天津西部新城服务中心绿色建筑设计被动式策略研究
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摘要
被动式策略是建筑节能的基础。被动式策略的研究对建筑业的节能减排起到至关重要的作用,对应对严峻的能源和气候危机有着重大意义。
作者通过理论结合实践的研究方法,在天津西部新城服务中心项目的绿色建筑设计实践中系统地研究和应用了被动式设计策略,并通过对建成后建筑的运行状况进行测试,检验运行效果、反馈设计中的问题以及提出建议。
论文首先提纲挈领地分析了适合天津市气候和本项目特征的被动式策略,第三、四、五章按总体设计、建筑构件、采光与通风三个大类分项研究天津西部新城服务中心的被动式策略,具体包括朝向选择、造型设计、景观设计、立面围护结构设计、遮阳构件设计、屋面围护结构设计、自然采光设计、自然通风设计等方面的被动式策略。第六章对建成后运行中建筑冬季的室内外温度、室内自然光照度、围护结构表面温度等项目进行了测试,通过实测数据分析,反映建筑围护结构保温隔热性能、气密性,以及自然采光等方面的运行效果,反馈相关设计问题,并提出建议。结论中对实践项目被动式设计问题的总结,具有一定的普遍参考意义。
论文提供了一个绿色建筑被动式策略研究的完整案例,对被动式策略进行了较为全面系统的归纳整合和分析应用。尤其是使用了一种贯穿于项目设计前、设计中、建成后的科学研究方法,为建筑师对设计的节能效果研究提供了有价值的参考方法和案例。
Passive strategies are foundation and prerequisite to energy saving of buildings. Through the method of combining theory with practice, the passive design strategies are systematically researched and applied throughout the project of Tianjin Western New City service center in this paper. And also the running data of the building are measured during the research to analyze the running effect and to reflect the problems in the design.
Firstly, the passive strategies adapting to this project are selected and analyzed synoptically. Then, these passive strategies classified in three categories-holistic design, construction components, daylight and ventilation are discussed in particulars. They involve orientation, shape, landscape, fa?ade envelope, shading, roof, daylight and ventilation. Finally, running data in winter about indoor and outdoor air temperature, indoor illuminance, and surface temperature of the envelope are measured. By analyzing these data, the author evaluates the running effect of insulation, air tightness and daylighting, etc., ferrets out the related design problems and brings forward suggestions as well.
This paper provides an integrated example of passive strategy researching. It has synthesized, analyzed and applied the passive strategies comprehensively and systematically. Furthermore, this paper advances a scientific research method carried through architecture designing and running. It provides a method and a case on how to inspect the effect of design in the respect of energy saving for architects’reference.
作者通过理论结合实践的研究方法,在天津西部新城服务中心项目的绿色建筑设计实践中系统地研究和应用了被动式设计策略,并通过对建成后建筑的运行状况进行测试,检验运行效果、反馈设计中的问题以及提出建议。
论文首先提纲挈领地分析了适合天津市气候和本项目特征的被动式策略,第三、四、五章按总体设计、建筑构件、采光与通风三个大类分项研究天津西部新城服务中心的被动式策略,具体包括朝向选择、造型设计、景观设计、立面围护结构设计、遮阳构件设计、屋面围护结构设计、自然采光设计、自然通风设计等方面的被动式策略。第六章对建成后运行中建筑冬季的室内外温度、室内自然光照度、围护结构表面温度等项目进行了测试,通过实测数据分析,反映建筑围护结构保温隔热性能、气密性,以及自然采光等方面的运行效果,反馈相关设计问题,并提出建议。结论中对实践项目被动式设计问题的总结,具有一定的普遍参考意义。
论文提供了一个绿色建筑被动式策略研究的完整案例,对被动式策略进行了较为全面系统的归纳整合和分析应用。尤其是使用了一种贯穿于项目设计前、设计中、建成后的科学研究方法,为建筑师对设计的节能效果研究提供了有价值的参考方法和案例。
Passive strategies are foundation and prerequisite to energy saving of buildings. Through the method of combining theory with practice, the passive design strategies are systematically researched and applied throughout the project of Tianjin Western New City service center in this paper. And also the running data of the building are measured during the research to analyze the running effect and to reflect the problems in the design.
Firstly, the passive strategies adapting to this project are selected and analyzed synoptically. Then, these passive strategies classified in three categories-holistic design, construction components, daylight and ventilation are discussed in particulars. They involve orientation, shape, landscape, fa?ade envelope, shading, roof, daylight and ventilation. Finally, running data in winter about indoor and outdoor air temperature, indoor illuminance, and surface temperature of the envelope are measured. By analyzing these data, the author evaluates the running effect of insulation, air tightness and daylighting, etc., ferrets out the related design problems and brings forward suggestions as well.
This paper provides an integrated example of passive strategy researching. It has synthesized, analyzed and applied the passive strategies comprehensively and systematically. Furthermore, this paper advances a scientific research method carried through architecture designing and running. It provides a method and a case on how to inspect the effect of design in the respect of energy saving for architects’reference.
引文
①其目标是“将大气中的温室气体含量稳定在一个适当的水平,进而防止剧烈的气候改变对人类造成伤害”。参考百度百科http://baike.baidu.com/view/3058064.htm
②百度百科http://baike.baidu.com/view/3058064.htm
③中国网http://www.china.com.cn/news/txt/2009-11/27/content_18964519.htm
①林宪德.绿色建筑.台北:詹氏书局,2006.16
②江亿.北京市建筑用能现状与节能途径分析.暖通空调.2004, 34(10):14
③转引自:夏伟.基于被动式设计策略的气候分区研究:[博士学位论文].北京:清华大学建筑学院,2008
④(英)大卫·劳埃德·琼斯.建筑与环境——生态气候学建筑设计,王茹,贾红梅,贾国果译.北京:中国建筑工业出版社,中国轻工业出版社,2005.39
①参考:陈华晋,李宝骏,董志峰.浅谈建筑被动式节能设计.建筑节能.2007,35:29～31
②《太阳辐射·风·自然光建筑设计策略》(G·Z·布朗,马克·德凯著,常志军等译.北京:中国建筑工业出版社2008)代中文版序
①Hassan Fathy. Architecture for the Poor. Chicago and London: The University of Chicago Press, 1973,62~69
②宋晔皓.结合自然整体设计——注重生态的建筑设计研究.北京:建筑工业出版社,2000. 24~34
③用来描述某些人只要待在特定的建筑里,就会生病这样一种状况,症状如头痛、恶心、压抑、嗓子痛、哮喘发作等。(英)布莱恩·爱德华兹.可持续性建筑,周玉鹏宋晔皓.北京:中国建筑工业出版社,2003. 172
①夏伟.基于被动式设计策略的气候分区研究:[博士学位论文].北京:清华大学建筑学院,2008
②张凌云,宋晔皓.托马斯·赫尔佐格的建筑技术.建筑创作,2004,1:41~47
③李华东.高技术生态建筑.天津:天津大学出版社,2002
①克里斯汀·史蒂西编.太阳能建筑,常玲玲刘慧.大连:大连理工大学出版社2009. 9
①诺伯特·莱希纳.建筑师技术设计指南,张利等.北京:中国建筑工业出版社2004.146
①建设部科技发展促进中心等.外墙外保温技术百问.北京:中国建筑工业出版社,2007.14
①?《公共建筑节能设计标准》(GB 50189-2005)中4.1.2规定,严寒、寒冷地区建筑的体形系数应小于或等于0.40。中华人民共和国建筑部等.公共建筑节能设计标准(GB 50189-2005).北京:中国建筑工业出版社,2005. 7
①诺伯特·莱希纳.建筑师技术设计指南,张利等.北京:中国建筑工业出版社2004.301
①诺伯特·莱希纳.建筑师技术设计指南,张利等.北京:中国建筑工业出版社2004.304
①G·Z·布朗,马克·德凯.太阳辐射·风·自然光建筑设计策略,常志军等.北京:中国建筑工业出版社2008.123
①王玲燕.现代室内景观生态设计的探索:[硕士学位论文].南京:南京林业大学,2005
①诺伯特·莱希纳.建筑师技术设计指南,张利等.北京:中国建筑工业出版社2004.452
①林宪德.绿色建筑.台北:詹氏书局,2006.33～34
①《公共建筑节能设计标准》(GB 50189-2005)中4.2.4规定,建筑每个朝向的窗墙面积比均不应大于0.70。4.2.6规定,屋顶透明部分的面积不应大于屋顶总面积的20%。中华人民共和国建筑部等.公共建筑节能设计标准(GB 50189-2005).北京:中国建筑工业出版社,2005.
①《公共建筑节能设计标准》(GB 50189-2005)中表4.2.2-3,寒冷地区建筑的体形系数≤0.30时,要求外墙(包括非透明幕墙)传热系数K≤0.6。中华人民共和国建筑部等.公共建筑节能设计标准(GB 50189-2005).北京:中国建筑工业出版社,2005. 7
①赵青扬.漫谈建筑遮阳.建筑知识,2002 ,6:27
①林威在硕士学位论文《新型围护结构应用评价研究》中,经过计算得出结论和建议:百叶间距系数越小,遮蔽系数也越小。为了保证良好的遮阳效果,固定垂直百叶的间距系数一般不超过2。参考林威得出的结论,本项目的垂直百叶间距系数能产生比较有效的遮阳效果。
①Autodest Ecotect软件Steteographic Diagram(太阳轨迹图)之天津市(维度39.1°/经度117.2°)太阳轨迹图。
①陈志华.外国建筑史.北京:清华大学出版社,2004.
②张荣元,张善海,许荣学.建筑屋面节能技术.科技信息.2008,10:105
①张晓峰.种植屋面的节能作用及其构造做法.苏州大学学报(工科版).2006,12:86~87
①来自美国卡内基梅隆大学Vivian Loftness教授于2009年7月在清华大学建筑学院所做的报告
①江亿,薛志峰.北京市建筑用能现状与节能途径分析.暖通空调,2004,34:13～16
②诺伯特·莱希纳.建筑师技术设计指南,张利等.北京:中国建筑工业出版社2004. 369
①全部利用天然光进行采光时的室外最低照度。中华人民共和国建设部.建筑采光设计标准(GB/T 50033—2001).北京:中国建筑工业出版社,2001. 3
②对应室外天然光临界照度时的室内天然光照度。中华人民共和国建设部.建筑采光设计标准(GB/T 50033—2001).北京:中国建筑工业出版社,2001. 3
③《建筑采光设计标准》表3.2.2。中华人民共和国建设部.建筑采光设计标准(GB/T 50033—2001).北京:中国建筑工业出版社,2001. 8
④《建筑采光设计标准》表3.2.7。中华人民共和国建设部.建筑采光设计标准(GB/T 50033—2001).北京:中国建筑工业出版社,2001. 10
①B·吉沃尼.人·气候·建筑,陈士驎.北京:中国建筑工业出版社,1982.228
②林宪德.绿色建筑.台北:詹氏书局,2006.85
③刘加根.建筑自然通风耦合模拟及设计评价研究:[硕士学位论文].北京:清华大学土木工程系,2009
④诺伯特·莱希纳.建筑师技术设计指南,张利等.北京:中国建筑工业出版社2004.255
①刘加根.建筑自然通风耦合模拟及设计评价研究:[硕士学位论文].北京:清华大学土木工程系,2009
②参考:“整个节能率曲线在外窗可开启率为5%有一个明显拐点。当外窗开口率大于10%,再增加开口率,节能效果增加不明显。经济可开启率为10%,也就是说外墙开口率为3%时,能够满足公建的自然通风效果。”资料来源:刘加根.建筑自然通风耦合模拟及设计评价研究:[硕士学位论文].北京:清华大学土木工程系,2009
①中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会.中华人民共和国国家标准GB/T 5699-2008采光测量方法.北京:中国国家标准出版社出版,2008. 2
②同上
①其中C i为该点的采光系数,E i为室内该点的照度,E0为与该点同时测量的室外漫射光照度。中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会.中华人民共和国国家标准GB/T 5699-2008采光测量方法.北京:中国国家标准出版社出版,2008. 5
①《建筑采光设计标准》表3.2.2。中华人民共和国建设部.建筑采光设计标准(GB/T 50033—2001).北京:中国建筑工业出版社,2001. 8
①假定工作面上的采光系数的最低值与平均值之比。中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会.中华人民共和国国家标准GB/T 5699-2008采光测量方法.北京:中国国家标准出版社出版,2008. 2
①《建筑采光设计标准》表3.2.2。中华人民共和国建设部.建筑采光设计标准(GB/T 50033—2001).北京:中国建筑工业出版社,2001. 8
①建筑采光设计标准(GB/T 50033)表3.2.7。中华人民共和国建设部.建筑采光设计标准(GB/T 50033—2001).北京:中国建筑工业出版社,2001. 10
①注释:建筑围护结构中的一些部位,在室内外温差的作用下,形成热流相对密集、内表面温度较低的区域。这些部位成为传热较多的桥梁,故称为热桥(thermal bridges),也可称为冷桥(cold bridges)。引自:建设部科技发展促进中心等.外墙外保温技术百问.北京:中国建筑工业出版社,2007.10
[1]江亿,薛志峰.北京市建筑用能现状与节能途径分析.暖通空调,2004,34:14
[2]夏伟.基于被动式设计策略的气候分区研究:[博士学位论文].北京:清华大学建筑学院,2008
[3]大卫·劳埃德·琼斯.建筑与环境——生态气候学建筑设计,王茹,贾红梅,贾国果.北京:中国建筑工业出版社,中国轻工业出版社,2005.39
[4]陈华晋,李宝骏,董志峰.浅谈建筑被动式节能设计.建筑节能,2007,35:29～31
[5] G·Z·布朗,马克·德凯.太阳辐射·风·自然光建筑设计策略,常志军等.北京:中国建筑工业出版社2008.123
[6] Hassan Fathy. Architecture for the Poor. Chicago and London: The University of Chicago Press, 1973,62~69
[7]宋晔皓.结合自然整体设计——注重生态的建筑设计研究.北京:建筑工业出版社,2000. 24~34
[8]布莱恩·爱德华兹.可持续性建筑,周玉鹏宋晔皓.北京:中国建筑工业出版社,2003. 172
[9]夏伟.基于被动式设计策略的气候分区研究:[博士学位论文].北京:清华大学建筑学院,2008
[10]张凌云,宋晔皓.托马斯·赫尔佐格的建筑技术.建筑创作,2004,1:41~47
[11]李华东.高技术生态建筑.天津:天津大学出版社,2002
[12]克里斯汀·史蒂西编.太阳能建筑,常玲玲,刘慧译.大连:大连理工大学出版社,2009. 9
[13]诺伯特·莱希纳.建筑师技术设计指南,张利等.北京:中国建筑工业出版社2004.146
[14]建设部科技发展促进中心等.外墙外保温技术百问.北京:中国建筑工业出版社,2007.14
[15]刘加平,谭良斌,何泉.建筑创造中的节能设计.北京:中国建筑工业出版社,2009.69
[16]中华人民共和国建筑部等.公共建筑节能设计标准(GB 50189—2005).北京:中国建筑工业出版社,2005. 7
[17]王玲燕.现代室内景观生态设计的探索:[硕士学位论文].南京:南京林业大学,2005
[18]林宪德.绿色建筑.台北:詹氏书局,2006.33～34
[19]赵青扬.漫谈建筑遮阳.建筑知识,2002,6:27
[20]林威.新型围护结构应用评价研究:[硕士学位论文].北京:清华大学建筑学院,2008
[21]陈志华.外国建筑史.北京:清华大学出版社,2004.
[22]张荣元,张善海,许荣学.建筑屋面节能技术.科技信息,2008,10:105
[23]张晓峰.种植屋面的节能作用及其构造做法.苏州大学学报(工科版).2006,12:86~87
[24] B·吉沃尼.人·气候·建筑,陈士驎.北京:中国建筑工业出版社,1982.228
[25]刘加根.建筑自然通风耦合模拟及设计评价研究:[硕士学位论文].北京:清华大学土木工程系,2009
[26]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会.中华人民共和国国家标准GB/T 5699-2008采光测量方法.北京:中国国家标准出版社出版,2008. 2
[27]中华人民共和国建设部.建筑采光设计标准(GB/T 50033—2001).北京:中国建筑工业出版社,2001. 10
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②百度百科http://baike.baidu.com/view/3058064.htm
③中国网http://www.china.com.cn/news/txt/2009-11/27/content_18964519.htm
①林宪德.绿色建筑.台北:詹氏书局,2006.16
②江亿.北京市建筑用能现状与节能途径分析.暖通空调.2004, 34(10):14
③转引自:夏伟.基于被动式设计策略的气候分区研究:[博士学位论文].北京:清华大学建筑学院,2008
④(英)大卫·劳埃德·琼斯.建筑与环境——生态气候学建筑设计,王茹,贾红梅,贾国果译.北京:中国建筑工业出版社,中国轻工业出版社,2005.39
①参考:陈华晋,李宝骏,董志峰.浅谈建筑被动式节能设计.建筑节能.2007,35:29～31
②《太阳辐射·风·自然光建筑设计策略》(G·Z·布朗,马克·德凯著,常志军等译.北京:中国建筑工业出版社2008)代中文版序
①Hassan Fathy. Architecture for the Poor. Chicago and London: The University of Chicago Press, 1973,62~69
②宋晔皓.结合自然整体设计——注重生态的建筑设计研究.北京:建筑工业出版社,2000. 24~34
③用来描述某些人只要待在特定的建筑里,就会生病这样一种状况,症状如头痛、恶心、压抑、嗓子痛、哮喘发作等。(英)布莱恩·爱德华兹.可持续性建筑,周玉鹏宋晔皓.北京:中国建筑工业出版社,2003. 172
①夏伟.基于被动式设计策略的气候分区研究:[博士学位论文].北京:清华大学建筑学院,2008
②张凌云,宋晔皓.托马斯·赫尔佐格的建筑技术.建筑创作,2004,1:41~47
③李华东.高技术生态建筑.天津:天津大学出版社,2002
①克里斯汀·史蒂西编.太阳能建筑,常玲玲刘慧.大连:大连理工大学出版社2009. 9
①诺伯特·莱希纳.建筑师技术设计指南,张利等.北京:中国建筑工业出版社2004.146
①建设部科技发展促进中心等.外墙外保温技术百问.北京:中国建筑工业出版社,2007.14
①?《公共建筑节能设计标准》(GB 50189-2005)中4.1.2规定,严寒、寒冷地区建筑的体形系数应小于或等于0.40。中华人民共和国建筑部等.公共建筑节能设计标准(GB 50189-2005).北京:中国建筑工业出版社,2005. 7
①诺伯特·莱希纳.建筑师技术设计指南,张利等.北京:中国建筑工业出版社2004.301
①诺伯特·莱希纳.建筑师技术设计指南,张利等.北京:中国建筑工业出版社2004.304
①G·Z·布朗,马克·德凯.太阳辐射·风·自然光建筑设计策略,常志军等.北京:中国建筑工业出版社2008.123
①王玲燕.现代室内景观生态设计的探索:[硕士学位论文].南京:南京林业大学,2005
①诺伯特·莱希纳.建筑师技术设计指南,张利等.北京:中国建筑工业出版社2004.452
①林宪德.绿色建筑.台北:詹氏书局,2006.33～34
①《公共建筑节能设计标准》(GB 50189-2005)中4.2.4规定,建筑每个朝向的窗墙面积比均不应大于0.70。4.2.6规定,屋顶透明部分的面积不应大于屋顶总面积的20%。中华人民共和国建筑部等.公共建筑节能设计标准(GB 50189-2005).北京:中国建筑工业出版社,2005.
①《公共建筑节能设计标准》(GB 50189-2005)中表4.2.2-3,寒冷地区建筑的体形系数≤0.30时,要求外墙(包括非透明幕墙)传热系数K≤0.6。中华人民共和国建筑部等.公共建筑节能设计标准(GB 50189-2005).北京:中国建筑工业出版社,2005. 7
①赵青扬.漫谈建筑遮阳.建筑知识,2002 ,6:27
①林威在硕士学位论文《新型围护结构应用评价研究》中,经过计算得出结论和建议:百叶间距系数越小,遮蔽系数也越小。为了保证良好的遮阳效果,固定垂直百叶的间距系数一般不超过2。参考林威得出的结论,本项目的垂直百叶间距系数能产生比较有效的遮阳效果。
①Autodest Ecotect软件Steteographic Diagram(太阳轨迹图)之天津市(维度39.1°/经度117.2°)太阳轨迹图。
①陈志华.外国建筑史.北京:清华大学出版社,2004.
②张荣元,张善海,许荣学.建筑屋面节能技术.科技信息.2008,10:105
①张晓峰.种植屋面的节能作用及其构造做法.苏州大学学报(工科版).2006,12:86~87
①来自美国卡内基梅隆大学Vivian Loftness教授于2009年7月在清华大学建筑学院所做的报告
①江亿,薛志峰.北京市建筑用能现状与节能途径分析.暖通空调,2004,34:13～16
②诺伯特·莱希纳.建筑师技术设计指南,张利等.北京:中国建筑工业出版社2004. 369
①全部利用天然光进行采光时的室外最低照度。中华人民共和国建设部.建筑采光设计标准(GB/T 50033—2001).北京:中国建筑工业出版社,2001. 3
②对应室外天然光临界照度时的室内天然光照度。中华人民共和国建设部.建筑采光设计标准(GB/T 50033—2001).北京:中国建筑工业出版社,2001. 3
③《建筑采光设计标准》表3.2.2。中华人民共和国建设部.建筑采光设计标准(GB/T 50033—2001).北京:中国建筑工业出版社,2001. 8
④《建筑采光设计标准》表3.2.7。中华人民共和国建设部.建筑采光设计标准(GB/T 50033—2001).北京:中国建筑工业出版社,2001. 10
①B·吉沃尼.人·气候·建筑,陈士驎.北京:中国建筑工业出版社,1982.228
②林宪德.绿色建筑.台北:詹氏书局,2006.85
③刘加根.建筑自然通风耦合模拟及设计评价研究:[硕士学位论文].北京:清华大学土木工程系,2009
④诺伯特·莱希纳.建筑师技术设计指南,张利等.北京:中国建筑工业出版社2004.255
①刘加根.建筑自然通风耦合模拟及设计评价研究:[硕士学位论文].北京:清华大学土木工程系,2009
②参考:“整个节能率曲线在外窗可开启率为5%有一个明显拐点。当外窗开口率大于10%,再增加开口率,节能效果增加不明显。经济可开启率为10%,也就是说外墙开口率为3%时,能够满足公建的自然通风效果。”资料来源:刘加根.建筑自然通风耦合模拟及设计评价研究:[硕士学位论文].北京:清华大学土木工程系,2009
①中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会.中华人民共和国国家标准GB/T 5699-2008采光测量方法.北京:中国国家标准出版社出版,2008. 2
②同上
①其中C i为该点的采光系数,E i为室内该点的照度,E0为与该点同时测量的室外漫射光照度。中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会.中华人民共和国国家标准GB/T 5699-2008采光测量方法.北京:中国国家标准出版社出版,2008. 5
①《建筑采光设计标准》表3.2.2。中华人民共和国建设部.建筑采光设计标准(GB/T 50033—2001).北京:中国建筑工业出版社,2001. 8
①假定工作面上的采光系数的最低值与平均值之比。中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会.中华人民共和国国家标准GB/T 5699-2008采光测量方法.北京:中国国家标准出版社出版,2008. 2
①《建筑采光设计标准》表3.2.2。中华人民共和国建设部.建筑采光设计标准(GB/T 50033—2001).北京:中国建筑工业出版社,2001. 8
①建筑采光设计标准(GB/T 50033)表3.2.7。中华人民共和国建设部.建筑采光设计标准(GB/T 50033—2001).北京:中国建筑工业出版社,2001. 10
①注释:建筑围护结构中的一些部位,在室内外温差的作用下,形成热流相对密集、内表面温度较低的区域。这些部位成为传热较多的桥梁,故称为热桥(thermal bridges),也可称为冷桥(cold bridges)。引自:建设部科技发展促进中心等.外墙外保温技术百问.北京:中国建筑工业出版社,2007.10
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