KR100519307B1 - 환기 시스템의 풍량 제어 방법 - Google Patents

환기 시스템의 풍량 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 현재의 실내온도, 외부온도, 설정온도 및 CO2의 농도에 상관없이 환기 시스템을 제어하여 실내의 공기청정도를 유지, 관리할 수 있는 방법을 제공하기 위한 것으로, 실외공기를 유입하는 급기팬과, 실내공기를 배출하는 배기팬과, 실내공기와 실외공기의 열교환을 수행하는 전열 교환기를 구비하여 냉/난방의 공기조화와 함께 급/배기를 통한 실내 환기를 수행하는 환기 시스템에 있어서, 사용자가 공기 청정모드, 공기 조화모드 중 어느 하나를 실행하는 단계; 사용자가 공기 청정모드를 실행하면, 실내/외 온도 및 실내 오염도와 상관없이 급/배기팬의 풍량을 기 설정 풍량으로 강제 운전하는 단계; 그리고, 사용자가 공기 조화모드를 실행하면, 실내/외 온도 및 실내 오염도에 따라 급/배기팬의 풍량을 결정하여 상기 결정된 풍량으로 운전하는 단계로 이루어짐으로써 현재의 실내온도, 외부온도, 설정온도 및 CO2의 농도에 상관없이 환기 시스템을 제어하여 실내의 공기 청정도를 유지, 관리할 수 있어서 실내 공기청정도의 급격한 변화에 대응하여 높은 환기 효율을 제공할 수 있다.

Description

환기 시스템의 풍량 제어 방법{method for controlling airflow rate of ventilating system}
본 발명은 환기 시스템에 관한 것으로, 특히 등급별 공기청정에 따른 환기 시스템의 풍량 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 밀폐된 공간의 공기는 생명체의 호흡에 의해 시간이 지나면서 이산화탄소(CO2)의 함량이 증가하게 되어 생명체의 호흡에 지장을 주게된다.
따라서, 사무실이나 차량과 같이 많은 사람이 협소한 공간에 머물게 되는 경우, 실내의 오염된 공기를 실외의 신선한 공기로 수시로 대체해주어야 하는데 이때 사용되는 것이 환기 시스템이다.
이와 같은, 환기 시스템은 급기팬을 구동하여 실외의 공기 유입하고, 유입되는 공기를 전열 교환기를 통해 실내 온도와 비슷한 온도로 냉방시킨 후, 급기부를 통하여 실내로 유입되도록 한다. 그리고 배기팬을 구동하여 실내의 공기를 배기부를 통해 유입하고, 유입되는 공기를 실외로 배기하는 시스템으로 상기 전열 교환기를 통해 갑작스러운 냉기 및 열기의 유입을 억제하게 된다.
도 1 은 종래 기술에 따른 환기 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 1과 같이, 환기 시스템은 시스템 전체를 제어하고 이산화탄소의 농도를 검출하여 이를 기준으로 급기팬 구동 및 배기팬의 구동을 제어하여 실내의 공기를 환기시키는 제어부(21)와, 외기의 온도를 검출하는 외기 온도 센서(22), 실내의 온도를 검출하는 실온 센서(23), 풍량을 조절하기 위한 댐퍼의 위치를 검출하는 댐퍼 위치 검출 센서(26), 그리고 실내의 이산화탄소(CO2)의 농도를 검출하기 위한 CO2 가스 센서(27)들과, 상기 센서들의 검출 결과에 따라 제어부(21)의 제어에 의해 실외의 공기를 실내로 공급하기 위한 급기팬을 구동하는 급기팬 구동회로(28)와, 실내의 공기를 실외로 배출하기 위한 배기팬을 구동하는 배기팬 구동회로(29)와, 제어부(21)의 제어에 의해 풍량이 결정되면 댐퍼 위치 검출 센서(26)의 검출결과에 따라 댐퍼를 구동하는 댐퍼 구동 회로(30)를 포함하여 구성된다.
그리고 사용자의 선택에 의해 환기 시스템의 동작 제어를 위한 신호를 입력하기 위한 리모컨(24)과, 공기 조화기인 실내기(25)를 더 포함한다.
이와 같이 구성된 종래 기술에 따른 환기 시스템의 풍량 제어 방법을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2 는 종래 기술에 따른 환기 시스템의 풍량 제어 방법을 나타낸 흐름도로서, 환기 시스템의 환기 제어 방법은 실내온도, 실외온도, 설정온도에 의한 제어와 CO2센서에 의해 단순히 CO2의 농도를 검출하여 CO2 농도의 양에 따라 제어하는 방법을 사용하고 있다.
도 2에서와 같이, 전원이 공급되고 실내기로부터의 신호에 의해 냉방 모드인지 아닌지를 판단하여(S301), 냉방 모드와 냉방 모드가 아닌 경우를 나누어 풍량을 제어한다.
먼저, 냉방중인 경우의 환기를 설명한다.
실온보다 외기 온도 및 설정 온도(Ts)가 낮은 경우에는 보통 환기에서 차가운 외기를 그대로 들여오는 것으로, 냉방 효율을 향상시켜야 하므로 최대 풍량(HH)으로 환기를 실시한다.(S302)(S303)(S308)
또한, 실온 < 외기온 < 설정 온도(Ts)인 경우에도 동일하게 최대 풍량(HH)으로 환기를 실시한다.(S302)(S304)(S308)
한편, 설정 온도(Ts) > 실온 > 외기온인 경우에는 급기되는 외기를 배기로 따뜻하게 하게 하여 실내로 들여오는 열교환 환기를 실시한다.(S302)(S303)(S309)
또한, 실온 및 설정 온도(Ts)보다 외기온이 높은 경우에도 동일하게 열교환 환기를 실시한다.(S302)(S304)(S309)
다른 한편, 냉방중이 아닌 경우 즉, 난방 또는 온도 조절 모드인 경우의 환기 과정을 설명하면 다음과 같다.
실온보다 외기온 및 설정 온도(Ts)가 높은 경우에는 보통 환기에서 따뜻한 외기를 그대로 들여오지만, 난방 효율을 향상시켜야 하므로 최대 풍량(HH)으로 환기를 실시한다.(S305)(S306)(S308)
또한, 실온 > 외기온 > 설정 온도(Ts)인 경우에도 동일하게 최대 풍량(HH)으로 보통 환기를 실시한다.(S305)(S307)(S308)
한편, 외기온 > 실온 > 설정 온도(Ts)인 경우에는 급기되는 외기를 배기로 차갑게 하여 실내로 들여오는 열교환 환기를 실시한다.(S305)(S306)(S309)
또한, 실온 및 설정 온도(Ts)보다 외기온이 낮은 경우에도 동일하게 열교환 환기를 실시한다.(S305)(S307)(S309)
이와 같은 환기 과정에서 열교환 환기의 실시 과정은 다음과 같다.
먼저, 이산화탄소 가스의 농도 레벨을 판정하여(S310) 이산화탄소 가스 농도의 레벨에 따라 급기팬 및 배기팬을 최대 풍량(HH), 대풍량(H), 중풍량(M) 및 저풍량(L)으로 운전하고 이산화탄소 가스의 농도가 현저하게 낮은 경우에는 급기팬, 배기팬의 구동을 정지하여 환기를 끝낸다.
이와 같은 종래 기술의 환기 제어 방법은 실온 및 외기 온도를 검출하고 설정 온도(Ts)와 비교하여 보통 환기와 열교환 환기를 나누어 제어하는 것이다.
보통 환기가 아니고 열교환 환기가 필요한 경우에는 CO2 농도를 검출하여 농도 레벨에 따라 급기팬과 배기팬을 5 단계로 나누어 환기를 진행한다.
그러나 이상에서 설명한 종래 기술의 환기 시스템의 풍량 제어 방법은 다음과 같은 문제점이 있다.
종래 기술의 환기 시스템은 현재의 실내온도, 실외온도, 설정온도에 의한 제어와 CO2 농도의 검출에 의해서만 제어되어 동작되도록 설정하고 있어서, 사용자가 현재의 온도 및 농도에 상관없이 실내의 공기 청정도를 미리 유지하기 위해서 임의로 변경하여야 할 경우에 효율적으로 대처하지 못하는 문제점이 있다.
즉, 소정시간 후에 발생될 실내의 흡연이나 실내 인원의 증가 혹은 감소를 예상하여 실내의 공기청정도를 높이거나 낮추기 위한 급기팬의 풍량 및 배기팬의 풍량을 조절하고자 할 때, 이를 제어할 수 있는 방법이 현재로선 없는 실정이다.
따라서, 실내의 공기가 설정온도를 벗어나거나 CO2의 농도가 기준보다 높아진 후에야 환기 시스템이 가동하기 때문에 내실자들은 불쾌감을 수시로 느끼게 될 뿐만 아니라, 실내의 공기청정도를 빠른 시간에 쾌적하도록 유지하는데 어려움이 있어서, 내실자들이 갖는 불쾌감을 효과적으로 해결하는데 어려움이 있다.
본 발명은 이와 같은 종래 기술의 환기 시스템의 문제를 해결하기 위한 것으로, 현재의 실내온도, 외부온도, 설정온도 및 CO2의 농도에 상관없이 환기 시스템을 제어하여 실내의 공기청정도를 유지, 관리할 수 있는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 예상되는 실내 오염도의 변화에 대응하여 팬의 풍량을 조절할 수 있도록 함으로써, 환기 효율을 높인 환기 시스템의 풍량 제어 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 팬의 풍량을 통해 실내 공기청정도를 내실자가 임으로 조절함으로써 쾌적성이나 불필요한 소비전력을 줄이는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 환기 시스템의 풍량 제어방법의 특징은 실외공기를 유입하는 급기팬과, 실내공기를 배출하는 배기팬과, 실내공기와 실외공기의 열교환을 수행하는 전열 교환기를 구비하여 냉/난방의 공기조화와 함께 급/배기를 통한 실내 환기를 수행하는 환기 시스템에 있어서, 사용자가 공기 청정모드, 공기 조화모드 중 어느 하나를 실행하는 단계; 사용자가 공기 청정모드를 실행하면, 실내/외 온도 및 실내 오염도와 상관없이 급/배기팬의 풍량을 기 설정 풍량으로 강제 운전하는 단계; 그리고, 사용자가 공기 조화모드를 실행하면, 실내/외 온도 및 실내 오염도에 따라 급/배기팬의 풍량을 결정하여 상기 결정된 풍량으로 운전하는 단계로 이루어지는데 있다.
이때, 상기 공기 청정모드를 실행하는 단계는; 사용자가 공기 청정모드의 청정정도를 선택하는 단계와, 상기 공기 청정모드의 청정정도를 '특급'으로 선택하면 상기 급/배기팬의 풍량을 최대 풍량으로 운전하는 단계와, 상기 공기 청정모드의 청정 정도를 '저급'으로 선택하면 상기 급/배기팬의 풍량을 최소 풍량으로 운전하는 단계로 이루어지는데 특징이 있다.
그리고, 상기 공기 조화모드를 실행하는 단계는; 사용자가 공기 조화모드의 냉방 모드 또는 난방 모드를 선택하는 단계와, 상기 공기 조화모드를 냉방 모드로 선택하면, 실내온도, 외기온도, 사용자 설정온도를 비교하는 제 1 비교단계와, 상기 제 1 비교결과, {실내온도 > (외기온도&설정온도)}의 조건 및, (실내온도 < 외기온도 < 설정온도)의 조건에 해당하면 실내공기와 실외공기가 상기 전열 교환기를 거치지 않는 보통 환기모드를 수행하는 단계와, 상기 제 1 비교결과, (설정온도 > 실내온도 > 외기온도)의 조건 및, {외기온도 > (실내온도&설정 온도)}의 조건에 해당하면 실내공기와 실외공기가 상기 전열 교환기를 거쳐 열교환이 이루어지는 열교환 환기모드를 수행하는 단계와, 상기 공기 조화모드를 난방모드로 선택하면, 실내온도, 외기온도, 사용자 설정온도를 비교하는 제 2 비교단계와, 상기 제 2 비교결과, {실내온도 < (외기온도&설정온도)}의 조건 및, (실내온도 > 외기온도 > 설정온도)의 조건에 해당하면 실내공기와 실외공기가 상기 전열 교환기를 거치지 않는 보통 환기모드를 수행하는 단계와, 상기 제 2 비교결과, (외기온도 > 실내온도 > 설정온도)의 조건 및, {외기온도 < (실내온도&설정 온도)}의 조건에 해당하면 실내공기와 실외공기가 상기 전열 교환기를 거쳐 열교환이 이루어지는 열교환 환기모드를 수행하는 단계로 이루어지는데 특징이 있다.
삭제
여기서, 상기 보통 환기모드를 수행하는 단계는 상기 급/배기팬의 풍량을 최대 풍량으로 운전하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 열교환 환기모드를 수행하는 단계는; 실내의 이산화탄소 농도를 감지하는 단계와, 상기 감지된 이산화탄소 농도레벨에 따라 상기 급/배기팬의 풍량을 결정하는 단계와, 상기 결정된 풍량으로 상기 급/배기팬을 운전하는 단계로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 목적, 특성 및 잇점들은 이하에서의 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
본 발명에 따른 환기 시스템의 풍량 제어 방법의 바람직한 실시예에 관하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3 은 본 발명에 따른 환기 시스템의 풍량 제어 방법을 나타낸 흐름도 이다.
도 3과 같이, 전원이 공급되고 실내기를 통해 냉방 운전 또는 난방 운전으로 동작하고 있는 경우, 사용자는 현재의 온도(실내/외 온도, 설정온도) 및 CO2 농도에 상관없이 실내의 공기 청정도를 높이기 위한 공기 청정모드 또는, 온도 및 CO2 농도에 근거하여 실내 환기를 수행하는 공기 조화모드를 선택한다.
즉, 현재 실내의 공기 청정도가 양호한 상태이더라도 소정시간 후에 발생될 실내의 흡연이나 실내 인원의 갑작스러운 증가 혹은 감소 등을 고려해서 실내의 공기 청정도를 높이거나 낮추어야 하는 경우가 생기게 된다.이 경우, 사용자는 환기 시스템을 공기 청정모드로 설정하고 원하는 공기 청정도에 따라 특급 청정모드인지 저급 청정모드인지 선택한다.
한편, 실내의 공기 청정도를 미리 유지할 필요가 없다고 판단되면 공기 조화모드 즉, 필요에 따라 냉방모드 또는 난방모드로 설정하게 된다.
이와 같은 판단 결과에 따라 환기 시스템이 공기 청정모드로 설정되면(S401), 사용자로부터 설정된 공기 청정모드가 특급 공기 청정모드인지 저급 공기 청정모드인지를 판단한다(S402).
그리고 상기 판단 결과, 특급 공기 청정 모드로 설정된 경우는 급기팬 풍량과 배기팬 풍량을 특강으로 운전하여 앞으로 예상되는 실내 오염도의 증가에 대비한다(S403).
또한, 저급 공기 청정 모드로 설정된 경우는 급기팬 풍량과 배기팬 풍량을 약으로 운전하여 앞으로 예상되는 실내 오염도의 감소에 대비한다(S404).
이때, 환기 시스템의 모드가 특급 및 저급 공기청정 모드로 설정되어 있는 동안 상기 운전되는 급기팬 풍량과 배기팬 풍량을 계속 유지한다.
한편, 사용자에 의해 환기 시스템이 공기 조화모드(냉/난방모드)로 설정되면 종래 온도제어 및 농도제어에 따른 알고리즘과 동일하게 동작하게 된다.
즉, 현재 냉방 모드인지 냉방 모드가 아닌지를 판단하게 된다(S301). 그리고 상기 판단결과에 따라 냉방 모드와 냉방 모드로 나누어 급/배기팬의 풍량을 제어하게 된다.
먼저, 냉방 모드인 경우의 환기 시스템의 동작을 설명한다.
실온보다 외기 온도 및 설정 온도(Ts)가 낮은 경우에는 보통 환기에서 차가운 외기를 그대로 들여오는 것으로, 냉방 효율을 향상시켜야 하므로 최대 풍량(HH)으로 환기를 실시한다.(S302)(S303)(S308)
또한, 실온 < 외기온 < 설정 온도(Ts)인 경우에도 동일하게 최대 풍량(HH)으로 환기를 실시한다.(S302)(S304)(S308)
한편, 설정 온도(Ts) > 실온 > 외기온인 경우에는 급기되는 외기를 배기로 따뜻하게 하게 하여 실내로 들여오는 열교환 환기를 실시한다.(S302)(S303)(S309)
또한, 실온 및 설정 온도(Ts)보다 외기온이 높은 경우에도 동일하게 열교환 환기를 실시한다.(S302)(S304)(S309)
다른 한편, 냉방중이 아닌 경우 즉, 난방 또는 온도 조절 모드인 경우의 환기 과정을 설명하면 다음과 같다.
실온보다 외기온 및 설정 온도(Ts)가 높은 경우에는 보통 환기에서 따뜻한 외기를 그대로 들여오지만, 난방 효율을 향상시켜야 하므로 최대 풍량(HH)으로 환기를 실시한다.(S305)(S306)(S308)
또한, 실온 > 외기온 > 설정 온도(Ts)인 경우에도 동일하게 최대 풍량(HH)으로 보통 환기를 실시한다.(S305)(S307)(S308)
한편, 외기온 > 실온 > 설정 온도(Ts)인 경우에는 급기되는 외기를 배기로 차갑게 하여 실내로 들여오는 열교환 환기를 실시한다.(S305)(S306)(S309)
또한, 실온 및 설정 온도(Ts)보다 외기온이 낮은 경우에도 동일하게 열교환 환기를 실시한다.(S305)(S307)(S309)
이와 같은 환기 과정에서 열교환 환기의 실시 과정은 다음과 같다.
먼저, 이산화탄소 가스의 농도 레벨을 판정하여(S310) 이산화탄소 가스 농도의 레벨에 따라 급기팬 및 배기팬을 최대 풍량(HH), 대풍량(H), 중풍량(M) 및 저풍량(L)으로 운전하고 이산화탄소 가스의 농도가 현저하게 낮은 경우에는 급기팬, 배기팬의 구동을 정지하여 환기를 끝낸다.
이와 같이, 온도제어 및 농도제어가 이루어지는 냉/난방의 공기 조화 알고리즘에 들어가기에 앞서 공기청정 모드를 추가함으로써, 특급 및 저급 공기청정 알고리즘은 실내외의 온도 및 오염에 상관없이 환기시스템의 풍량을 제어하게 된다.
이와 같은 본 발명에 따른 환기 시스템의 풍량 제어 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 현재의 실내온도, 외부온도, 설정온도 및 CO2의 농도에 상관없이 환기 시스템을 제어하여 실내의 공기 청정도를 유지, 관리할 수 있다.
둘째, 예상되는 실내 오염도에 대응하여 팬의 풍량을 조절할 수 있도록 함으로써, 실내 공기청정도의 급격한 변화에 대응하여 높은 환기 효율을 제공할 수 있다.
셋째, 팬의 풍량을 통해 실내 공기청정도를 내실자가 임으로 조절함으로써 쾌적성이나 불필요한 소비전력을 줄일 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.
도 1 은 종래 기술에 따른 환기 시스템을 나타낸 구성도
도 2 는 종래 기술에 따른 환기 시스템의 풍량 제어 방법을 나타낸 흐름도
도 3 은 본 발명에 따른 환기 시스템의 풍량 제어 방법을 나타낸 흐름도
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
21. 제어부 22. 외기 온도 센서
23. 실온 센서 24. 리모컨
25. 실내기 26. 댐퍼 위치 검출 센서
27. CO2 가스 센서 28. 급기 팬 구동 회로
29. 배기 팬 구동 회로 30. 댐퍼 구동 회로

Claims (6)

  1. 실외공기를 유입하는 급기팬과, 실내공기를 배출하는 배기팬과, 실내공기와 실외공기의 열교환을 수행하는 전열 교환기를 구비하여 냉/난방의 공기조화와 함께 급/배기를 통한 실내 환기를 수행하는 환기 시스템에 있어서,
    사용자가 공기 청정모드, 공기 조화모드 중 어느 하나를 실행하는 단계;
    사용자가 공기 청정모드를 실행하면, 실내/외 온도 및 실내 오염도와 상관없이 급/배기팬의 풍량을 기 설정 풍량으로 강제 운전하는 단계; 그리고,
    사용자가 공기 조화모드를 실행하면, 실내/외 온도 및 실내 오염도에 따라 급/배기팬의 풍량을 결정하여 상기 결정된 풍량으로 운전하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 환기 시스템의 풍량 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 공기 청정모드를 실행하는 단계는
    사용자가 공기 청정모드의 청정정도를 선택하는 단계와,
    상기 공기 청정모드의 청정정도를 '특급'으로 선택하면 상기 급/배기팬의 풍량을 최대 풍량으로 운전하는 단계와,
    상기 공기 청정모드의 청정 정도를 '저급'으로 선택하면 상기 급/배기팬의 풍량을 최소 풍량으로 운전하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 환기 시스템의 풍량 제어방법.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 공기 조화모드를 실행하는 단계는
    사용자가 공기 조화모드의 냉방 모드 또는 난방 모드를 선택하는 단계와,
    상기 공기 조화모드를 냉방 모드로 선택하면, 실내온도, 외기온도, 사용자 설정온도를 비교하는 제 1 비교단계와,
    상기 제 1 비교결과, {실내온도 > (외기온도&설정온도)}의 조건 및, (실내온도 < 외기온도 < 설정온도)의 조건에 해당하면 실내공기와 실외공기가 상기 전열 교환기를 거치지 않는 보통 환기모드를 수행하는 단계와,
    상기 제 1 비교결과, (설정온도 > 실내온도 > 외기온도)의 조건 및, {외기온도 > (실내온도&설정 온도)}의 조건에 해당하면 실내공기와 실외공기가 상기 전열 교환기를 거쳐 열교환이 이루어지는 열교환 환기모드를 수행하는 단계와,
    상기 공기 조화모드를 난방모드로 선택하면, 실내온도, 외기온도, 사용자 설정온도를 비교하는 제 2 비교단계와,
    상기 제 2 비교결과, {실내온도 < (외기온도&설정온도)}의 조건 및, (실내온도 > 외기온도 > 설정온도)의 조건에 해당하면 실내공기와 실외공기가 상기 전열 교환기를 거치지 않는 보통 환기모드를 수행하는 단계와,
    상기 제 2 비교결과, (외기온도 > 실내온도 > 설정온도)의 조건 및, {외기온도 < (실내온도&설정 온도)}의 조건에 해당하면 실내공기와 실외공기가 상기 전열 교환기를 거쳐 열교환이 이루어지는 열교환 환기모드를 수행하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 환기 시스템의 풍량 제어 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 보통 환기모드를 수행하는 단계는
    상기 급/배기팬의 풍량을 최대 풍량으로 운전하는 것을 특징으로 하는 환기 시스템의 풍량 제어방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 열교환 환기모드를 수행하는 단계는
    실내의 이산화탄소 농도를 감지하는 단계와,
    상기 감지된 이산화탄소 농도레벨에 따라 상기 급/배기팬의 풍량을 결정하는 단계와,
    상기 결정된 풍량으로 상기 급/배기팬을 운전하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 환기 시스템의 풍량 제어방법.
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