某小区供暖设计.docx
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某小区供暖设计
华北水利水电大学
课程设计
题目：
西安市某小区供暖设计
学院：
环境与市政工程学院
专业：
建筑环境与设备工程
姓名：
***********
学号：
***********
指导老师：
******
摘要
在日常生活和社会生产中人们都需要使用大量的热能。
将自然界的能源直接或间接地转化为热能，以满足人们需要的科学技术，称为热能工程。
供暖就是用人工方法向室内供给热量，使保持一定的室内温度，以创造适宜的生活条件或工作条件的技术。
所有供暖系统都由热媒制备（热源）、热媒输送和热媒利用（散热设备）三个主要部分组成。
作为大学以来的又一次课程设计，本次设计主要采用集中式供热系统，住宅都采用散热器供暖。
本工程采用按户设置热表的共用的供回水立管和分户独立系统相结合的下供下回式采暖系统。
共用的供回水立管和分户独立系统相结合的形式是指每户是相对独立一个系统，每户的供回水管和共用的供回水立管相连，在每户入口的总供回水管处设一户用热量表来进行热计量。
户内的采暖系统形式是散热器采暖，在每层设置调节阀，进行分层调节，便于分层调节和分户计量。
同时，还考虑了经济、可靠、节能等方面。
换热站的设计主要包括设备的布置，定位尺寸确定，换热器的选型，循环水泵，补给水泵的选型及辅助设备的选择计算。
关键词：
热能工程热媒热源对流辐射散热器采暖
第一章设计原始资料
一.1设计题目
西安市某小区供暖设计
一.2设计原始资料
1.建筑地址：
西安市
2.气象资料：
冬季供暖室外计算温度为-3.4℃
3.设计热媒：
75℃/50℃机械循环热水系统
4.土建资料：
建筑平面图、立面图及部分大样图
墙体构造：
墙体为砖混结构，总高度19.00M；总建筑面积5558.67平方米。
建筑耐火等级为二级，屋面防水等级为II级，地下室防水等级为三级。
一.3室内设计参数
供暖室内设计温度：
（由采暖通风与空调设计规范2012版查得）
表1-1
第二章供暖系统热负荷计算
二.1设计气象资料
查出设计题目中建筑物所在地区的相关气象资料
查《实用供热空调设计手册》，以下简称《供热手册》及《供热工程》。
1、冬季室外计算温度的确定。
采暖室外计算温度，应采用历年平均不保证5天的日平均温度，主要用于计算采暖设计热负荷。
为减少投资起见，一般建筑不必按每年最冷那几天的热负荷进行设计，就是说，对于一些要求不很严格的建筑物，允许平均每年有几天室温稍低于设计温度，这在术语上叫做“不保证”。
在采暖热负荷计算中，如何确定室外计算温度是非常重要的。
单纯从技术观点来看，采暖系统的最大出力，恰好等于当地出现最冷天气时所需要的冷负荷，是最理想的，但这往往同采暖系统的经济性相违背。
从气象资料中就可以看出，最冷的天气并不是每年都会出现。
如果采暖设备是根据历年最不利条件选择的，即把室外计算温度定得过低，那么，在采暖运行期的绝大多数时间里，会显得设计能力富余过多，造成浪费；反之，如果把室外计算温度定得过高，则在较长的时间内不能保证必要的室内温度，达不到采暖的目的和要求。
因此，正确地确定和合理的采用采暖室外计算温度是一个技术与经济统一的问题。
《采暖通风与空气调节设计规范》GB50736-2012（以下简称《设计规范》）所规定的采暖室外计算温度t适用于连续采暖或间歇时间较短的采暖系统的热负荷计算
。
2、冬季室外平均风速（v）
冬季室外平均风速应采用累年最冷3个月各月平均风速的平均值，“累年最冷3个月”，系指累年逐月平均气温最低的3个月，主要用来计算风力附加耗热量和冷风渗透耗热量。
3、冬季主导风向
冬季“主导风向”即为“虽多风向”，采用的是累年最冷3个月平均频率最高的风向，风向的频率指在一个观测周期内，某风向出现的次数占总数的百分数，主要用来计算冷风渗透耗热量。
用四个字母ESWN分别表示东南西北四个方向，其它方位用这四个字母组合表示风的吹向，即风从外面刮来的方向。
各地区冬季主导风向可参见《供热手册》，如哈尔滨主导风向为SSW，安达主导风向为NW，即分别表示为南西南风和西北风
。
二.2围护结构的热工性能
查出有关围护结构传热系数:
外窗传热系数K=3.0w/（㎡•℃）
屋顶传热系数K=0.9w/（㎡•℃）
外墙传热系数K=1.05w/（㎡•℃）
地板传热系数K=0.65w/（㎡•℃）
分隔采暖与非采暖空间的门传热系数K=2.0w/（㎡•℃）
二.3房间热负荷计算
1、计算房间的采暖热负荷
（1）将房间编号；
（2）根据房间的不同用途，来确定房间的室内计算温度；
（3）计算或查出有关围护结构的传热系数，计算出其面积；
（4）确定温差修正系数，（见表2-1）；
（5）计算出各部分围护结构的基本耗热量；
（6）校核围护结构热阻是否大于最小热阻；
（7）计算出房间的热负荷。
2、对计算房间热负荷的要求
（1）计算出一处外墙的传热系数并与资料上查得的数值对照：
（2）计算天棚的传热系数并校核其热阻是否满足最小热阻的要求；
（3）分地带计算任一拐角房间及与其相邻的另外一个房间的地面耗热量。
围护结构的温差正系数
表2-1
序号
围护结构特征
1
外墙、屋顶、地面以及与室外相通的楼板等
1.00
2
闷顶和与室外空气相通的非采暖地下室上面的楼板等
0.90
3
与有外门窗的不采暖楼梯间相邻的隔墙（1~6层建筑）
0.60
4
与有外门窗的不采暖楼梯间相邻的隔墙（7~30层建筑）
0.50
5
非采暖地下室上面的楼板，外墙上有窗时
0.75
6
非采暖地下室上面的楼板，外墙上无窗且位于室外地坪以上时
0.60
7
非采暖地下室上面的楼板，外墙上无窗且位于室外地坪以下时
0.40
8
与有外门窗的非采暖房间相邻的隔墙、防震缝墙
0.70
9
与无外门窗的非采暖房间相邻的隔墙
0.40
10
伸缩缝墙、沉降缝墙
0.30
二.3.1供暖系统的设计热负荷
利用下式
计算：
（2-1）
式中：
——围护结构的基本耗热量，W；
——围护结构的附加（修正）耗热量，W；
——冷风渗透耗热量，W；
——冷风侵入耗热量，W；
——供暖总耗热量，W。
二.3.2围护结构的基本耗热量
在工程设计中，围护结构的基本耗热量是按一维稳定传热过程进行计算的，即假设在计算时间内，室内、外空气温度和其它传热过程参数都不随时间变化。
对室内温度容许有一定的波动幅度的一般建筑物来说，采用稳定传热计算可以简化计算方法并能基本满足要求。
建筑物围护结构的耗热量，包括基本耗热量和附加耗热量两部分。
基本耗热量是通过房间个部分围护结构（墙，屋顶，地面、门、窗等），由于室内外空气的温度差，从室内传向室外的热量。
附加耗热量是对于围护结构的朝向、风力、气象条件等不同，对基本耗热量的修正。
而围护结构的基本耗热量是房间的得热量与失热量的总和。
一、房间的失热量包括：
1、经地面、屋顶、墙、门、窗等围护结构传出的热量；
2、加热室内冷空气所需要的热量；
3、加热进入室内冷物料所需要的热量；
4、由于室内水分蒸发所损耗的热量；
5、通风耗热量；
6、经其它途径散失的热量。
二、房间的得热量包
1、生产车间最小负荷班的工艺设备散热量Q7；
2、非供暖通风系统的其它管道和热表面的散热量Q8；
3、热物料的散热量Q9；
4、太阳辐射进入室内得热量Q10。
三、外墙传热的热量传递可包括三个过程：
1、外墙内表面吸收室内热量，是由墙面附近空气的对流换热以及其它表面对它辐射换热引起的；
2、外墙内表面吸收的热量传自外墙外表面是墙体本身导热的结果，易受到墙体材料热阻的影响而产生温度降落；
3、外墙外表面与室外空气的对流换热和该表面本身对周围的辐射换热，而失热量散发于室外。
由于围护结构热负荷的获得与传热有着密切的联系，所以在进行围护结构的热负荷计算之前可以先来了解一下传热的基本原理：
传热是自然界和生产领域中非常普遍的现象。
从传热的机理来分，传热有三种形式，即导热、对流、和辐射。
导热是指物体个部分无相对位移或不同物体直接接触物质的分子、原子及自由电子等微粒子热运动而进行的热量传递现象。
能量是在连续体内各部分之间传递，所以导热可以是固体、液体、气体中发生。
但实际上单纯的导热只能发生在密实的固体中。
因为流体中如果存在温差，就会出现对流现象，难以维持单纯的导热。
材料的导热系数，是表明材料本身导热能力的数据。
对流换热只存在于流体当中。
流体或气体每一居局部由于受热体积膨胀，
密度减小而上升，冷的部分就补充上去形成分子的相对运动而传向低温处，实际上是以混合的方式进行热交换，因在产生对流的同时，也伴随着导热过程，一般把这种综合过程称为对流换热。
在围护结构耗热量计算中遇到的问题，多数为流体与固体壁直接接触的换热问题，如墙的表面与空气之间存在温差时，相互间就产生对流换热。
其中包括空气分子之间的导热和由空气分子相对位移而引起热量转移这两种传热方式。
为了正确地计算出围护结构的基本耗热量，必须了解和掌握计算的步骤及冬季室内计算温度、采暖室外计算温度围护结构的传热系数和传热面积等的确定方法。
（1）房间的编号
（a）按房间的一定顺序编号，号码应简单明了，并能反映出房间的楼层数及大致位置。
（b）尽量使各楼层方位和面积相同的房间编号后两数字相同。
例如：
一层的第一个房间为101，它上面的二层对应房间为201等。
（c）楼梯间在计算时不用分层编号，统一计算即可。
（d）有大走廊的建筑物，走廊和楼梯间分开编号，走廊可分层编号。
（2）冬季室内计算温度的确定（tw）
生产要求的室内温度一般由工艺设计人员提出，人们生活要求的温度，主要决定于人体的生理热平衡。
一般房间的温度是上热下凉，由于人们生活和工作一般均在两米以下的地点，因此把离地面两米以下的平均空气温度看作室内计算温度。
设计采暖时，冬季室内计算温度应根据建筑物的用途，按下列规定采用：
（a）民用建筑的主要房间，宜采用16~24℃，当工艺或使用条件有特殊要求时，各类建筑物的室内温度可按国家现行有关专业标准、规范执行。
（b）计算围护结构耗热量时，冬季室内计算温度，应按照规定采用。
但对于层高大于4m的工业建筑，为了考虑室内竖向温度梯度的影响，常采用下面两种不同的计算方法：
①室内设备散热量小于23w/m3的工业建筑，当其温度梯度值不能确定时，把需要控制的工作地区温度视为采暖室内计算温度，无论计算地面、顶棚或室外墙的耗热量时均选用同一个计算温度。
这种方法比较简单，但无选择余地，不能做到根据建筑物的不同性质区别对待，只是用于室内散热量较小，上部空间温度增高不显著的建筑物，如民用建筑及辅助建筑物等。
于是《采暖规范》规定：
“散热量小于23w/m3的工业建筑，当其温度梯度值不能确定时，可用工作地点温度计算围护结构耗热量，但应进行高度附加
”。
②室内设各散热量大于23w/m3的工业建筑，在计算地面耗热量时仍然区工作地点的温度为室内计算温度；而计算屋顶和天窗的耗热量时，应采用屋顶下的温度（tn）为室内计算温度；计算外墙、外门、外窗的耗热量时取上述两个温度的平均值为室内计算温度。
对房间各部分围护结构采用不同的室内温度计算耗热量，即使房间高度高于4m时也不计入高度附加。
这种方法比较麻烦，但可适应各种性质的建筑物，尤其是室内散热量较大，上部空间温度明显升高的工业建筑，一般t=0.3～1.5℃/m。
（d）设置集中采暖的公共建筑和工业建筑，当其位于严寒地区或寒冷地区,且在非工作时间或中断使用的时间内，室内温度必须保持在O℃以上，而利用房间蓄热量不能满足要求时，室内温度应按5℃设置值班温度。
（e）建议室内计算温度一般取中值以及使相邻空间室内计算温差小于5℃来选。
按照下式
计算：
W（2-2）
式中：
K——围护结构的传热系数，W/（
·℃）；
F——围护结构的面积，
；
——围护结构的温差修正系数；
——冬季室内计算温度，℃；
——供暖室外计算温度，℃。
二.3.3围护结构的附加耗热量
围护结构的基本耗热量是在稳定条件下计算得出的。
实际耗热量会受到气象条件以及建筑物因素等各种影响而有所增减。
所以要对房间围护结构的基本耗热量进行修正。
修正后的耗热量即为附加耗热量。
通常按基本耗热量的百分率计算。
包括朝向修正，风力附加和高度附加等。
基本耗热量还不是建筑物围护结构的全部耗热量，因为建筑物围护结构的耗热量还与它所处的地理位置及它的形状等因素（如朝向、风速、高度等）有关，这些因素在计算它的基本耗热量时并没有考虑进去。
在附加耗热量中，应按其占基本耗热量的百分率确定。
（1）朝向修正耗热量
朝向修正耗热量是考虑建筑物受太阳照射而对外围护结构传热损失的修正。
（a）不同朝向的围护结构所得的太阳辐射热是不同的，如为连续采暖时，朝向修正率应按《设计规范》规定的数值选用，可参见《供热手册》。
（b）考虑到我国幅员辽阔，各地实际情况比较复杂，影响因素很多，南北向房间耗热量客观存在一定的差异（10％～30％左右），以及北向房间由于接受不到太阳直射作用而使人们的实感温度低（约差2℃）。
而且墙体的干燥程度北向也比南向差。
为使南北向房间在整个采暖期均能维持大体均衡的温度，规定了附加的范围值，对日照率较大的地区取偏大的数值。
（c）需要减少（或附加）的耗热量等于垂直的外围结构（门、窗、外墙及屋顶的垂直部分）基本耗热量乘以相应的朝向修正率。
垂直外围护结构名称前的朝向直接查ßch值。
（d）建筑物被遮挡时不进行朝向修正，此要了解所设计建筑物的周边环境。
（e）一般情况下，课程设计提供的建筑图上都有指南针，在进行朝向修正时要按建筑物的方位进行设计，如图中无指南针，仍按上北下南来考虑。
朝向修正耗热量的修正率
为：
东：
-5％；
西：
-5％；
南：
-15％；
北：
10％。
（2）风力附加耗热量
风力附加是考虑室外风速变化而对外围结构传热耗热量的修正。
《设计规范》规定：
在一般情况下，不必考虑风力附加，只对建筑在不避风的高地、河边、海岸、旷野上的建筑物，以及城镇、厂区内特别高出的建筑物，垂直的外围护结构附加5％～10％。
风力附加率，是指在采暖耗热量计算中，基于较大的室外风速会引起围护结构外表面换热系数增大即大于23w/（㎡·℃）而增加的附加系数。
由于我国大部份地区冬季平均风速不大，一般为2~3m/s，仅个别地区大于5m/s，影响不大，为简化计算起见，一般建筑物不必考虑风力附加，仅对建筑在不避风的高地、河边、海岸、旷野上的建筑物，以及城镇、厂区内特别高出的建筑物的风力附加系数做了规定。
（3）高度附加耗热量
民用建筑和工业企业辅助建筑（楼梯间除外）的高度附加率，房间高度大于4m时，每高出lm应附加2％，但总的附加率不应大于15％。
高度附加率，是基于房间高度大于4m时，由于竖向温度梯度的影响导致上部空间及围护结构的耗热量增大而加的附加系数。
由于围护结构耗热作用等影响，房间竖向温度的分布并不总是逐步升高的．因此对高度附加率的上限值做了不应大于15％的限制。
对于多层建筑物楼梯间的耗热量计算不考虑高度附加，因为楼梯间的空气和各楼层相通，只是在布置散热器时，尽量放在底层。
这就已考虑竖向温度梯度了。
注意：
高度附加率，应附加于围护结构的基本耗热量和其他附加耗热量上。
（4）对公用建筑，当房间有两面及两面以上外墙时，将外墙、窗、们的基本耗热增加5％。
（5）窗墙面积比超过1：
l时，对窗的基本耗热附加10％。
（6）间隙附加：
当建筑不要求全天维持设计室温，而允许定时降低室内温度时，采暖系统可按间歇采暧设计。
此时除上述各项附加外，将基本耗热附加以下百分数：
仅百天采暖者（例如办公楼、教学楼等），20％；
不经常使用者（例如礼堂等），30％。
风力修正耗热量和高度修正耗热量
。
二.3.4冷风渗透耗热量
在风压和热压的作用下，室外的冷空气通过门、窗等缝隙渗入室内，被加热后逸出。
当未对采暖房间的门、窗缝隙采取密封措施时，冷空气就会通过门、窗缝隙渗入到室内，把这部分冷空气从室外温度加热到室内温度所消耗的热量，称为冷风渗透耗热量。
在各类建筑物特别是工业建筑的耗热量中，冷风渗透耗热量所占比例是相当大的，有时高达30％左右，所以门窗缝隙渗透冷空气耗热量的计算显得尤为重要。
根据现有的资料，《暖通规范》中给出了用缝隙法计算民用建筑及生产辅助建筑物的冷风渗透耗热量和用百分率附加法计算工业建筑的冷风渗透耗热量。
1、多层和高层民用建筑，加热由门窗缝隙渗入室内的冷空气的耗热量。
2、多层建筑的渗透冷空气量，当无相关数据时，可按以下公式
计算：
L=kV（2-3）
式中：
V——房间体积（㎡）；
K——换气次数（次／h）。
3、工业建筑，加热由门窗缝隙渗入室内的冷空气的耗热量，可根据《教材》进行设计。
4、计算出的房间冷风渗透量是否全部计入，应考虑下列因素；
（1）当房间仅有一面或相邻两面外围护物时，全部计入其外门、窗缝隙；
（2）当房间有相对两面外围护物时，仅计入较大的一面缝隙；
（3）当房间有三面外围护物时，仅计入风量较大的两面缝隙；
（4）当房问有四面外围护物时，则计入较多风向的1/2外围护物范围内的外门、窗缝隙。
5、计算建筑物耗热量时，为了简化计算，可作下列近似处理：
（1）与相邻房间温差小于5℃时，不计算耗热量；
（2）伸缩缝或沉降缝墙按外墙基本耗热量的30％计算；
（3）内门的传热系数按隔墙的传热系数考虑；
6、计算外门面积时，不扣除腰头窗的面积：
计算冷风渗透耗热量有以下三种方法：
缝隙法、换气次数法和百分数法。
由于本设计选取缝隙长度不方便所以按照换气次数法计算，
公式如下：
W（2-4）
式中：
——房间内部体积，
；
——房间的换气次数,次/h；
w——采暖室外计算温度下的空气密度（kg/m3）；
Vn——采暖房间的体积（m3）；
tn——采暖室内计算温度（℃）；
tw——采暖室外计算温度（℃）。
可以按下表选用：
概算换气次数表2-2
二.3.5冷风侵入耗热量
在冬季受风压和热压作用下，冷空气由开启的外门侵入室内。
把这部分冷空气加热到室内温度所消耗的热量称为侵入耗热量。
1、外门附加率，是基于建筑物外门开启的频繁程度以及冲入建筑物中的冷空气导致耗热量增大而加的系数，冷风侵入耗热量的计算方法见《供热手册》或教材。
对于一般民用建筑及工业辅助建筑物仅供人员出入短时间开启的外门，其冷风渗透耗热量，可以考虑为外门的基本耗热量乘以附加百分数。
2、计算楼梯间外门的冷风侵入耗热量时，式中的楼层数n应为建筑物的楼层数。
3、外门附加率，只适用于短时间开启的、无热空气幕的外门。
4、阳台门不应计入外门附加。
5、此处所指的外门是建筑物底层入口的门，而不是各层每户的外门。
6、关于外门附加率中“一道门附加65％·n，两道门附加80％·n”的有关规定很难理解，一道门与两道门的传热系数是不同的：
一道门的传热系数是4.65w/（㎡·℃），两道门的传热系数是2.33w/（㎡·℃）。
根据以上公式计算出各部分耗热量后，得出房间总的耗热量，见附表一各房间热负荷计算表。
第三章供暖系统选择、管路布置
三.1系统选择、管路布置
热水供暖系统,可按下述方法分类：
1、按系统循环动力的不同,可分为重力（自然）循环系统和机械循环系统.靠水的密度差进行循环的系统,称为重力循环系统;靠机械（水泵）力进行循环的系统,称为机械循环系统。
2、按供、回水方式的不同,可分为单管系统和双管系统。
热水经过立管或水平供水管顺序流过多组散热器,并顺序地在各散热器中冷却的系统,称为单管系统.热水经供水立管或者水平供水管平行的分配给多组散热器,冷却后的回水自每个散热器直接沿回水立管或者水平回水管流回热源的系统,称为双管系统。
3、按系统管道敷设方式的不同,分为垂直式和水平系统。
4、按热媒温度的不同,可分为低温水供暖系统和高温水供暖系统。
3.1.2对于本工程，在此提出三种系统设计方案：
方案一：
重力循环双管式系统。
方案二：
机械循环双异程式系统。
方案三：
机械循环双管同程式系统。
根据以下原则及上述要求进行技术和经济比较：
原则一、热媒的选择：
热水供暖与蒸汽供暖的比较。
蒸汽供暖系统的设计和布置都比较复杂且其维护和维修费用较大。
对该三层住宅楼，只需要设计一个小型的供暖系统，考虑居民被烫伤等安全问题，且有热水管网经过，所以选用热水供暖系统比较经济合理。
原则二、热媒温度的选择。
室内热水供暖系统，大多采用低温水作为热媒。
设计供、回水温度多采用75℃/50℃。
考虑建筑的使用特点，因此采用低温水作为热媒，供、回水温度为
tg=75℃；th=50℃
原则三、供暖管网布置形式
根据建筑物平面图，考虑到管网布置的经济合理并且易于设计计算，便于维护管理。
原则四、供暖系统动力的选择
供暖系统动力选定为机械循环系统。
原则五、考虑到设计计算的方便，将供暖系统布置成双管下进下出异程式系统。
最后综合考虑三种方案的技术和经济，和自己对所学知识的掌握，最终选择方案三——机械循环双管下供下回式同程式系统。
三.2散热器的选择与片数计算
所有房间都选择散热器型号为四柱760型，高度760mm，宽度为143mm。
单片厚度为60mm。
散热面积为0.235㎡。
根据散热器热媒与室内空气平均温差△t（△t=tpj-tn）,和散热器散热量表计算出散热器片数。
散热器面积F按下式计算:
m2（3-1）
Q—散热器的散热量，W
tpj—散热器内热媒平均漫度，℃
tn--供暖室内计算温度，℃
K—散热器的传热系数,W/m2.℃
β1—散热器的组装片数修正，
β2—散热器的连接形式修正，
β3—散热器的安装形式修正，
散热器中β1、β2、β3的选取以书后附表为据，
，（3-2）
tsg—散热器进水温度，
tsh—散热器回水温度。
所有房间采用散热器异测上供下回式安装。
散热器片数见附表二。
第四章管网的水力计算
四.1绘制系统图
根据暖气片组装片数的最大值将其分为几组后，确定总的立管数，绘制系
统图，标明各段干管的负荷数，以及每组暖气片的片数和负荷数，并对各个管
段进行标注。
系统图及标注见CAD图。
四.2室内管网的水力计算
在满足热负荷所要求的热媒流量条件下，确定系统的管段管径，以及系统的压力损失。
水利计算应具备的条件是，必须首先确定供暖系统的设备及管道布置，已知系统各管段的热负荷及管段的长度。
在设计过程中，水利计算一般有两种情况，一种是事先给定资用循环压力，然后根据热负荷等已知条件确定管径。
对于室内热水供暖系统，资用压力的确定原则：
（1）连接于已确定或已建成的热网室内供暖系统，其循环压力按供回水压力差确定；
（2）标准设计或将来有可能连接城市热网且需使用混水器时，其循环压力应在10KPa；
水力计算的另一种情况是，在计算时无确定的资用压力。
此时则应该根据热负荷等已知条件，以及系统各并联环路的压力平衡和技术经济原则来确定管径，并同时确定系统的压力损失。
本次设计采用第一种方法计算。
四.2.1供暖系统管路水力计算的主要任务
1.按已知系统各管段的流量和系统的循环作用压力（压
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