssigkeit wasserhaltig Ist, wird diese Luft außerdem einen verhältnismäßig hohen Feuchtigkeitsgrad haben.
Die äußere Wandung 1 kann ganz oder teilweise aus durchscheinendem Material bestehen. Daraus ergibt sich eine Erwärmung des Schaumes durch Wärmeeinstrahlung von der Sonne oder aus dem Himmel. Dadurch wird die Flüssigkeit Im Tank 10 bis zu einem gewissen Grad erwärmt. Dabei erhält der Tank vorzugsweise eine solche Größe, daß die während des Tages aufgespeicherte Wärme ausreicht, dem Gebäude während der Nacht Wärme zuzuführen.
Falls das In Fig. I dargestellte Gebäude ein Gewächshaus ist. dann sind beide Wandungen 1 und 2 vorzugsweise durchsichtig oder durchscheinend. Während des Tages kann hier der Schaumerzeuger 6 stillgelegt werden, "so daß eine möglichst p-nRe .SonnenelrKlrahliing In (la<; Gewächshaus erfolgt Um das Zusammenfallen des Schaumes am Morgen zu beschleunigen, kann eine geringe Menge eines entschäumenden Mittels, wie z. B. Äther. In den Hohlraum 3 eingebracht werden. Wenn hier die äußere Wandung nicht selbsttragend ist oder durch ein Gestell getragen wird, legt sie sich dann an die innere Wandung 2 an
Fig. 2 stellt einen Ausschnitt der Wandung des Gebäudes nach Fig. I In Nähe des Firstes dar. F.s sei angenommen, daß der Schaum durch den Hohlraum 3 In Richtung des Pfeiles 27o strömt. Weiter sei angenommen, daß die Luft außerhalb des Gebäudes die Temperatur ζ, aufweist, wiihrend der Raum 4 des Gebäudes die Temperatur I1 aufweist, wobei I2 höher ist als ι,. Wenn nun der Hohlraum 3 mit herkömmlichem Isoliermaterial gefüllt wäre, dann folgte eine den Temperaturverlauf im Hohlraum 3 darstellende Kurve dem Verlauf der Linie /4. Durch die ständige Flüssigkeitsströmung im Schaum in Richtung der Schwerkraft, dargestellt durch den Pfeil 276. wird die Kurve η jedoch verzerrt und verläuft entsprechend der Linie h. Die Form der verzerrten Linie ι, deutet auf das Vorhandensein einer inhärenten Wärmefalle hin. die den Wärmeverlust durch die Wandung I an die Luft außerhalb des Gebäudes verringert. Die durch di·: Wandung 1 entweichende Luft wird die Temperatur M aufweisen. Mithin wirkt der Schaum als Wärmeaustauscher, der die Wärme der Luft zurückhält. Wenn jedoch die Temperatur 0 im Inneren des Gebäudes niedriger ist als die Temperatur /, außerhalb desselben, dann wird der durchströmte Schaum in gleicher Weise eine Kältefalle bilden und den Verlust von Kälte von der Wandung 1 an die 'jmgebungsluft verringern.
Dieser Wärme- oder Kältefalleneffekt erreicht seinen Höchstwert bei einem horizontalen Isolierraum oberhalb des zu isolierenden Körpers. Die Wirksamkeit nimmt ab bis Null bei senkrechten Hohlräumen und wird bei den Körper unterhalb umschließenden Hohlräumen negativ. Aus diesem Grunde ist die Erfindung insbesondere verwendbar für die Wärmeisoiation bei Dächern oder geneigten Wänden.
Die in Fig. 3 dargestellte Wandung weist die äußere Wandung 41. die innere Wandung 42 und eine Zwischenwand 14, die die Wandung in einen äußeren Hohlraum 31 und einen inneren Hohlraum 32 teilt. Die am Boden des Hohlraumes 31 zusammenströmende Flüssigkeit wird durch die in die Leitung 81 einbezogene Pumpe 91 durch einen Wärmetauscher 21 nach einem Schaumerzeuger 61 gepumpt, wo sie in Schaum umgewandelt wird, der dem oberen Teil des äußeren Hohlraumes 31 zugeführt wird. Die Im Boden des Inneren Hohlraumes 32 gesammelte Flüssigkeit wird durch die In die Leitung 82 einbezogene Pumpe 92 durch einen Wärmetauscher 22 nach einem Schaumerzeuger 62 gepumpt, der sie In Schaum überführt, der dann dem oberen Teil des Inneren Hohlraumes 32 zugeführt wird. Die Wärmetauscher 21 und 22 sind Teile einer sogenannten Wärmepumpe 38 mit einem Kompressor 17, der ein verflüsslgbares Gas, z. B. Ammoniak, In Pfeilrichtung durch einen Verflüsslger 15 und einen Verdampfer 16 fördert. Das verflüssigbare Gas wird Im Verflüssiger verflüssigt, wobei die freiwerdende Wärme dem Wärmetauscher 22 zugeleitet wird, der In wärmeleitend Verbindung mit dem Verflüssiger 15 steht. Im Verdampfer 16 verdampft das verflüsslgte Gas, wobei die zur Verdampfung erforderliche Wärme dem Wärmetauscher 21 entzogen wird, der mit dem Verdampfer 16 In wärmeleitender Verbindung steht.
Die Wirkung der Wärmepumpe 38 im Betrieb besteht
jn rlpr f Ibprtragiino von Wiirnir von der in der leitung 81 strömenden Flüssigkeit auf die In Leitung 82 fließende Damit weist der durch den äußeren Hohlraum 31 geleitete Schaum eine geringere Temperatur ;iuf als der durch den inneren Hohlraum 32 geleitete. Dieses Verhältnis ist wiedergegeben In Flg. 4. worin die Kurve I44 die Temperatur auf der Schnittlinie A-A am Oberteil der Wandung wiedergibt, und die Kurve iHH die Temperatur entlang der Schnittlinie B-B nahe dem unteren Ende der Wandung zeigt. Df Umstand, daß die Temperatur des Schaumes im äußeren Hohlraum 31 verhältnismäßig nahe bei der Temperatur i„„, außerhalb des Gebäudes liegt, bewirkt einen sehr geringen Wärmeverlust des Gebäudes.
Der jeweilige Schaum in den Hohlräumen 31 und 32 kann aus verschiedenen Flüssigkeiten erzeugt sein, wenn die Trennwand 14 aus undurchlässigem Material besteht.
Falls die gleiche Flüssigkeit zur Schaumbildung verwendet werden soll, kann die Trennwand 14 aus durchlässigem Material bestehen, beispielsweise einem Drahtnet/. Fig. 5 zeigt die Isolierung von Waren 54 in einem Behälter 51. Die Waren werden auf eine isolierende Unterlage 50 gesetzt, die vorzugsweise au porösem Plastikmaterial, beispielsweise Polyurethanschaum, besteht, welches keine Flüssigkeilen aufnimmt. Die Oberfläche der Waren wird mit einem undurchlässigen Plastik-Schichtmaterial 52 abgedeckt. Vom Boden des Behälters verläuft eine Leitung 58 zu einem Schaumerzeuger 70 oberhalb des Behälters. Die Leitung 58 enthält eine Pumpe 59 und einen Wärmetauscher 57. in dem die durch die Leitung 58 geförderte Flüssigkeit je nach der Art der Waren gekühlt oder erwärmt wird. Der Schaumerzeuger 70 weist zylindrische Form auf. wobei die zylindrische Umwandung 56 aus einem Gewebe, ^.nem Drahtnetz od. dgl. besteht. Die Leitung 58 tritt durch eine Öffnung in der oberen Wandung des Schaumerzeugers in diesen ein und weist an ihrem Ende die Sprühdüse 71 auf, die die zu verschäumende Flüssigkeit auf die zylindrische Wandung 56 versprüht. Zwischen der oberen Wandung des Schaumerzeugers und der oberen Wandung des Behälters 51 teilt ein Drahtnetz 18 einen Hohlraum 19 ab.
Im Betrieb wird die zu verschäumende Flüssigkeit von einer Ansammlung 55 der Flüssigkeit am Boden des Behälters 51 nach dem Schaumerzeuger 70 gepumpt. Die aus der Sprühdüse 71 austretende Flüssigkeit reißt Luft aus dem Hohlraum 19 mit in den Schaumerzeuger 70.
Beim Durchtritt der Flüssigkeit und des Gases durch die durchlässige Wandung 56 entsteht Schaum. Wenn der Hohlraum zwischen den Waren 54 und der Wandung des Behälters 51 mit Schaum gefüllt ist. entsteht zwischen
den Hohlräumen S3 und 19 eine Druckdifferenz, da der Schaum nicht durch das Netz 18 zu dringen vermag. Ein Druckfühler 73 tastet diese Druckdifferenz ab und betätigt den Schalter 72 zur Stillegung des die Pumpe 59 antreibenden Motors.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur regelbaren Wärmeisolierung einer mehrwandigen Raumbegrenzung durch bedarfsweise Füllung des Hohlraums bzw. der Hohlräume zwischen den Wandungen der Raumbegrenzung mit mindestens einem wärmedämmenden Medium, dadurch gekennzeichnet, daß in den Hohlraum bzw. in die Hohlräume ein instabiler Schaum eingebracht wird, der durch Einleitung eines Gases in die Lösung eines Schaumbildners in einer Flüssigkeit erzeugt wird, und daß nach Entweichen des Gases aus dem instabilen Schaum die verbleibende Flüssigkeit aufgefangen, bei Bedarf erneut aufgeschäumt und wiederum in den Hohlraum bzw. in die Hohlräume zurückgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaum zumindest in einer äußeren und einer inneren Schicht in den Hohlraum bzw. in die Hohlräume eingebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die äußere und die innere Sehlehi jeweils ein Schaum unterschiedlicher Art erzeugt wird und daß die Schichten durch eine undurchlässige Wandung getrennt gehalten werden.
4. Gebäude mit einer mehrwandigen Raumbegrenzung unter Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Hohlraum bzw. die Hohlräume zwischen vorzugsweise durchsichtigen oder durchscheinenden Wandungen mit mindestens einem wärmedämmenden Medium füllbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Isoliereinrichtung vorgesehen ist, die
- einen Schaumerzeuger (6»,
- einen Durchlaß (33), ein Verteilerrohr (11) und Öffnungen (34) für den Transport des erzeugten Schaumes vom Schaumerzeuger (6) nach dem Hohlraum (3),
- einen Auffangboden (5), ein Verbindungsrohr (26) und einen Tank (10) für das Sammeln der beim fortlaufenden Zusammenfall des Schaumes in dem Hohlraum (3) freiwerdenden Flüssigkeit und
- ein Rohr (8) sowie eine Pumpe (9) für den Transport der Flüssigkeit zurück zum Schaumerzeuger (6) zur erneuten Umwandlung in Schaum
aufweist.
5. Gebäude nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Wandungen (1, 2) des Hohlraums (3) derart gasdurchlässig Ist, daß das durch Zusammenfall des Schaumes freiwerdende Gas entweichen kann.
6. Gebäude nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Wandung (1) des Hohlraumes (3) aus einem durch den Schaum gestützten Schichtmaterial besteht.
7. Gebäude nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (3) durch eine flüssigkeitsundurchlässige Trennwand (14) in einen äußeren Hohlraum (31) und einen Inneren Hohlraum (32) aufgeteilt Ist und daß die zur Erzeugung von Schaum für den äußeren Hohlraum (31) verwendete Flüssigkeit von der zur Erzeugung von Schaum für den Inneren Hohlraum (32) verwendeten verschieden ist.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur regelbaren Wärmeisolierung einer mehrwandigen Raumbegrenzung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs I sowie auf ein Gebäude, bei welchem dieses Verfahren angewandt ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 4. Es ist allgemein bekannt, zum Zwecke der Wärmeisolierung die Wände eines Raumes mit starrem Schaumstoff zur verkleiden, wobei ein Material verwendet werden kann, das je nach Bedarf einen größeren oder kleineren Wärmeübergang herstellt.
Ferner ist es bekannt (DE-AS 10 82 386), den Hohlraum zwischen durchsichtigen oder durchscheinenden Glasscheiben mit einem wärmedämmenden Medium, beispielsweise einem wärmedämmenden Gas, zu füllen, wobei aber spezielle Vorkehrungen getroffen sind, daß di-ises Medium aus dem Hohlraum zwischen den Glasscheiben nicht mehr entweichen kann.
Diese bekannte Wärmeisolierung weist ebenso wie eine Wärmeisolierung aus Schaumstoffplatten das übereinstimmende Merkmal auf, daß die Wärmeleitfähigkeit der einmal eingebauten Isolierung r.jr ^ann geändert werden kann, wenn man die Isolierung entfernt bzw. durch ein andere ersetzt.
In manchen Anwendungsfällen, wie beispielsweise bei Gewächshäusern, ist die Wärmeisolierung eines Raumes zeitweise unerwünscht und mußte bisher jeweils entfernt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Wärmeisolierung derart weiterzuentwickeln, daß sie zum Steuern des Wärmehaushaltes eines von Doppelwänden abgegrenzten Raumes rasch zwischen die Doppelwände eingebracht und aus diesen wieder entfernt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs I angegebenen Merkmalen sowie durch ein Gebäude mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 4 angegebenen Merkmalen gelöst.
Wesentlich dabei ist, daß ein nur begrenzt stabiler Schaum erzeugt wird, der in den zeichen den Raumbegrenzungswänden gebildeten Hohlraum eingeleitet wird. Wenn eine Raumisolierung gewünscht Ist, dann wird in einem Schaumerzeuger eine hierzu geeignete Flüssigkeit mit einem Gas, vorzugsweise Luft, versetzt.
und der derart erzeugte Schaum strömt in den Hohlraum, um diesen im gewünschten Maße auszufüllen. Da bei instabilem Schaum dessen Poren nach einer jeweils für das Material charakteristischen, durchschnittlichen Zeit aufplatzen, muß die dadurch freiwerdende Flüssigkeit wieder gesammelt und zum Ersetzen des verlorengegangenen Schaumes erneut aufgeschäumt werden. Ist die Raumisolierung unerwünscht, dann wird die Schaumerz;:ugung eingestellt, der Schaum fällt zusammen, und die Isolierung des Hohlraumes unterbleibt.
Ein weiterer Vorteil gegenüber festen Schaumstoffplatten liegt darin, daß die Erstellung Instabilen Schaumes gefahrlos möglich ist, da er völlig unbrennbar ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche.
Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung erläutert, Es zeigt
Flg. 1 eine Tennishalle oder dergleichen Gebäude, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Isoliert ist,
Fl g. 2 eine Darstellung des Wärmeflusses durch einen Ausschnitt aus der Wand des Gebäudes nach Fig. I.
Flg. 3 eine Darstellung der Wärmelsolatlon mittels zweier Schichten von Schaum mit verschiedenen Temperaturen.
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