BE1018080A3 - AUTOMATE OF REGULATION AND / OR RENEWAL OF AIR. - Google Patents
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Abstract
Automate (A) destiné à assurer à la fois les fonctions de régularisation thermique et de renouvellment d'air d'un local (L), pouvant s'adapter à une centrale de traitement d'air assurant l'une ou l'autre ou les deux fonctions et comportant: un registre d'admission d'air neuf (1), un registre d'extraction d'air évacué (2), un registre mélange (3) pour effectuer un mélange de l'air neuf avec de l'air reciculé provenant de l'air évacué, un ventilateur de souffage de mélange (4), un ventilateur d'extraction de l'air évacué (5), et une unité de contrôle thermique (6) pour apporter des calories (6a) ou des frigories (6b) audit mélange avant soufflage dans le local, ces éléments étant commandés par une régulation (7) de ladite centrale en fonction de critères de confort thermique mesurés par les températures de l'air neuf (A,N), de l'air évacué (A, Ev) et de l'air sortant de l'unitéde contrôle thermique (A.P), ledit automate (A) étant sensible à des paramètres de qualité d'air choisis parmi des mesures de la quantité de CO2, ou des mesures d'humidité, ou les deux, effectuées dans l'air évacué; l'automate comporte ...PLC (A) intended to provide both the functions of thermal regulation and air renewal of a room (L), which can be adapted to an air handling unit ensuring one or the other or the two functions and comprising: a fresh air inlet damper (1), an exhaust air extraction damper (2), a mixing damper (3) for mixing fresh air with fresh air recirculated air from the exhaust air, a mixing blower (4), an exhaust air exhaust fan (5), and a heat control unit (6) for supplying calories (6a) or frigories (6b) to said mixture before blowing in the room, these elements being controlled by a regulation (7) of said plant according to thermal comfort criteria measured by the fresh air (A, N), the exhaust air (A, Ev) and the air leaving the thermal control unit (AP), said controller (A) being sensitive to parameters air quality selected from measurements of the amount of CO2, or moisture measurements, or both, taken in the exhaust air; the automaton contains ...
Description
Automate de régulation et/ou renouvellement d’airAutomatic control and / or air exchange
La présente invention concerne un automate destiné à assurer à la fois les fonctions de régulation thermique et de renouvellement d’air d’un local, pouvant s’adapter à une centrale de traitement d’air assurant l'une et/ou l’autre desdites fonctions.The present invention relates to a controller intended to provide both the thermal control and air renewal functions of a room, which can be adapted to an air handling unit ensuring one and / or the other said functions.
En particulier, l’invention concerne un tel automate connecté au moins sur un registre d’admission d’air neuf, un registre d’extraction d’air évacué, un registre de mélange pour effectuer un mélange de l’air neuf avec de l’air recirculé provenant de l’air évacué, un ventilateur de soufflage du mélange, un ventilateur d’extraction de l’air évacué et une unité de contrôle thermique pour apporter des calories ou des frigories audit mélange avant soufflage dans le local, ces éléments étant commandés par une régulation de ladite centrale en fonction de critères de confort thermique mesurés par la température de l’air neuf, la température de l’air évacué et la température de l’air sortant de l’unité de contrôle thermique, L’invention concerne également l’équipement d’une centrale de traitement d’air assurant l’une et/ou l’autre des fonctions de régulation thermique et de renouvellement d’air d’un local et comprenant un automate selon l’invention.In particular, the invention relates to such an automaton connected at least to a fresh air admission damper, an exhaust air extraction damper, a mixing damper for mixing fresh air with fresh air. recirculated air from the exhaust air, a blower blowing the mixture, an exhaust fan exhaust air and a thermal control unit to bring calories or frigories to said mixture before blowing into the room, these elements being controlled by a regulation of said plant according to thermal comfort criteria measured by the temperature of the fresh air, the temperature of the exhaust air and the temperature of the air leaving the thermal control unit, L The invention also relates to the equipment of an air handling unit providing one and / or the other of the thermal regulation and air renewal functions of a room and comprising n automaton according to the invention.
De nombreux systèmes sont décrits dans la littérature scientifique comme permettant d’assurer une régulation du débit d’air ventilé en fonction de la présence mesurée dans la salle ou ïe bâtiment desservi.Numerous systems are described in the scientific literature as providing a regulation of the ventilated airflow according to the presence measured in the room or building served.
Les variations technologiques se différencient par le système de détection ou de comptage d’assistance (mesure optique, détection de présence infra rouge, mesure de dioxyde de carbone etc...) ou dans le système de régulation de débit (fermeture de registres d’air, variateur de tension sur les ventilateurs, variateurs de fréquence etc...).Technological variations can be differentiated by the assistance detection or counting system (optical measurement, infrared presence detection, carbon dioxide measurement, etc.) or in the flow control system (closing of registers of air, voltage variator on fans, frequency inverters, etc.).
Quelques systèmes font l’objet de brevets et divulguent des systèmes intégrés comprenant tous les éléments de la fonction de ventilation. Ils sont proposés sous forme de caissons de ventilation intégrant des fonctions de mesure de qualité d'air et de régulation de ventilation.Some systems are patented and disclose integrated systems that include all elements of the ventilation function. They are offered as ventilation boxes incorporating functions of air quality measurement and ventilation control.
Les techniques de ventilation modulée ou de ventilation régulée selon le besoin ont été développées depuis les années 1980, principalement dans les pays d’Europe du Nord et aux Etats Unis d'Amérique.The techniques of modulated ventilation or ventilation regulated according to need have been developed since the 1980s, mainly in the countries of Northern Europe and the United States of America.
Ces techniques consistent à asservir le régime de ventilation des bâtiments aux besoins réels et mesurés de ces bâtiments. Par ces techniques, on injecte et on extrait moins d’air neuf dans le bâtiment. On économise ainsi l’énergie de transport de cet air, à savoir l’énergie électrique utilisée par les ventilateurs d’extraction ou de soufflage. On économise aussi l’énergie du traitement de l’air intérieur, à savoir son chauffage, son refroidissement, son humidification etc...These techniques consist in enslaving the building ventilation regime to the real and measured needs of these buildings. By these techniques, we inject and extract less fresh air into the building. This saves the transport energy of this air, namely the electrical energy used by the exhaust fans or blowing. It also saves the energy of the indoor air treatment, namely its heating, cooling, humidification etc ...
Ces économies se font sans détériorer la qualité de l’air intérieur du bâtiment car le taux de ventilation est adapté précisément au besoin réel du bâtiment. On mesure par exemple le taux de dioxyde de carbone contenu dans la salle pour asservir le régime des ventilateurs.These savings are made without deteriorating the quality of the indoor air of the building because the ventilation rate is adapted precisely to the real need of the building. For example, the amount of carbon dioxide in the room is measured to control the fan speed.
Ces systèmes sont rentables quand ils sont installés sur des grandes unités de traitements d’air qui brassent un volume d’air dont l’économie de traitement rembourse l’équipement. On situe en général le seuil de rentabilité pour des Centrales de Traitement d’Air (CTA) dont le débit d’alimentation en air neuf dépasse 2500 m3/h.These systems are cost-effective when they are installed on large air handling units that brew a volume of air whose economy of treatment repays the equipment. The breakeven point is generally considered for Air Handling Units (ATC) whose fresh air supply flow rate exceeds 2500 m3 / h.
Dans le cas de ces grosses CTA, la gestion du volume d’air injecté est complexe car l’air est utilisé comme un fluide thermique devant assurer le chauffage ou le rafraîchissement de l’air. On ne peut pas gérer la quantité d’air apporté dans le bâtiment en fonction de la seule pollution de cet air. D’autres facteurs, nécessaires au maintien de conditions climatiques attendues du local, sont à prendre en considération.In the case of these large air handling units, the management of the injected air volume is complex because the air is used as a thermal fluid for heating or cooling the air. We can not manage the quantity of air brought into the building according to the only pollution of this air. Other factors necessary to maintain the expected climatic conditions of the local are to be taken into consideration.
L'expérience montre qu’un système ne prenant en compte que la qualité de l’air pour réguler la quantité d’air neuf fourni par une CTA n’est pas opérationnel pour réguler le confort climatique de la salle si cette CTA fournit l’air utilisé comme fluide thermique.Experience shows that a system that only takes into account air quality to regulate the amount of fresh air supplied by a CTA is not operational to regulate the climatic comfort of the room if this CTA provides the air used as thermal fluid.
Toutefois, aucun système de Ventilation Régulée selon le Besoin, n’intègre dans ces dispositifs des fonctions de régulation propres à la gestion climatique du local.However, no regulated ventilation system according to the need, integrates into these devices regulatory functions specific to the climate management of the premises.
De plus, aucun système n’est proposé pour se greffer sur des centrales de traitement d’air régulées par un automate propre ou par une gestion centralisée du bâtiment, ce système étant compatible avec la régulation existante.In addition, no system is proposed for grafting on air handling units regulated by a controller or by a centralized management of the building, this system being compatible with the existing regulation.
WO 00/43715 décrit un système de conditionnement d’air qui tient compte de la qualité de l’air, dans l’espace conditionné, à l’aide d’un capteur sensible au dioxyde de carbone.WO 00/43715 discloses an air conditioning system which takes into account the air quality in the conditioned space using a sensor sensitive to carbon dioxide.
L’invention vise à pallier les inconvénients évoqués précédemment en proposant un système capable de gérer des CTA assurant l’alimentation en air de locaux à pollution non spécifique, c’est à dire des locaux dont la pollution n’est attribuée qu’à la présence d’occupants humains ou animaux. L’invention vise aussi à économiser l’énergie électrique consommée pour assurer un conditionnement satisfaisant, avec une bonne qualité de l’air conditionné.The invention aims to overcome the drawbacks mentioned above by proposing a system capable of managing CTAs supplying air to premises with non-specific pollution, ie premises whose pollution is only attributed to the presence of human or animal occupants. The invention also aims to save the electrical energy consumed to ensure satisfactory conditioning, with a good quality of the air conditioning.
Selon l’invention, un automate destiné à assurer à la fois les fonctions de régulation thermique et de renouvellement d’air d’un local, pouvant s’adapter à une centrale de traitement d’air assurant l’une ou l’autre ou les deux fonctions et comportant: - un registre d’admission d’air neuf, - un registre d'extraction d’air évacué, - un registre de mélange pour effectuer un mélange de l’air neuf avec de l’air recirculé provenant de l’air évacué, - un ventilateur de soufflage du mélange, - un ventilateur d’extraction de l’air évacué, et - une unité de contrôle thermique pour apporter des calories ou des frigories audit mélange avant soufflage dans le local, ces éléments étant commandés par une régulation de ladite centrale en fonction de critères de confort thermique mesurés par les températures de l’air neuf, de l’air évacué et de l’air sortant de l’unité de contrôle thermique, ledit automate étant sensible à des paramètres de qualité d’air choisis parmi des mesures de la quantité de CO2, ou des mesures d’humidité, ou les deux , effectuées dans l’air évacué, est caractérisé en ce qu’il comporte un variateur pour chaque ventilateur de soufflage et d’extraction , et en ce que l’automate ne gère au départ que la commande de mélange d’Air Neuf/Air recirculé dans l’air pulsé, puis la commande des deux variateurs de ventilation agissant sur les ventilateurs, selon le confort thermique et la qualité de l’air attendus.According to the invention, a controller intended to provide both the thermal regulation and air renewal functions of a room, which can be adapted to an air handling unit ensuring one or the other or the two functions and comprising: - a fresh air inlet damper, - an exhaust air extraction damper, - a mixing damper to mix fresh air with recirculated air from the evacuated air, - a fan for blowing the mixture, - a ventilator for extracting the exhausted air, and - a thermal control unit for supplying calories or frigories to said mixture before blowing into the room, these elements being controlled by a regulation of said plant according to thermal comfort criteria measured by the fresh air temperature, the exhaust air and the air leaving the thermal control unit, said controller being sensitive to parametric parameters. very high quality of air selected from measurements of the amount of CO2, or measurements of humidity, or both, performed in the exhaust air, is characterized in that it comprises a variator for each blower and extraction, and in that the controller initially manages only the mixing command of Air New / Air recirculated in the pulsed air, then the control of the two variators of ventilation acting on the fans, according to the thermal comfort and the expected air quality.
Préférentiellement, l'automate selon l’invention commande, en fonction de ces paramètres de qualité, l’ouverture : - du registre d’admission de l’air neuf, et - du registre d’extraction de l’air évacué.Preferably, the automaton according to the invention controls, as a function of these quality parameters, the opening: of the admission register of the fresh air, and of the extraction register of the evacuated air.
Plus particulièrement, l’automate selon l’invention comprend également des moyens d’humidification du mélange d’air neuf et d’air recirculé.More particularly, the automaton according to the invention also comprises means for humidifying the mixture of fresh air and recirculated air.
Plus particulièrement encore, l’automate selon l’invention : - régule d’abord la qualité de l’air dudit local en augmentant l’ouverture des registres d’admission à vitesse de ventilation minimale jusqu’à ce que la consigne de régulation ne puisse plus être obtenue, puis - augmente progressivement la vitesse de soufflage des ventilateurs, puis - vérifie la consigne de température, - régule l’admission et la vitesse de soufflage selon la consigne qualité d’air ou température qui demande le plus d’apport en air neuf.More particularly still, the automaton according to the invention: first regulates the quality of the air of said room by increasing the opening of the admission registers with minimum ventilation speed until the regulation setpoint can be obtained more, then - gradually increases the blowing speed of the fans, then - checks the temperature setpoint, - regulates the intake and blowing speed according to the air quality or temperature that requires the most input in fresh air.
Dans un mode préférentiel de réalisation, l’automate selon l’invention comporte également un mode de rafraîchissement ou de chauffage naturel permettant d’éviter l’apport énergétique de frigories ou de calories par lequel, avant toute mise en oeuvre, on vérifie la température extérieure et on ouvre progressivement le débit d’air frais en fonction de la différence entre la température intérieure et la température extérieure.In a preferred embodiment, the automaton according to the invention also comprises a natural cooling or heating mode making it possible to avoid the energetic supply of frigories or calories by which, before any implementation, the temperature is checked. outside and gradually opens the fresh air flow depending on the difference between the indoor temperature and the outside temperature.
Dans un autre mode préférentiel de réalisation, l’automate selon l’invention comporte également un mode de rafraîchissement nocturne par lequel, on enregistre la température extérieure autour de 6h00, et si cette température excède une consigne de température, on force à titre préventif la ventilation pour rafraîchir la salle jusqu’à ce que ; la température soit égale à la température extérieure plus 0,5°C avec un maximum de ventilation de 30 minutes.In another preferred embodiment, the automaton according to the invention also comprises a nocturnal cooling mode by which the outside temperature is recorded around 6:00 am, and if this temperature exceeds a temperature setpoint, the temperature is preemptively ventilation to refresh the room until; the temperature is equal to the outside temperature plus 0.5 ° C with a maximum ventilation of 30 minutes.
Dans un encore autre mode préférentiel de réalisation, l’automate selon l’invention comporte également un mode d’épuration de l’air par lequel on force une épuration de l’air dudit local en fonction d’un horaire ou d’une date où l’on sait que la qualité de l’air extérieur sera dégradée dans la journée en déclenchant la ventilation pendant une durée déterminée, par exemple pendant 30 minutes.In yet another preferred embodiment, the automaton according to the invention also comprises a mode of purifying the air by which it forces a purification of the air of said room according to a schedule or a date where it is known that the quality of the outside air will be degraded during the day by triggering the ventilation during a determined period, for example for 30 minutes.
Enfin, la présente invention concerne une centrale de traitement d’air assurant l’une et/ou l’autre des fonctions de régulation thermique et de renouvellement d’air d’un local et comprenant un automate selon l’une quelconque des formes de réalisations présentées ci-avant.Finally, the present invention relates to an air treatment unit providing one and / or the other of the thermal regulation and air renewal functions of a room and comprising an automaton according to any one of the forms of achievements presented above.
L’innovation présentée a pour fonction d’ajuster, sur une centrale de traitement d’air, la quantité d'air ventilée utile pour maintenir la qualité de l’air et les conditions climatiques attendues de la salle desservie. C’est la coordination des fonctions de renouvellement d’air et des fonctions de chauffage-climatisation par le flux d’air, intégrées dans le même système de modulation de la ventilation en fonction des besoins mesurés du local, qui confère au système son caractère inventif.The innovation presented is to adjust, on an air handling unit, the amount of ventilated air needed to maintain the air quality and expected climatic conditions of the room served. It is the coordination of air renewal functions and air-heating-air-conditioning functions, integrated into the same ventilation modulation system according to the measured needs of the room, which gives the system its character. inventive.
Bien que tel ne soit pas le but premier de l’invention, une CTA comprenant l’automate selon l’invention pourra également par exemple être utilisée pour maintenir une température de process dans un local industriel, indépendamment de toute contrainte sur la qualité de l'air.Although this is not the primary purpose of the invention, an AAC comprising the automaton according to the invention may also for example be used to maintain a process temperature in an industrial premises, independently of any constraint on the quality of the 'air.
L’invention révèle de nombreux avantages et notamment, la possibilité d’installer l’automate, qui représente un système autonome, sur des centrales de traitements d’air existantes, pourvues de leur propre régulation ce qui constitue une innovation importante.The invention reveals numerous advantages and in particular the possibility of installing the automaton, which represents an autonomous system, on existing air treatment plants, provided with their own regulation which constitutes an important innovation.
Le système est principalement conçu pour s’intégrer sur une CTA existante équipée de son propre automatisme. On parlera d’automatisme préexistant. Cette fonction est réalisée par un automate industriel programmable ou par une Gestion Technique Centralisée. L’automate selon l’invention est un système autonome indépendant qui fonctionne parallèlement et en complément de l’automatisme existant.The system is primarily designed to integrate with an existing ACT with its own automation. We will speak of pre-existing automatism. This function is performed by a programmable industrial controller or by a Centralized Technical Management. The automaton according to the invention is an independent autonomous system which operates in parallel and in addition to the existing automation.
L’invention s’applique à la régulation d’une centrale de traitement d’air alimentant un local exclusif à pollution non spécifique, où l’occupation des locaux et la qualité de l’air sont censées être homogènes. Le système peut également gérer des bâtiments multizones, à condition de vérifier certains critères d’homogénéité de l’air.The invention applies to the regulation of an air handling unit supplying an exclusive premises with non-specific pollution, where the occupation of the premises and the quality of the air are supposed to be homogeneous. The system can also manage multi-zone buildings, provided that certain criteria of homogeneity of the air are verified.
On considère que la salle est chauffée ou refroidie par la CTA ce qui n’exclut pas que la salle puisse être équipée de corps de chauffe additionnels, notamment pour vaincre les pertes aux parois.It is considered that the room is heated or cooled by the CTA, which does not exclude that the room can be equipped with additional heating bodies, especially to overcome the losses to the walls.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée faite ci-après en référence aux dessins sur lesquels : - La figure 1 représente une CTA classique et ses éléments de fonctionnement, - La figure 2 représente la CTA de la figure-Ί équipée de l’automate selon l'invention, - la figure 3 représente le pourcentage d’air neuf en fonction de la quantité de C02 en mode chauffage de la CTA commandée par l’automate selon l’invention à vitesse de variateur minimum, - la figure 4 représente la variation du variateur en fonction de la quantité de C02 en mode chauffage de la CTA commandée par l’automate selon l’invention une fois le seuil de C02 atteint à la vitesse de variateur minimum, - la figure 5 représente la variation du variateur en fonction de la différence entre la température de soufflage et la consigne (ici fixée à 40°C), - la figure 6 représente la variation du variateuren fonction de la différence entre la température ambiante (ici fixée à 19°C) et la température de l’air évacué, - la figure 7 représente la variation du variateur en fonction de la différence entre la température de l’air évacué et la température de climatisation (ici fixée à 24°C) - la figure 8 représente la variation du variateur en fonction de la différence entre la température minimale de l’air soufflé et la température de soufflage, - la figure 9 représente la variation du mélange air neuf/ air recirculé en fonction de la différence entre la température de l’air évacué et la température ambiante (ici fixée à 19°C) - la figure 10 représente la variation du mélange air neuf/ air recirculé en fonction de la différence entre la température de soufflage et la température minimale de l’air soufflé, - La figure 11 représente le schéma synoptique de fonctionnement de l’automate sur la commande de registre d’air neuf, - La figure 12 présente le schéma synoptique de fonctionnement de l’automate sur la commande des variateurs des ventilateurs d’extraction et d’entrée du mélange d’air, et - La figure 13 présente l’enregistrement des performances de l’automate sur un site d’installation pendant une journée d’assemblée dans un auditorium.The invention will be better understood on reading the detailed description given hereinafter with reference to the drawings, in which: FIG. 1 represents a conventional CTA and its operating elements, FIG. 2 represents the CTA of FIG. equipped with the automaton according to the invention, - Figure 3 shows the percentage of fresh air as a function of the amount of CO 2 in the heating mode of the CTA controlled by the controller according to the invention at minimum drive speed, - FIG. 4 shows the variation of the drive as a function of the amount of CO 2 in the heating mode of the AHU controlled by the PLC according to the invention once the CO 2 threshold has reached the minimum drive speed; FIG. variation of the inverter as a function of the difference between the blowing temperature and the setpoint (here set at 40 ° C), - figure 6 represents the variation of the variator as a function of the difference between the temperature a mbiante (here set at 19 ° C) and the temperature of the exhaust air, - Figure 7 shows the variation of the variator depending on the difference between the temperature of the exhaust air and the air conditioning temperature (here set at 24 ° C). ° C) - Figure 8 shows the variation of the variator as a function of the difference between the minimum temperature of the air blown and the blowing temperature, - Figure 9 shows the variation of the fresh air / recirculated air mixture as a function of the difference between the temperature of the exhaust air and the ambient temperature (here fixed at 19 ° C) - Figure 10 shows the variation of the fresh air / recirculated air mixture as a function of the difference between the blowing temperature and the minimum temperature of the blown air, - Figure 11 shows the block diagram of operation of the controller on the fresh air damper control, - Figure 12 shows the block diagram of operation of the controller on the control of the fans of the extraction and inlet fans of the air mixture, and - Figure 13 shows the recording of the performances of the automaton at an installation site during a day of assembly in an auditorium.
Sur la figure 1 est représentée une centrale de traitement d’air pour assurer à la fois les fonctions de régulation thermique et de renouvellement d’air d’un local L.In Figure 1 is shown an air handling unit to provide both the thermal control functions and air renewal of a local L.
Celle ci comporte - un registre d’admission d’air neuf 1, - un registre d’extraction d’air évacué 2, - un registre de mélange 3 pour effectuer un mélange de l’air neuf avec de l’air recirculé provenant de l’air évacué, - un ventilateur de soufflage du mélange 4, - un ventilateur d’extraction de l’air évacué 5, et - une unité de contrôle thermique 6 pour apporter des calories 6a ou des frigories 6b audit mélange avant soufflage dans le local,This comprises - a fresh air inlet damper 1, - an exhaust air extraction damper 2, - a mixing damper 3 for mixing fresh air with recirculated air from the exhaust air, - a mixture blowing fan 4, - an exhaust fan 5, and - a thermal control unit 6 for supplying calories 6a or frigories 6b to said mixture before blowing into the room. local,
Ces éléments sont commandés par une régulation 7 de ladite centrale en fonction de critères de confort thermique, essentiellement la température, voire le taux d’humidité ou la vitesse de soufflage de l’air entrant, mesurés pour l’air neuf A.N., l’air évacué A.Ev. et pour l’air sortant de l’unité de contrôle thermique A.P.These elements are controlled by a regulation 7 of said plant according to thermal comfort criteria, essentially the temperature, or even the humidity rate or the blowing rate of the incoming air, measured for the fresh air NA, the evacuated air A.Ev. and for the air coming out of the thermal control unit A.P.
Sur la Figure 2, la CTA de la figure 1 est complétée par l’automate A objet de la présente invention.In FIG. 2, the CTA of FIG. 1 is completed by the automaton A object of the present invention.
Tel que représenté sur la figure, ledit automate A est sensible à des paramètres de qualité d’air autres que la température et notamment ici, des mesures 8a, 8b, 8c de quantité de C02 respectivement sur l’air neuf A.N., l’air évacué A.Ev. et l’air sortant de l’unité de contrôle thermique A.P.As shown in the figure, said automaton A is sensitive to air quality parameters other than the temperature and in particular here, measurements 8a, 8b, 8c of quantity of CO2 respectively on the fresh air AN, the air evacuated A.Ev. and the air leaving the thermal control unit A.P.
L'invention porte donc sur : - un automate industriel autonome assurant les fonctions d’acquisition, enregistrement de données, régulation, commande d’organe, programmation industrielle et communication sur réseau téléphonique ou Internet, - une sonde de qualité de l’air installée dans la gaine d’évacuation de l’air ou dans la zone ventilée. La sonde est une sonde de concentration de dioxyde de carbone dans l’air ambiant ou tout autre dispositif permettant de mesurer l’assistance de la zone ventilée, - des sondes de température ou des recopies de mesures de température, à savoir température de l’air ambiant, température de l’air pulsé, température de l’air extérieur, température de l’air extrait, et éventuellement, - des sondes d’humidité ou des recopies de mesures d’humidité ambiante et extérieure, - des entrées logiques donnant des informations sur le fonctionnement de la CTA et les conditions climatiques ou environnementales du lieu géographique d’implantation de la CTA (détaillée ci-après), - un système de régulation de proportion d’air neuf dans l’air pulsé, à savoir un moteur alimentant les registres de mélange d’airs dans la CTA équipée, - des variateurs électroniques de fréquence ou tout autre système de régulation des débits d’air assurés par les ventilateurs.The invention thus relates to: an autonomous industrial automaton providing the functions of acquisition, data recording, regulation, organ control, industrial programming and communication over a telephone network or the Internet, an installed air quality sensor in the exhaust duct or in the ventilated area. The probe is a carbon dioxide concentration probe in the ambient air or any other device making it possible to measure the assistance of the ventilated zone, temperature probes or temperature measurement recopies, namely temperature of the ambient air, forced air temperature, outside air temperature, extracted air temperature, and possibly, - humidity probes or ambient and external humidity measurement recopies, - logic inputs giving information on the operation of the AOC and the climatic or environmental conditions of the geographical location of the AOC (detailed below), - a fresh air proportioning system in the pulsed air, namely a motor supplying the air mixing dampers in the equipped air handling unit, - frequency inverters or any other air flow control system provided by the fans rs.
Le tout peut être intégré dans une armoire électrique autonome.The whole can be integrated in an autonomous electrical cabinet.
Principe général de régulation L’automate A ne gère au départ que la commande 3 de mélange d’Air Neuf/Air recirculé dans l’air pulsé puis la commande de deux -Variateurs B4, B5 de ventilation agissant sur les ventilateurs 4,5.General regulation principle The PLC A initially manages only the control 3 mixing new air / air recirculated in the pulsed air then the control of two -Variators B4, B5 of ventilation acting on the fans 4,5.
L’automate A n’a pas d’action sur la vanne trois voies des batteries chaudes 6a ou froides 6b de la CTA.The automaton A has no action on the three-way valve of the hot batteries 6a or 6b cold of the CTA.
En revanche, le système automatique préexistant 7 cède son autorité sur les deux commandes de l’automate, en particulier sur la commande 3 de mélange. Il n’assure plus de régulation de mélange en fonction de la température.On the other hand, the pre-existing automatic system 7 gives its authority over the two controls of the automaton, in particular on the mixing command 3. It no longer provides mixing control as a function of temperature.
L’entrée principale de l’automate est la qualité d’air mais toutes les mesures citées au-dessus peuvent commander les sorties, suivant un process de régulation spécifique.The main input of the PLC is the air quality, but all the measurements mentioned above can control the outputs, according to a specific regulation process.
Régulation détailléeDetailed regulation
On détaillera ici différents modes de fonctionnement de l’automate en fonction des conditions et de la régulation désirée.We will detail here different modes of operation of the controller depending on the conditions and the desired regulation.
Dans la suite, les abréviations ci-après seront utilisées pour commenter les figures. Ces abréviations se retrouveront également sur les figures. .—In the following, the following abbreviations will be used to comment on the figures. These abbreviations will also be found in the figures. .-
Les données chiffrées sont indicatives et pourront varier selon la régulation souhaitée.The figures are indicative and may vary depending on the desired regulation.
• C02 : signal C02 : directement exprimé en ppm de C02: 0 à 2000 ppm.• CO2: CO 2 signal: directly expressed in ppm CO 2: 0 to 2000 ppm.
• TSO : température soufflage en °C• TSO: blowout temperature in ° C
• TEX : température extérieure, ou air neuf en °C.• TEX: outside temperature, or fresh air in ° C.
• TRE : température d’air évacué, en °C.• TRE: exhaust air temperature, in ° C.
• Consignes variateurs : VAR, exprimée en pourcentage de la fréquence demandée sur la gamme 0- fréquence maxi (50 Hz). A noter que l’on passe directement de 0 à 30% (fréquence mini autour de 15 Hz).• Drive setpoints: VAR, expressed as a percentage of the requested frequency in the range 0- maximum frequency (50 Hz). Note that we go directly from 0 to 30% (min frequency around 15 Hz).
• Mélange Air Neuf / air extrait : MAN, exprimé en pourcentage entre 0 et 100 %, 0 étant la position tout air repris (recyclage maxi) et 100 la position tout air neuf (pas de recyclage).• Fresh air / extract air mixture: MAN, expressed as a percentage between 0 and 100%, with 0 being the all-air position (maximum recycling) and 100 all-fresh air position (no recycling).
• Entrée logique d’horloge : HOR, 0 si en sommeil, 1 si en fonctionnement.• Logical clock input: HOR, 0 if dormant, 1 if in operation.
• Entrée logique de climatisation : CLIM, 0 si la climatisation est coupée, 1 si elle fonctionne.• Air conditioning logic input: CLIM, 0 if the air conditioning is off, 1 if it works.
• Consigne température de veille : TVE, en °C. Température minimum à laquelle on maintient la salle pendant l’hiver, même durant l’arrêt des CTA. En général égale à 14 °C.• Setpoint of standby temperature: TVE, in ° C. Minimum temperature at which the room is maintained during the winter, even during the shutdown of ACTs. In general equal to 14 ° C.
• Consigne température ambiante : TAM, 19 °C.• Ambient temperature setpoint: TAM, 19 ° C.
• Consigne de température en climatisation : TCL, 24 °C• Temperature setpoint in air conditioning: TCL, 24 ° C
• Consigne de température minimale de l’air soufflé TBS (température en dessous de laquelle la vanne 3 V chauffe l’air pulsé) : XA ou 16°C (évite la condensation et courant d’air frais).• Setpoint for the minimum temperature of the supply air TBS (temperature below which the 3V valve heats the pulsed air): XA or 16 ° C (avoids condensation and fresh air flow).
• Consigne de température déclenchant le rafraîchissement nocturne : TRN = 16 °C.• Temperature setpoint triggering night cooling: TRN = 16 ° C.
En cas de conflit sur la valeur VAR ou MAN, c’est la commande correspondant au débit le plus fort qui a autorité.In case of conflict on the value VAR or MAN, it is the command corresponding to the strongest flow which has authority.
Mode sommeilSleep mode
Enclenché par l’horloge interne de l’automate A ou par un signal logique.Enabled by the internal clock of the PLC A or by a logic signal.
Le mode sommeil signifie que personne n’est censé entrer dans le local dans moins de deux heures.Sleep mode means no one is supposed to enter the room in less than two hours.
L’installation est à l’arrêt mais on maintient la salle à température minimum de veille (14 °C).The installation is stopped but the room is kept at minimum standby temperature (14 ° C).
HOR = 0 CTA en arrêt Si TRE > TVEHOR = 0 CTA off If TRE> TVE
pas de ventilation. Recyclage complet. La salle est suffisamment chaude. La régulation existante commande la vanne 3 voies pour maintenir la batterie hors gel.no ventilation. Complete recycling. The room is hot enough. The existing control controls the 3-way valve to maintain the frost-free battery.
VAR = 0 MAN = 0 Si TRE < TVEVAR = 0 MAN = 0 If TRE <TVE
on envoie juste assez d’air pour réchauffer la salle. Recyclage complet.we just send enough air to warm the room. Complete recycling.
VAR = MINI MAN = 0VAR = MINI MAN = 0
Mode chauffage L’automate A ne s’occupe que de la qualité de l’air. Le C02 pilote d’abord l’ouverture du registre 3 en mode PID (avec le variateur B4 du ventilateur de soufflage A au régime minimum selon la figure 3) puis le débit en mode PI en modifiant le régime du ventilateur de soufflage A par le variateur B4, selon la figure 4.Heating mode The A controller only takes care of the air quality. The CO 2 first drives the opening of the damper 3 in the PID mode (with the blower fan A in the blower A at the minimum speed according to FIG. 3) then the flow rate in the PI mode by modifying the speed of the blower A by the dimmer B4, according to FIG.
L’automatisme existant 7 s’occupe du contrôle de la température de soufflage par la vanne 3 voies. Il n’a plus aucune autorité sur l’ouverture du registre 3.The existing automation 7 is responsible for controlling the blowing temperature via the 3-way valve. He no longer has any authority over the opening of the register 3.
HOR = 1 CTA en fonctionnementHOR = 1 CTA in operation
Cette boucle peut présenter des problèmes de cinétique car un battement trop instable des registres peut dégrader les moteurs. Il faut donc prévoir une constante de temps importante pour éviter ces battements 'This loop can present kinetic problems because a too unstable beat of the registers can degrade the motors. It is therefore necessary to provide a significant time constant to avoid these beats.
Si TSO > 40°CIf TSO> 40 ° C
La température de soufflage devient trop importante. Cette température est normalement limitée par la régulation existante des vannes d'eau chaude. Néanmoins, il faut contrôler la température du jet de soufflage. La température de reprise commande alors la vitesse d'air, selon le schéma de la figure 5, en mode PI ou en mode P pour apporter autant de chaleur avec un débit d’air plus important et un air soufflé moins chaud.The blowing temperature becomes too great. This temperature is normally limited by the existing regulation of the hot water valves. Nevertheless, it is necessary to control the temperature of the blowing jet. The return temperature then controls the air speed, according to the diagram of FIG. 5, in the PI mode or in the P mode to bring as much heat with a greater air flow rate and less hot air.
Si la température ne peut pas être atteinte avec le débit d’air minimumIf the temperature can not be reached with the minimum airflow
Le filet d’air est trop fin, il faut augmenter le débit d’air, selon le schéma de la figure 6, pour transmettre la puissance de la batterie chaude. Il faut une zone morte de 1 °C et un Tl assez important pour ne pas réguler la température avec le débit d’air.The air stream is too thin, it is necessary to increase the air flow, according to the diagram of Figure 6, to transmit the power of the hot battery. It takes a dead zone of 1 ° C and a Tl large enough not to regulate the temperature with the air flow.
Mode climatisationAir conditioning mode
Si CLIM = 1 et TRE > TCLIf CLIM = 1 and TRE> TCL
La climatisation est enclenchée et la température ambiante est supérieure à la > valeur de consigne. Le débit d’air de soufflage ne peut plus apporter assez de frigories. Il faut l’augmenter en l’asservissant à la température de reprise en mode PI.The air conditioning is switched on and the ambient temperature is higher than the> setpoint. The blowing air flow can not bring enough frigories. It must be increased by slaving it to the recovery temperature in PI mode.
Voir figure 7See Figure 7
Si CLIM = 1 et TSO < TBSIf CLIM = 1 and TSO <TBS
Le jet d’air froid est trop intense. Effet de douche froide et risque de condensation, même à petit débit. Dans ce cas, il faut augmenter le débit pour diminuer l’écart entre température ambiante et température de pulsation, en mode PI. (voir figure 8)The jet of cold air is too intense. Cold shower effect and risk of condensation, even at low flow. In this case, it is necessary to increase the flow to decrease the difference between ambient temperature and pulsation temperature, in PI mode. (see figure 8)
Dans tous ces modes, l’automatisme existant peut retrouver ses consignes habituelles en ne pilotant que la vanne 3 voies.In all these modes, the existing automation can find its usual instructions by driving only the 3-way valve.
Mode de rafraîchissement naturel ou « free cooling » C’est un mode d’aération important qui vise à économiser l’énergie de climatisation.Natural cooling mode or "free cooling" This is a major mode of ventilation that aims to save air conditioning energy.
On cherche à rafraîchir la salle sans apport de climatisation, en ouvrant progressivement le débit d’air frais. Le fonctionnement est identique en hiver comme en été. En hiver, on vérifie que l’on ne souffle pas un air trop froid, en diminuant l’apport d’air neuf.We try to refresh the room without air conditioning, gradually opening the flow of fresh air. The operation is identical in winter as in summer. In winter, we check that we do not breathe too cold air, reducing the supply of fresh air.
Pour cela on prend comme ordre le mini de la commande de volet d’air de deux régulateurs asservis à la température ambiante et à la température de soufflage. C’est le mini qui sera comparé au MAX dans le comparateur logique d’ordre supérieur.For this we take as order the mini of the air shutter control of two controllers controlled at the ambient temperature and the blowing temperature. This is the mini that will be compared to the MAX in the higher order logic comparator.
En période de climatisation, ce mode prévaut aussi.During air conditioning, this mode also prevails.
Si CLIM = 0 etIf CLIM = 0 and
Si TRE > TEX et si TRE > TAMIf TRE> TEX and TRE> TAM
On ouvre le registre de mélange en tout air frais.The mixing register is opened in fresh air.
On prend le mini des deux commandes de MAN que l’on compare au MAX de la commande de C02.We take the mini of the two MAN commands that we compare to the MAX of the C02 command.
Voir figures 9 et 10.See Figures 9 and 10.
Pas de commande supplémentaire sur le débit d’air.No additional control on the airflow.
Si CLIM = 1 etIf CLIM = 1 and
Si TRE > TEX et si TRE > TCLIf TRE> TEX and TRE> TCL
Le schéma est identique.The scheme is identical.
La mise en fonctionnement du mode de climatisation ne change rien à ce scénario. Mais on compare dans ce cas la température ambiante à la température de consigne été.Turning on the air conditioning mode does not change this scenario. But in this case we compare the ambient temperature to the summer set temperature.
On peut concevoir la même boucle en « free heating » ce qui signifie que l’on va envoyer un air extérieur plus chaud que celui du local, avant de le chauffer. On remarquera que ce mode déjà assez rare dans un bâtiment normal est ici encore plus exceptionnel car le local monozone est généralement bien isolé et son occupation fait rapidement monter la températureWe can design the same loop in "free heating" which means that we will send an outside air hotter than that of the local, before heating it. It should be noted that this mode, which is already quite rare in a normal building, is here even more exceptional because the single-zone is generally well insulated and its occupation rapidly raises the temperature
Mode de rafraîchissement nocturneNight refresh mode
Fonctionnement en période d’été, uniquement.Operation in summer period, only.
Principe : on enregistre la température extérieure (température de l’air neuf) à 6 heures du matin (minimum théorique de la journée). Si cette température excède une valeur de consigne TRN, on force à titre préventif la ventilation pour rafraîchir la salle jusqu’à ce que la température ambiante soit égale à la température extérieure plus 0.5 °C, avec un maximum de ventilation d’une demi-heure.Principle: we record the outside temperature (fresh air temperature) at 6 o'clock in the morning (theoretical minimum of the day). If this temperature exceeds a set point TRN, ventilation is forced as a precaution to cool the room until the ambient temperature equals the outdoor temperature plus 0.5 ° C, with a maximum ventilation of one half. hour.
Il faut donc vers 6 heures du matin, mettre la CTA hors sommeil, la faire fonctionner en free cooling un peu prolongé puis remettre la CTA en sommeil en attendant son heure de fonctionnement.It is therefore necessary around 6 o'clock in the morning, to put the CTA out of sleep, to make it work in free cooling a little prolonged then to put the CTA dormant while waiting for its hour of operation.
Si CLIM = 1 et TRE > TRN Tant que TRE > TEX + 0.5 HOR 1 VAR = 100% MAN = 100% HOR = 0If CLIM = 1 and TRE> TRN As long as TRE> TEX + 0.5 HOR 1 VAR = 100% MAN = 100% HOR = 0
Mode épuration de l’airAir purification mode
Mode conçu pour les CTA en milieu urbain, particulièrement dans les métropoles disposant d’un système de surveillance de la qualité de l’air.Designed for urban ACTs, especially in metropolitan areas with air quality monitoring.
Le principe est basé sur le fait que la pollution urbaine subit des variations diurnes dues aux fluctuations du transport : les pics sont atteints entre 8 h et 10 h puis entre 17 et 19 h. L’idée est donc de forcer le remplissage d’air des salles en ventilant au maximum pendant une demi-heure, avant les pics de pollution. On laisse ainsi une réserve d’air non polluée dans la salle, en attendant le service.The principle is based on the fact that urban pollution undergoes diurnal variations due to transport fluctuations: peaks are reached between 8 am and 10 am and then between 17 and 19 pm. The idea is to force the air filling rooms by ventilating for a maximum of half an hour, before the peaks of pollution. This leaves a reserve of unpolluted air in the room, while waiting for service.
Les réseaux de surveillance de la qualité de l’air transmettent une prévision pour un indicateur de qualité de l’air au serveur central contrôlant plusieurs systèmes tels que l’automate A. Cet indicateur suit un traitement adéquat. En fonction de celui-ci, un logiciel spécialisé décrète qu’il faut adresser une commande d’épuration de l’air. Cette commande est adressée à l’automate A, via internet ou modem.The air quality monitoring networks transmit a forecast for an air quality indicator to the central server controlling several systems such as PLC A. This indicator follows appropriate processing. According to this one, a specialized software decrees that it is necessary to address an order of purification of the air. This command is sent to PLC A via the internet or modem.
Une méthode plus simple consiste à déclencher la commande « épuration de l'air » en fonction d’un horaire ou d’un calendrier où l’on sait que la qualité de l’air sera dégradée dans la journée.A simpler method is to trigger the "air cleaning" command according to a schedule or schedule where it is known that the quality of the air will be degraded during the day.
Si on est en régime d’épuration d’air la commande est la suivante :If one is in regime of purification of air the command is the following one:
Tant que compteur de fonctionnement < 30 minutes HOR 1 VAR = 100 % MAN = 100 % HOR = 0 L’automate selon l’invention permet l’enregistrement continu des mesures de la qualité d’ambiance qui garantit que la ventilation a toujours été conforme aux prescriptions réglementaires et aux exigences des occupants de la salle. C’est un atout important pour l’obtention d’avis technique ou de certification réglementaire.As operating counter <30 minutes HOR 1 VAR = 100% MAN = 100% HOR = 0 The controller according to the invention allows the continuous recording of measurements of the ambient quality which guarantees that the ventilation has always been in conformity the regulations and the requirements of the occupants of the room. This is an important asset for obtaining technical advice or regulatory certification.
Le paramétrage de la régulation s’effectue à l’issue d’un audit instrumenté entrepris au préalable sur la CTA. Celui-ci est basé sur l’enregistrement de mesures de pression, température, taux de dioxyde de Carbone contenus dans les différents airs gérés par la CTA ainsi que sur des consommations énergétiques relevées. L’audit calcule aussi la rentabilité de l’équipement sur le site. 'The parameterization of the regulation is carried out at the end of an instrumented audit undertaken beforehand on the CTA. This is based on the recording of pressure, temperature, carbon dioxide content measurements in the different airs managed by the CTA as well as on the energy consumption recorded. The audit also calculates the profitability of the equipment on the site. '
Les figures 11 et 12 présentent un résumé synoptique des différents modes de fonctionnement de l’automate selon l’invention. Elles présentent en particulier les étapes successives de chacun de ces modes de fonctionnement selon les consignes appliquées et les variables à prendre en considération.Figures 11 and 12 show a synoptic summary of the different modes of operation of the controller according to the invention. They present in particular the successive steps of each of these operating modes according to the instructions applied and the variables to be considered.
Sur la figure 11, par exemple, sont présentés les séquences et paramètres qui vont commander le Mélange Air Neuf / air extrait (MAN), le variateur étant au minimum. En parallèle, la figure 12 présentent les séquences et paramètres qui vont commander les variateurs (VAR) des ventilateurs, une fois que les consignes imposées ne peuvent plu.s être respectées en jouant uniquement sur le mélange (MAN).In FIG. 11, for example, are presented the sequences and parameters that will control the Mixture Air Fresh / Air Extracted (MAN), the variator being at a minimum. In parallel, Figure 12 shows the sequences and parameters that will control the drives (VAR) of the fans, once the guidelines can not be met by playing only on the mixture (MAN).
La première séquence de la figure 11 (PID1) montre que l’on effectue une mesure de C02. Cette mesure est comparée à la consigne 600-C02max1 à partir de laquelle on commence à jouer sur le sélecteur du registre du mélange MAN. La variable HOR=1 précise que l’automate est en fonctionnement.The first sequence of FIG. 11 (PID1) shows that a CO 2 measurement is carried out. This measurement is compared to the setpoint 600-C02max1 from which one starts to play on the selector of the register of the mixture MAN. The variable HOR = 1 specifies that the PLC is in operation.
Une fois cette consigne dépassée, c'est-à-dire que l’on ne peut plus la respecter en jouant uniquement sur l’ouverture du registre du mélange, on passe alors à la première séquence de la figure 12 (PID2). Dans celle-ci, on mesure le C02 qui doit rester inférieure à C02max1~C02max2.Once this setpoint is exceeded, that is to say that it can no longer be respected by only playing on the opening of the register of the mixture, then we move to the first sequence of Figure 12 (PID2). In this one, the CO 2 must be measured which must remain lower than CO2max1 ~ CO2max2.
Les autres séquences s’interprètent de la même manière en fonction des variables définies et du mode de fonctionnement déterminé de l’automate.The other sequences are interpreted in the same way according to the defined variables and the determined mode of operation of the automaton.
Ci après, on présente un exemple de projet de mise en oeuvre de l’automate selon l’invention.Hereinafter, an example of a project for implementing the automaton according to the invention is presented.
L’automate est destiné à une CTA d’un auditorium.The automaton is intended for a CTA of an auditorium.
Le local est un auditorium de prestige d’une capacité de 160 places. Le débit d’air neuf nominal est de 8 800 m3/h. Le chauffage, la climatisation, le transport de l’air neuf correspondent à une consommation énergétique d’environ 80 MWh / an.The local is a prestigious auditorium with a capacity of 160 seats. The nominal fresh air flow rate is 8,800 m3 / h. The heating, air conditioning, transport of fresh air correspond to an energy consumption of about 80 MWh / year.
L’audit démontre que le taux d’occupation de ce local est faible mais classique pour ce type d'utilisation : 15 %.The audit shows that the occupancy rate of this room is low but classic for this type of use: 15%.
Bilan prévisionnel de l’équipement : - Gain de confort thermique par diminution sensible des débits d’air sous les sièges des auditeurs.Predictive balance of the equipment: - Gain of thermal comfort by significant decrease of the air flows under the seats of the listeners.
- Diminution mesurée de la turbulence de l’air.- Measured decrease in air turbulence.
- Réduction du bruit de ventilation, durant la phase de pénétration dans l’auditorium : 2 à 3 dB acoustiques.- Reduction of ventilation noise, during the phase of penetration in the auditorium: 2 to 3 dB acoustics.
- Température ambiante et qualité sanitaire de l’air non perturbées.- Ambient temperature and sanitary quality of the air undisturbed.
- Gains en énergie : environ 30 MWh thermiques et 8 MWh électriques lissés sur une année.- Energy savings: about 30 MWh thermal and 8 MWh electric smoothed over a year.
Cet essai de mise en oeuvre de l’automate objet de l’invention a donné les résultats illustrés par la figure 13 lors d’une assembléeThis test of implementation of the automaton object of the invention gave the results illustrated by FIG. 13 during an assembly
Cette figure 13 comporte plusieurs courbes tracées suivant un système d’axes rectangulaires comportant, en abscisse, le temps exprimé en heures, et en ordonnées, sur l’axe vertical de droite, l’échelle de température en °C dont les graduations servent également comme pourcentage d’énergie consommée, et, sur l’axe vertical de gauche, la teneur en C02 de l’air exprimée en ppm.This FIG. 13 comprises several curves plotted according to a system of rectangular axes comprising, on the abscissa, the time expressed in hours, and on the ordinate, on the vertical axis of the right, the scale of temperature in ° C whose graduations also serve as a percentage of energy consumed, and, on the left vertical axis, the CO2 content of the air expressed in ppm.
La température, maintenue à 21 °C est tracée en trait plein fin. La mesure de C02, tracée en pointillé exprime la qualité de l’air (le seuil réglementaire est 1000 ppm). L’énergie consommée, exprimée en pourcentage de l’énergie utilisée sans l’équipement est tracée en gras : la dépense d'énergie est adaptée aux variations d’assistance.The temperature, maintained at 21 ° C is plotted in full line. The CO2 measurement, drawn in dashed lines, expresses the quality of the air (the regulatory threshold is 1000 ppm). The energy consumed, expressed as a percentage of the energy used without the equipment is plotted in bold: the energy expenditure is adapted to the variations of assistance.
Sur certains sites, l’économie d’énergie réalisée devrait permettre d’amortir l’équipement en moins de 6 mois.At some sites, the energy savings achieved should allow the equipment to be depreciated in less than 6 months.
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