伴隨2008年金融風(fēng)暴，國(guó)際能源價(jià)格如同過(guò)山車式的急劇漲跌，變化莫測(cè)，未來(lái)經(jīng)濟(jì)形勢(shì)還不明朗，全球仍處于金融風(fēng)暴導(dǎo)致的負(fù)面影響下，以高科技為代表的半導(dǎo)體行業(yè)和以綠色能源為標(biāo)稱的光伏電池行業(yè)均迅速進(jìn)入冰冷的冬季。但在2010年的1月，全球經(jīng)濟(jì)的回暖，帶來(lái)新的一輪發(fā)展機(jī)遇。
對(duì)于中國(guó)市場(chǎng)，與潔凈系統(tǒng)相關(guān)的行業(yè)（半導(dǎo)體、TFT/LED/LCD、太陽(yáng)能電池、生物制藥、精細(xì)化工等）是受國(guó)家政策鼓勵(lì)和支持的發(fā)展行業(yè)，受其影響較小，仍基本保持過(guò)去的投資發(fā)展局面。目前國(guó)內(nèi)能源價(jià)格在2008年全球石油大幅上漲時(shí)，電力和石化能源價(jià)格并沒有大幅上漲，在2008年底大幅下跌時(shí)也沒有大幅度下調(diào)，而是維持一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的能源價(jià)格體系。此外，國(guó)家繼續(xù)加大對(duì)小煤窯的整頓，煤炭資源和電力價(jià)格將不大可能出現(xiàn)下調(diào)跡象。2010年，經(jīng)濟(jì)復(fù)舒將進(jìn)一步帶來(lái)電力價(jià)格的上揚(yáng)?？傮w上，隨著能源消耗的增加以及地下石化資源儲(chǔ)量的減少，能源價(jià)格上漲仍是大勢(shì)所趨。
面對(duì)越來(lái)越昂貴的電費(fèi)、油費(fèi)和日漸上揚(yáng)的勞動(dòng)力成本，各個(gè)行業(yè)的潔凈室經(jīng)營(yíng)者都在積極尋找節(jié)約開支的方法。目前的能源價(jià)格與前幾年早已翻了一翻。與此同時(shí)，中國(guó)的潔凈室系統(tǒng)的業(yè)務(wù)量穩(wěn)步上升，尤其是光電、太陽(yáng)能電池和微電子行業(yè)。近兩年，潔凈室設(shè)計(jì)的趨勢(shì)和幾年前那些令人振奮的技術(shù)革新相比，已經(jīng)不可同日而語(yǔ)。在過(guò)去的幾十年里，人們關(guān)心的是技術(shù)的進(jìn)步以及不斷縮小產(chǎn)品的尺寸、塵埃的直徑、最高的凈化等級(jí)，而2010年，對(duì)大多數(shù)潔凈室管理人員和設(shè)計(jì)人員的目標(biāo)：節(jié)能和穩(wěn)定。
從半導(dǎo)體行業(yè)到光伏電池制造行業(yè)，潔凈室行業(yè)里的每一個(gè)人都在積極地尋求提高效率的方法。現(xiàn)在，不管是尋求更好地管理或者改造現(xiàn)有潔凈室，使它變得更干凈或者更節(jié)能的方法，還是決定何時(shí)投資、投資什么樣的新潔凈室，在決策時(shí)成本的作用比以往任何時(shí)候都顯得更加突出。
伴隨國(guó)際市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的低迷期，為了維持生存對(duì)一些公司來(lái)說(shuō)，降低價(jià)格和減少消耗是業(yè)務(wù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。當(dāng)前的首要任務(wù)是降低運(yùn)營(yíng)成本，特別是在開始建造一個(gè)新潔凈室時(shí)，更應(yīng)該如此。
1、節(jié)能方向研究
根據(jù)近年所做項(xiàng)目的數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)了10個(gè)典型的SunFAB（太陽(yáng)能電池廠房潔凈室）的能源消耗比例，下圖是統(tǒng)計(jì)SunFAB潔凈室系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)電力消耗的分布情況。

由此可見，在SunFAB潔凈室系統(tǒng)工藝生產(chǎn)設(shè)備電力消耗平均只占47%，而空調(diào)動(dòng)力系統(tǒng)合計(jì)占35%（其中冷凍水系統(tǒng)19%，凈化空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)6%，制熱及排風(fēng)10%）。同時(shí)，潔凈室系統(tǒng)的單位面積平均能耗（1200~1500W/m2）遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他大多數(shù)制造行業(yè)，能源消耗的直接成本對(duì)潔凈室的運(yùn)營(yíng)者有著重大的現(xiàn)實(shí)意義， 能源成本的增加對(duì)潔凈室產(chǎn)品的成本有非常重要而直接影響，在不影響產(chǎn)品質(zhì)量或是不增加成本的前提下減少直接能源消耗，減少潔凈室的能源花費(fèi)是顯而易見的建議。
由于潔凈室系統(tǒng)總體的動(dòng)力消耗非常大，潔凈室系統(tǒng)在各個(gè)方面都有提高能源效率的機(jī)會(huì)。
1) 送風(fēng)和排氣系統(tǒng)部分占到了總量的9％。合理設(shè)計(jì)該系統(tǒng)有將對(duì)降低潔凈室系統(tǒng)的平均能耗有很大的積極意義。對(duì)于已建成的系統(tǒng)，要審核系統(tǒng)風(fēng)量和可以調(diào)整的部分，避免超量排風(fēng)，帶來(lái)巨大浪費(fèi)。
2) 生產(chǎn)設(shè)備占據(jù)大量能耗（平均47%），由于生產(chǎn)設(shè)備本身的價(jià)值高，選用節(jié)能產(chǎn)品與設(shè)備投資的比例很小，而整體節(jié)能的空間很大。
3) 冷凍系統(tǒng)的制冷機(jī)和水泵是典型的耗能大戶，由于其受天氣環(huán)境的影響，過(guò)于精密的溫度濕度控制和過(guò)于低的溫度要求恰恰為這些系統(tǒng)的耗能帶來(lái)借口和機(jī)會(huì)。合理設(shè)計(jì)系統(tǒng)的控制標(biāo)準(zhǔn)，并與外界大氣環(huán)境參數(shù)相關(guān)聯(lián)的模式，將大大降低冷凍站系統(tǒng)的能耗。
4) 其他系統(tǒng)仍然有很大的節(jié)能空間，設(shè)計(jì)初期不煩采用多種設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行模擬評(píng)估，以選擇最合理的系統(tǒng)。
2、節(jié)能措施
2．1 HVAC系統(tǒng)的節(jié)能措施
較低的送風(fēng)和排氣氣流的速率能保存能量并且降低成本。舉例來(lái)說(shuō)，一個(gè)設(shè)計(jì)合理的排氣系統(tǒng)可以消除排氣波動(dòng)，降低流量，那么，在裝配車間能源的消耗會(huì)降低10％至20％。過(guò)高的風(fēng)速不僅增加風(fēng)機(jī)電耗也帶來(lái)更多的噪聲。
在通過(guò)風(fēng)管和過(guò)濾器時(shí)，低面速的冷卻盤管具有更低的壓降和更小的能量損失以及更高的換熱效率，能夠?yàn)轱L(fēng)系統(tǒng)節(jié)約3％至7％的潔凈室運(yùn)行電能。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，潔凈室系統(tǒng)的空調(diào)機(jī)組（AHU，MAU）面風(fēng)速選用在2.2~2.5m/s較之選用2.5m/s(如常用2.8~3.0m/s)在設(shè)備費(fèi)用方面可能增加約10%的投資，但這部分投資在系統(tǒng)投入運(yùn)行半年就可以因電費(fèi)的節(jié)約而收回投資(電費(fèi)按0.7元/度計(jì))。
空調(diào)加濕方式的選擇也將對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)的選擇和組成形成較大影響，并直接對(duì)初投資和運(yùn)行成本產(chǎn)生影響。一般SunFAB潔凈室對(duì)濕度的要求為40%~60%，一般在新風(fēng)空調(diào)器中采用蒸汽加濕；蒸汽來(lái)源為動(dòng)力站鍋爐產(chǎn)生或自帶電熱蒸汽加濕器，該方式加濕效果和精度較好，但也是能耗最大和初投資最大的方案。噴霧加濕是比較經(jīng)濟(jì)的加濕方式，加濕能力可以滿足太陽(yáng)能電池廠房潔凈室的要求。此外，在干旱地區(qū)和多風(fēng)沙地區(qū)也可以選擇水洗加濕方式處理新風(fēng)。循環(huán)空調(diào)器中可以采用噴霧和濕膜加濕方式。但濕膜和水洗加濕的方式對(duì)運(yùn)行管理要求高，一般采用較少。
高性能的空氣過(guò)濾器能夠更有效的供給潔凈空氣，在處理過(guò)程中也能夠減少能源的消耗。高性能的過(guò)濾除了在過(guò)濾效率方面優(yōu)秀表現(xiàn)，最重要的體現(xiàn)在終阻力只有一般產(chǎn)品的1/2~1/3，大大降低系統(tǒng)阻力，減小風(fēng)機(jī)功率。每降低100Pa系統(tǒng)阻力，電機(jī)的使用功率將減低2%至4%，尤其在有高效過(guò)濾器的系統(tǒng)。使用較為保守的過(guò)濾器組合，有助于很好的保護(hù)高效過(guò)濾器，從而延長(zhǎng)其使用壽命。
用于二次循環(huán)水泵、新風(fēng)和排風(fēng)的風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)用變速驅(qū)動(dòng)，耗能可以減少15％至30％，小于恒速驅(qū)動(dòng)的能耗，因此在這些系統(tǒng)中采用變頻技術(shù)將較為有效的降低電力消耗。
高效的電動(dòng)機(jī)、風(fēng)機(jī)以及泵需要的能源較少。
減少潔凈室體積能夠降低對(duì)氣流循環(huán)的要求以及降低能耗。潔凈室微環(huán)境的設(shè)計(jì)也是為了節(jié)約能源。同時(shí)為提供潔凈室利用率，應(yīng)合理布局工藝設(shè)備和進(jìn)行空間管理，讓潔凈室單位面積的利用率最大化。尤其在目前的薄膜電池生產(chǎn)工藝中，高大的潔凈室空間恰恰是能耗極高的象征。
降低冷卻塔中的水流速度能夠減少冷卻水管道的壓力和管道能源的使用。這種方法能有效地減少3％至7％的設(shè)備能源消耗。冷卻水及冷凍水系統(tǒng)的污垢系數(shù)對(duì)系統(tǒng)的換熱效率帶來(lái)顯著改變。工程維護(hù)中，對(duì)運(yùn)行一年的冷凍機(jī)換熱器進(jìn)行徹底清洗后，系統(tǒng)效率提高了4%~7%。
對(duì)應(yīng)不同的供水溫度和能源輸入，為可見的或潛在的冷卻功能提供分離冷卻循環(huán)，能節(jié)約能源。對(duì)與冷凍機(jī)的運(yùn)行方面而言，通常會(huì)在5~7℃選擇供水溫度，而對(duì)于冷凍機(jī)每提高一度出水溫度，冷凍機(jī)制冷效率將提高2%~3%。因此，對(duì)潔凈室采用干盤管的中溫水冷卻系統(tǒng)（11~13℃供水溫度）并選用中溫水的冷凍機(jī)組較低溫系統(tǒng)會(huì)提高約12%的效率；同時(shí)該冷源也是PCW系統(tǒng)換熱冷源的最合理溫度。
盡量整合系統(tǒng)冷源和熱源系統(tǒng)，利用冷源的廢熱回收作為熱源，可以大大降低動(dòng)力部分的能源消耗。在采用熱回收的冷凍機(jī)系統(tǒng)的潔凈室系統(tǒng)能耗一般將降低空調(diào)系統(tǒng)能耗15%以上。而對(duì)整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)熱量的回收，如空壓機(jī)廢熱回收，鍋爐煙氣熱回收等，系統(tǒng)能耗將進(jìn)一步得到有效降低。
在凈化空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)的選擇上，F(xiàn)FU系統(tǒng)相對(duì)同等級(jí)的中央處理系統(tǒng)更節(jié)能。過(guò)去在低等級(jí)潔凈室（ISO5級(jí)以下）和小型凈化系統(tǒng)（潔凈室面積千平方以下）的系統(tǒng)大多數(shù)采用中央空調(diào)凈化系統(tǒng)。而現(xiàn)在潔凈室建造技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)大大降低了FFU的制造成本，在萬(wàn)級(jí)及以上凈化等級(jí)的系統(tǒng)中已經(jīng)可以以非常低的成本建造FFU凈化系統(tǒng)。目前市場(chǎng)需要一個(gè)更有效的成套控制技術(shù)。許多公司正提供集成控制FFU運(yùn)行的系統(tǒng)，它可以在需要時(shí)以最大功率或者接近最大功率的狀態(tài)運(yùn)行FFU，在不使用時(shí)關(guān)掉相應(yīng)的組件以節(jié)約電力；這樣做不僅可以節(jié)約電力，還可以延長(zhǎng)高效過(guò)濾器的使用壽命。 ? 選擇合理的室內(nèi)正壓值，以避免新風(fēng)的大量浪費(fèi)。在35%的空調(diào)動(dòng)力消耗中有30%以上是用于新風(fēng)的處理。眾所周知，太陽(yáng)能電池廠因工藝的需要，需要大量排風(fēng)。而一個(gè)100MW晶硅太陽(yáng)能電池的排風(fēng)量達(dá)到100000m3/h；正壓風(fēng)量大約20000
m3/h，整個(gè)系統(tǒng)需要的新風(fēng)量達(dá)到120000 m3/h。正壓選擇過(guò)大，需要更大量的新風(fēng)。一般而言設(shè)計(jì)中選用10~15Pa室內(nèi)外正壓差。但在運(yùn)行中因房間密閉性以及開關(guān)門的次數(shù)等因素影響，維持10Pa±3Pa是相對(duì)比較經(jīng)濟(jì)并完全滿足生產(chǎn)工藝要求的。這里與《潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求有些不同。
2．2 避免變頻器使用的誤區(qū)
現(xiàn)在很多設(shè)計(jì)師在大量的電動(dòng)設(shè)備中使用變頻器進(jìn)行啟動(dòng)和控制，并以此作為節(jié)能設(shè)計(jì)的措施。事實(shí)上，大量變頻器基本處于滿頻或近滿頻運(yùn)行狀態(tài)，不僅沒有得到變頻帶來(lái)的節(jié)能效益，反而因變頻器的運(yùn)行增加了能源的消耗。要知道變頻器只有在低于一定頻率下運(yùn)行（一般45HZ以下）才能相對(duì)實(shí)現(xiàn)節(jié)能的可能。變頻器本身是耗能設(shè)備，一般為變頻功率的6~8%。因此，如果是定流量的系統(tǒng)，沒有必要考慮采用變頻器控制，如下：
PCW的循環(huán)水泵；
循環(huán)空調(diào)器的電動(dòng)機(jī)；
冷凍機(jī)的冷卻水泵和一次冷凍水泵；
真空設(shè)備固定頻率和變頻混合使用；
空壓機(jī)固定頻率和變頻混合使用；
局部定風(fēng)量的工藝排風(fēng)機(jī)等。
采用高效的小流量設(shè)備組合，通過(guò)運(yùn)行設(shè)備的數(shù)量來(lái)實(shí)現(xiàn)負(fù)荷變化，將非常有效的降低能源消耗。如美國(guó)Huntair公司研究開發(fā)的由多個(gè)風(fēng)扇組成的風(fēng)扇組陣正在逐步取代傳統(tǒng)的單個(gè)風(fēng)扇的方法。在使用單個(gè)風(fēng)扇時(shí)，甚至在效率很高的情況下，當(dāng)負(fù)載較低時(shí)，風(fēng)扇越大就意味著越浪費(fèi)。而在使用風(fēng)扇壁的環(huán)境下，工作人員可以關(guān)掉個(gè)別風(fēng)扇，而余下的風(fēng)扇將以最高的速度運(yùn)作。Huntair公司的一個(gè)客戶發(fā)現(xiàn)，使用兩組由九個(gè)風(fēng)扇組成的風(fēng)扇壁比使用兩個(gè)更大的風(fēng)扇更經(jīng)濟(jì)、更有效，這樣做每年至少可以節(jié)省下40萬(wàn)美元的能源成本。
2．3 預(yù)見可能的變化，提高潔凈室面積的利用率
潔凈室的建造和運(yùn)行成本都非常高，因此在最小面積的潔凈室面積里實(shí)現(xiàn)最大的產(chǎn)能無(wú)疑是最節(jié)能的措施之一。作為工藝設(shè)計(jì)師要合理規(guī)劃太陽(yáng)能電池廠房的布局和車間內(nèi)部布局以有效利用利用室面積。同時(shí)考慮未來(lái)工藝改進(jìn)的需要，要盡量考慮未來(lái)變化的需求，在潔凈室的空間和組成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中充分考慮預(yù)見這些變化的可能。
潔凈室面積的參數(shù)以下數(shù)據(jù)僅供規(guī)劃時(shí)參考 晶硅電池線30MW—-900M2 100~120MW—-2500~3000M2 300MW—-7000~8500M2
另一方面，越來(lái)越多的企業(yè)已經(jīng)意識(shí)到電池制造工藝改進(jìn)的加速，所有的制造商都很清楚，只要你充分預(yù)見到未來(lái)的需要，就可以大大地降低潔凈室的建造成本。規(guī)劃生產(chǎn)線時(shí)應(yīng)盡量考慮這種發(fā)展的趨勢(shì)，因此，盡量減少潔凈室的內(nèi)部分隔，將吊頂與隔墻作成各自獨(dú)立的可拆卸體，采用FFU的吊頂系統(tǒng)，提高吊頂高度，模塊化分隔工藝區(qū)域，盡量預(yù)留更多動(dòng)力管線容量，為增加動(dòng)力需求創(chuàng)造可能，等等。
這樣，當(dāng)企業(yè)打算擴(kuò)大生產(chǎn)線時(shí)，只需要支付極低的成本就可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)。只要為額外的材料和早期的準(zhǔn)備工作付出很少的一點(diǎn)錢就可以了，而用不著關(guān)閉潔凈室，把墻壁拆掉，進(jìn)行較大的改造，而這樣做的代價(jià)是非常高的。
在建造潔凈室時(shí)，能夠充分地考慮到未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，制造商可以更靈活地做出改變，在不必在進(jìn)行大規(guī)模重建的基礎(chǔ)上升級(jí)潔凈室。

2．4 回收利用和節(jié)省其他冷源消耗
太陽(yáng)能電池廠房生產(chǎn)需要的能源消耗除電力外，其他能源消耗的節(jié)能設(shè)計(jì)也非常重要。在整個(gè)廠務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中要充分考慮水、熱、冷、氣等能源的回收利用，以節(jié)省整體的能源消耗。
純水站的反沖洗廢水具有較高的回收價(jià)值，應(yīng)考慮回收綜合利用。
燃?xì)馊加湾仩t排煙尾氣熱回收，可以大大提高熱源效率，采用煙氣熱回收系統(tǒng)后，整個(gè)系統(tǒng)可以提高燃料的利用率9%~12%以上。通過(guò)熱回收，還可實(shí)現(xiàn)燃?xì)忮仩t尾氣的冷凝水回收，這在缺水地區(qū)是值得實(shí)施的。
空壓機(jī)的廢熱回收利用，冬季用于熱源補(bǔ)充，夏季用于新風(fēng)空調(diào)的再熱熱源。
盡量利用車間內(nèi)區(qū)域的發(fā)熱不平衡因素，合理組織潔凈室氣流形式，以實(shí)現(xiàn)車間內(nèi)部的熱平衡交換。如將新風(fēng)只送入擴(kuò)散區(qū)，而從擴(kuò)散區(qū)的灰區(qū)將高混合后的空氣流向擴(kuò)散前后清洗區(qū)域，以彌補(bǔ)這些區(qū)域發(fā)熱不足，見下圖。

3、運(yùn)行節(jié)能
3．1 空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能運(yùn)行
目前新風(fēng)系統(tǒng)+循環(huán)空調(diào)或FFU凈化系統(tǒng)的空氣凈化潔凈室成為多數(shù)SunFAB的主流形式。但由于潔凈室內(nèi)各個(gè)工藝段的發(fā)熱量、溫度、濕度和潔凈度的要求不同，運(yùn)行控制也存在很大差別。
根據(jù)晶硅電池線工藝需要，在擴(kuò)散前后清洗區(qū)應(yīng)該送入恒定溫度的新風(fēng)，車間內(nèi)發(fā)熱量較低。而在擴(kuò)散和燒結(jié)印刷區(qū)域，因工藝發(fā)熱量大，需要制冷。因此整個(gè)廠房全年基本是需要制冷的。新風(fēng)溫度送風(fēng)可以采用露點(diǎn)送風(fēng)溫度，進(jìn)入室內(nèi)混合后達(dá)到設(shè)計(jì)相對(duì)濕度范圍。尤其在夏季，新風(fēng)通過(guò)冷盤管除濕后，露點(diǎn)溫度在13~14℃，可直接送入車間FFU吊頂靜壓箱內(nèi)，與室內(nèi)空氣混合，而無(wú)須通過(guò)再熱盤管加熱至20~22℃。
另外，根據(jù)室外新風(fēng)的絕對(duì)含濕量控制加濕器，以保證新風(fēng)最低濕度范圍，如設(shè)計(jì)范圍為40%~60%，加濕量以40%為計(jì)算基準(zhǔn)的加濕量，從而減少整個(gè)系統(tǒng)的加濕量。通過(guò)該方式加濕控制，會(huì)較中間值（50%）控制法節(jié)省加濕負(fù)荷50%以上。這里需要告訴大家的是，空氣在進(jìn)入潔凈室后絕對(duì)含濕量不會(huì)減少只會(huì)增加，因此加至最低下限就夠了。
3．2 動(dòng)力站的節(jié)能運(yùn)行
動(dòng)力站的節(jié)能運(yùn)行，首先要讓運(yùn)行管理人員明白系統(tǒng)的構(gòu)成，如何運(yùn)行可以
節(jié)能，需要制定相應(yīng)的操作規(guī)程，以保證運(yùn)行的安全為前提，實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行。
4、后記
隨著半導(dǎo)體技術(shù)向太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的深入發(fā)展，新的工藝將不斷產(chǎn)生，太陽(yáng)能電池的工藝技術(shù)將越來(lái)越趨近半導(dǎo)體技術(shù)工藝，對(duì)于其潔凈室的發(fā)展方向是：
更高凈化等級(jí)的要求，清洗擴(kuò)散為千級(jí)凈化要求的潔凈室將成為主流SunFAB。
工藝的變化更快，對(duì)潔凈室的可擴(kuò)展性要求更高，干盤管+FFU+新風(fēng)系統(tǒng)的凈化系統(tǒng)將大量應(yīng)用到SunFAB系統(tǒng)中。
單晶硅電池仍將繼續(xù)保持高速增長(zhǎng)，生產(chǎn)工藝將越來(lái)越多的采用半導(dǎo)體IC制造工藝技術(shù)，而薄膜電池也將更多的應(yīng)用TFT制造工藝技術(shù)，對(duì)SunFAB潔凈室的技術(shù)要求也將越來(lái)越趨近上述兩類FAB的特征要求。

中國(guó)作為太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)大國(guó)，其產(chǎn)能已經(jīng)居世界第一，群雄竟起，競(jìng)爭(zhēng)也將更加激烈。對(duì)于全球產(chǎn)業(yè)鏈上的中國(guó)光伏企業(yè)而言，工藝技術(shù)和低成本生產(chǎn)無(wú)疑是最重要的競(jìng)爭(zhēng)力，做好節(jié)能工作是提升競(jìng)爭(zhēng)力的重要方式之一。

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