ameliorer la production d`eau chaude sanitaire

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GUIDE PRATIQUE POUR LA CONSTRUCTION ET LA RENOVATION DURABLES DE PETITS BATIMENTS
- RECOMMANDATION PRATIQUE ENE20 -
AMELIORER LA PRODUCTION D’EAU CHAUDE
SANITAIRE
Chauffer, distribuer et puiser de l’eau chaude sanitaire en tenant compte du profil de
puisage, du confort et de l’efficacité énergétique de l’installation
PRINCIPES
CONTEXTE
Dans un immeuble de logements, la consommation énergétique liée à la production d’eau
chaude sanitaire (ECS) est de l’ordre de 10 à 20% de la consommation d’énergie du bâtiment.
Mais l’enjeu de l’eau chaude sanitaire ne se limite pas à la consommation énergétique
nécessaire à sa production et sa distribution. Rationaliser la consommation d’eau chaude c’est
aussi préserver les réserves d’eau potable.
OBJECTIF
Minimum
La première économie d’énergie que l’on peut réaliser en matière d’eau chaude sanitaire est
d’en limiter la consommation. A l’économie d’énergie vient alors s’ajouter l’économie d’eau
potable. On limitera la consommation d’eau chaude par :
o
o
o
le choix judicieux des points de puisage à alimenter en eau chaude et de leur position
géographique par rapport à la production,
le choix d’organes de puisage économes (à faible débit),
la prévention des fuites.
Les aspects visant à limiter la consommation de l’eau sont abordés plus en détail dans une
fiche spécifique « Faire un usage rationnel de l’eau » (lien en fin de fiche). Cette fiche-ci se
concentre sur les aspects énergétiques de la production d’eau chaude sanitaire.
Conseillé
L’objectif est d’ensuite produire l’eau chaude sanitaire nécessaire avec le meilleur rendement et
le moins d’émissions de polluants. L’impact environnemental minimal sera obtenu par :
o
o
o
o
o
Le choix du lieu de production de l’ECS le plus central possible.
Le choix de production de chaleur à haut rendement comme les systèmes gaz à
condensation,
La limitation des volumes de stockage et leur très bonne isolation,
La limitation des boucles de distribution et leur bonne isolation,
Le recours éventuel à une source d’énergie renouvelable, comme le solaire ou la
biomasse.
Cependant, concrètement le choix du système de production d’eau chaude restera souvent un
compromis entre l’investissement à consentir, l’efficacité énergétique et le confort de puisage
souhaité. Il dépendra aussi fortement du choix du système de chauffage. Par exemple, se
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- RECOMMANDATION PRATIQUE ENE20 -
chauffer avec une pompe à chaleur, impose quasiment l’électricité pour la production sanitaire
sachant que les pompes à chaleur dimensionnées pour le chauffage des locaux ne peuvent
produire d’eau à haute température.
Si le chauffage est assuré par une chaudière à condensation, la tendance sera de profiter de
cette technologie performante pour y combiner la production sanitaire. Il en ira de même dans
le cas d’une chaudière bois.
ELEMENTS DE CHOIX
ASPECTS TECHNIQUES
> Les points de puisage faibles consommateurs d’eau chaude
Une robinetterie à faible débit, capable d’optimiser rapidement la température désirée (mitigeur
thermostatique par exemple) et de contrôler le puisage en fonction de la présence de
l’utilisateur (bouton poussoir pour des douches publiques par exemple) seront privilégiés.
Il est également conseillé d’éviter les robinets mitigeurs risquant de rester inutilement en
position chaude. On leur préfèrera des robinets mélangeurs.
Il existe également des robinets à blocage limitant le débit par paliers pour n’utiliser que le débit
d’eau nécessaire à l’usage du moment.
Les autres moyens de limiter la consommation d’eau chaude ou froide sont décrits en détail
dans une fiche spécifique.
> Production centralisée ou locale ? Impacts architecturaux et techniques
Pour limiter les pertes de distribution, on positionnera la production à proximité des points de
puisage idéalement regroupés. Une solution, dans le logement, est la superposition des
cuisines et des salles de bain.
En présence de points de puisage isolés et éloignés, on privilégiera une production
décentralisée près de ceux-ci pour éviter une grande boucle de distribution pour quelques
utilisateurs. Les préparateurs modulants au gaz type « ventouse » permettent cette approche et
donnent de bons résultats en terme de rendement de production utile et de confort.
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RECOMMANDATION PRATIQUE ENE20
> Production combinée ou pas avec la chaudière du chauffage central ? Impacts
architecturaux et techniques
Si la puissance nominale en eau chaude sanitaire représente moins de 30 % de la puissance
d'un module de la production de chaleur pour le chauffage du bâtiment, le concepteur
envisagera l'installation d'une production dédicacée (c'est-à-dire spécifique à l’eau chaude
sanitaire et indépendante de l’installation de chauffage) au chauffage de l'eau chaude sanitaire.
Cette solution est cependant plus chère en investissement initial.
Lorsque la chaudière du chauffage central est utilisée pour la production d’eau chaude, il faut
être attentif à ne pas détériorer les performances de la chaudière en produisant de l’eau à haute
température. Cela est possible par un choix adéquat de système. Par exemple, on peut choisir
(pour les puissances moyennes) une chaudière à condensation à 2 retours, un retour à basse
température pour le circuit de chauffage et un circuit à haute température pour le ballon
sanitaire.
Dans le cas d’une production combinée avec un préparateur instantané (par exemple,
chaudière murale), il est possible d’exploiter la condensation à partir de l’eau chaude sanitaire
en choisissant une chaudière avec un échangeur sanitaire surdimensionné (par exemple,
travaillant avec une température de retour de l’ordre de 45°C). La régulation du système
comprendra une « priorité sanitaire » n’entraînant la remontée en température de la chaudière
qu’en cas de demande d’eau sanitaire.
ASPECTS ENVIRONNEMENTAUX
> Vecteur énergétique
Pour le choix du vecteur énergétique, on évitera les préparateurs électriques (rendement des
centrales médiocres et prix du kWh élevé) sauf dans le cas de points de puisage isolés et
consommant très peu d’eau chaude ; alors on pourra envisager des petites productions
électriques équipés d’un petit réservoir (kitchenette pour laver une tasse de café par exemple).
Dans le cas de telles poches électriques (5 à 10-15 litres d’eau maximum), une horloge locale
minimisera les périodes de maintien en température et donc les pertes d’énergie. Ces mini
ballons sont en effet souvent moins bien isolés que les grands ballons.
En terme de combustible fossile, le gaz permet de réduire, à consommation énergétique
équivalente, une réduction de l’émission de CO2 de 20% par rapport au fuel.
Quand aux panneaux solaires thermiques, ils sont bien entendu conseillés dans le cadre d’une
démarche d’architecture durable. On compte en général que l’appoint solaire peut couvrir entre
30 à 50 % des besoins d’eau chaude sanitaire. Pour plus de détails, on se réfèrera à la fiche de
conception des appoints solaires.
> Impact énergétique du stockage
Dans le tableau qui suit, les chiffres de rendement saisonnier que propose le VITO (Vlaamse
Technologisch Onderzoek) dans le cadre d'un diagnostic d'une installation domestique
(programme SAVE BELAS) permettent de mesurer l’impact du stockage ou non de l’eau
chaude sanitaire. On observe que :
o Le choix d’une production instantanée, combinée ou pas avec une chaudière gaz pour
le chauffage offre le meilleur rendement (90 %) de part l’absence des déperditions dues
au stockage.
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RECOMMANDATION PRATIQUE ENE20
o
o
Les accumulateurs gaz donnent de moins bonnes performances que les systèmes
instantanés de part la présence de déperditions de stockage (69 à 83 %).
Le choix d’un ballon de stockage combiné avec une chaudière donne un rendement
compris entre 41 et 83 %. Le meilleur rendement étant atteint pour la combinaison
d’une nouvelle chaudière avec un ballon de stockage partageant la même enveloppe
bien isolée (10 cm) et régulant par température glissante (température de l’eau de
chauffage régulée en fonction de la température extérieure pour le chauffage).
Rendement
Epaisseur
d’isolant
du ballon
Ancienne
chaudière
à T°
constante
Ballon
nouvelle
combiné à une
chaudière
chaudière (1
à T°
enveloppe
constante
commune)
nouvelle
chaudière
à T°
glissante
Ancienne
chaudière
à T°
constante
Ballon
nouvelle
combiné à une
chaudière
chaudière (2
à T°
enveloppes
constante
distinctes)
nouvelle
chaudière
à T°
glissante
Instantané gaz (combiné ou
non avec le chauffage) avec
allumage électronique
2,5 cm
5 cm
10 cm
46 %
52 %
56 %
61 %
69 %
74 %
69 %
78 %
83 %
41 %
48 %
54 %
54 %
64 %
72 %
61 %
72 %
81 %
90 %
90 %
90 %
Accumulateur gaz
69 %
78 %
83 %
Accumulateur électrique
76 %
(29% en
énergie
primaire)
78 %
(33% en
énergie
primaire)
93 %
(35% en
énergie
primaire)
Calcul réalisé sur base des hypothèses suivantes : demande annuelle d'ECS : 43 litres/pers.jour à 40°C
pour une famille de 4 personnes, volume de stockage éventuel de 150 litres et rendement moyen de la
production d'électricité en Belgique : 0,38
Signalons également pour les chauffe-eau et chauffe-bains au gaz l’intérêt d’une veilleuse non
permanente au niveau des consommations d’énergie. Celles-ci sont d’autant plus importantes
que la consommation d’eau chaude est peu importante.
Enfin l’emplacement du ballon permet le cas échéant de récupérer les pertes hivernales via la
jaquette. C’est le cas par exemple du ballon dans un coin cuisine. Dans la mesure ou le
radiateur de ce local est thermostatisé, les pertes du ballon constituent un appoint de chauffage
valorisé pendant la saison de chauffe (environ 250 jours par an)
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ASPECTS ECONOMIQUES
> Coût de l’eau chaude sanitaire
Quelques ordres de grandeur :
o
o
o
1 litre d’eau chaude à 40°C, coûte de 0,2 à 0.45 c € en énergie (gaz ou fuel, selon
l’efficacité du système de production) et 0,3 c€ en eau, soit 0,5 à 0,75 c€ en tout.
Une douche de 5 minutes avec un pommeau économique entraîne une consommation
d’eau chaude de 40 litres, de gaz de 1,7 kWh et une facture totale (eau comprise) de
20 c€. En comparaison, un bain de 100 litres sera responsable d’une consommation de
gaz de 4,2 kWh et d’une facture de 50 c€.
Un lave-vaisselle performant entraîne une consommation de l’ordre de 8 à 15 litres
d’eau chaude contre une quarantaine de litre pour une vaisselle équivalente à la main
(mais la comparaison du coût et de l’impact environnemental doit tenir compte de
l’efficacité des deux systèmes de production, toujours électrique pour le lave-vaisselle,
idéalement solaire et souvent gaz pour l’eau du robinet…)
> Points de puisage
Des points de puisage économe en eau peuvent avoir un surcoût mais ce n’est pas toujours le
cas. Par exemple, une douche ne coûte pas forcément plus cher qu’une baignoire ou ne pas
alimenter certains lavabos en eau chaude constitue une économie. La rentabilité d’un système
par rapport à un autre doit tenir compte du coût de l’énergie mais aussi de l’eau.
> Systèmes
Sur le plan de l’investissement :
o la centralisation de la production d’ECS et sa combinaison au système de chauffage est
souvent économiquement intéressante par rapport à l’addition de systèmes de
production décentralisés. Néanmoins, à terme les consommations énergétiques
peuvent être plus importantes. Chaque projet de conception est presque un cas unique
et il est donc difficile d’évaluer le temps de retour simple sur l’investissement.
o la production ou la préparation instantanée est moins onéreuse au niveau
investissement que celle à accumulation. Elle est aussi à priori moins chère en terme
de consommation (de part le meilleur rendement), mais peut poser des problèmes de
confort.
> Distribution
Plus les circuits de distribution sont importants plus les déperditions le sont aussi et, par
conséquent, les coûts d’exploitation. L’isolation de toutes les surfaces déperditives a un temps
de retour simple inférieur à un an. La boucle de distribution doit être isolée même au sein du
bâtiment (en été, la perte de chaleur des conduites ne peut profiter au chauffage du bâtiment).
Voici deux exemples :
o
o
un ballon de 300 litres isolé par 5 cm de laine minérale perd 760 kWh par an (environ
38 €/an). Avec 10 cm d’isolation, la perte est de 390 kWh par an (environ 20 €/an)
1 m de boucle de distribution de 1’’ (1 pouce = diamètre de 34 mm ou DN 25) non
isolée perd 374 kWh par an (le coût de la perte est égale à environ environ 20 €/an). La
conduite étant isolée (isolant de lambda = 0.04 W/m.K et de 2 cm d’épaisseur), la perte
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énergétique n’est plus que de 100 kWh par an et représente un gain financier de l’ordre
de 15 €/an.
ASPECTS SOCIAUX ET CULTURELS
> Revoir les mentalités
A-t-on toujours besoin d’eau chaude ? La pertinence de certains points de puisage d’eau
chaude doit être étudiée. Par exemple, l’eau chaude n’est, a priori, pas nécessaire dans les
lavabos de sanitaires (privés ou publics). On pourrait ainsi remettre en question certaines
applications « traditionnelles » de l’eau chaude, comme par exemple, l’entretien des sols.
> Et la santé ?
A l’heure actuelle, les problèmes de légionelles doivent être pris en compte dès la conception
de l’installation de production d’eau chaude, à savoir :
o
o
o
Production et stockage de l’eau chaude sanitaire : la légionelle ne résiste pas aux
températures élevées. Votre système de production d’eau chaude doit donc fournir de
l’eau à 60° en permanence. Privilégiez aussi la pro duction instantanée. Si vous devez
stocker l’eau chaude, optez pour des ballons facilement accessibles et visitables pour
en simplifier l’entretien.
Au niveau de la distribution : les eaux stagnantes constituent le cadre de prolifération
idéal des légionelles. Veillez donc à concevoir votre réseau de distribution selon les
règles de bonne pratique en vigueur :
• Optez pour du matériel limitant le risque de formation d’un biofilm et résistant à
la corrosion (privilégiez notamment le cuivre plutôt que l’acier galvanisé).
• Veillez à mettre en place un circuit de bouclage sur le réseau d’eau chaude
sanitaire. Celui-ci maintiendra l’eau à 50-55° jusq u’aux points d’usage.
• Assurez-vous, en revanche, que la température de vos réseaux d’eau froide ne
dépasse jamais 25°.
• Calorifugez vos installations et supprimez tous les bras morts : vous
économiserez de l’énergie tout en limitant le risque de développement de la
légionelle.
• Equipez votre réseau d'un dispositif de mesure de la température permettant
un contrôle simple aux points sensibles.
• Prévoyez des dispositifs de purge aux endroits critiques.
Aux points d’usage : Mitigez l’eau le plus près possible du point d’usage (température
maximale de 40°) et équipez de préférence vos douch es de robinets thermostatiques.
> Et le confort ?
Le confort recouvre plusieurs aspects :
o
o
o
La stabilité de la température d’eau souhaitée, qui est à mettre en relation avec la
qualité de la régulation propre du producteur d’eau chaude sanitaire
Le temps d’attente, qui ne peut être évalué que pour un point de puisage déterminé et
non une installation complète. Il est à mettre en relation avec la géométrie de la
distribution entre la production d’eau chaude et le point de puisage considéré. Un
temps d’attente trop long a comme corollaire le rejet d’une certaine quantité d’eau
froide ou tiède à l’égout, sans aucune utilité. Le gaspillage écologique est évident. Le
temps d’attente doit également être critiqué en fonction du point de puisage. Par
exemple, pour une baignoire où l’utilisateur désire par exemple 90 litre d’eau à 39°C,
s’il faut faire couler 12 litre d’eau non-chaude, il ne faut pas les gaspiller et ils se
mélangeront aux 78 litres d’eau suivants à un peu plus de 40°C. Il en va tout autrement
d’un lavabo où il est désiré ½ litre d’eau à 35°C.
La non-obtention de la température (indépendamment du temps) : il s’agit d’une
manque de puissance lorsqu’il y a plusieurs puisages simultanés alimentées sur la
même production d’eau chaude sanitaire.
En terme de confort, le stockage partiel ou total est le mieux adapté à un puisage discontinu (la
plupart des cas). En effet, servant de tampon, il élimine les fluctuations de température liées au
temps de réaction de la production.
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A l’opposé, les systèmes instantanés (intégrés à une chaudière, via un échangeur à plaques,
…), généralement moins chers peuvent, eux, présenter des fluctuations de température lorsque
le débit de puisage varie. Cependant, les points de puisage équipés de robinet thermostatique
peuvent quant à eux réduire les fluctuations de température pour autant qu’elles ne soient pas
trop brusques. Les systèmes instantanés de type domestique s’améliorent en termes de confort
grâce par exemple à des mini-réserves et la modulation du brûleur.
ARBITRAGE
Comme déjà évoqué plus haut, plus que jamais en eau chaude sanitaire, chaque projet est un
cas particulier. D’autant que les arguments ci-dessus poussent parfois à des choix différents.
Les tableaux ci-dessous synthétisent les différents arguments, afin de guider vers un choix de
système adapté au cas étudié.
Facilité
technique
Environnement
Coût
investissement
Coût
exploitation
Confort
Production
centralisée
si bonne
isolation du
ballon
si bonne
isolation du
ballon
Production
décentralisée
☺
☺
Facilité
technique
En
combinaison
avec le
chauffage
Sans
combinaison
avec le
chauffage
Environnement
Coût
investissement
Coût
exploitation
Confort
☺
Combiner si la
puissance « eau
chaude » > 30% de
puissance «
chauffage »
Coût
investissement
Coût
exploitation
Obtention
t°
Environnement
Temps
d’attente
Facilité
technique
Stabilité t°
Confort
☺
☺
☺
Ballon de
stockage
en gaz
ou fuel
☺ si
électrique
tarif de nuit
Production
instantanée
☺
☺
☺
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DANS LA PRATIQUE
Des mesures doivent être prises aux différentes phases de développement et de réalisation du
projet :
PROGRAMMATION
o
o
le nombre de points de puisage doit être rationnalisé en fonction des besoins tout en
rappelant que les lavabos dans les sanitaires communs ne nécessitent pas
nécessairement d’eau chaude ;
…
ESQUISSE
o
o
o
o
Si le chauffage associé à la production d’ECS est au bois : Prévoir un volume de
stockage suffisant et accessible par un camion souffleur
Si le chauffage associé à la production d’ECS est une pompe à chaleur : Vérifier que
l’on dispose d’une surface de terrain disponible pour l’installation des capteurs enterrés
c.à.d. environ deux fois la surface à chauffer.
On envisagera la possibilité de placer des capteurs solaire comme préchauffage
(orientation des toitures, encombrement en chaufferie, …) ;
…
AVANT-PROJET
o
o
o
o
o
On détermine les besoins et le profil de consommation dans le bâtiment (coefficient de
foisonnement, débit moyen par point de puisage, …) ;
En fonction des besoins, on détermine le système adéquat tel que centralisé ou pas,
instantané ou à accumulation, …
Pour les installations de logement collectif, le prédimensionnement de l’installation
solaire sera réalisé au moyen d’un logiciel adéquat, par exemple le QuickScan ;
Attention à la dureté de l’eau : il faudra peut-être prévoir un adouciseur ;
…
PROJET D’EXECUTION, DOSSIER POUR LE PERMIS D’URBANISME
o
o
o
Un cahier des charges type dédié aux installations d’eau chaude sanitaire est
disponible sur énergie+ ou sur le site de Bruxelles Environnement
Un autre, rédigé à la demande de Bruxelles Environnement, peut être trouvé sur le site
de Sibelga ou de Bruxelles Environnement
Dans le cas d’une installation de capteurs solaires, celle-ci n’est plus soumise à un
permis d’urbanisme si :
• Elle est incluse dans un pan de toiture (pente < 45°C) ;
• elle représente moins de 20% de la surface de la toiture ;
• le bien ne bénéficie pas de mesures de protection ou n’est pas dans le
périmètre de protection d’un bien classé. Il est néanmoins judicieux de s’en
assurer auprès du service d’urbanisme de sa commune.
ENTRETIEN-EXPLOITATION
o
o
o
Outre l’entretien de la production d’ECS (chaudière), il faudra être vigilant au niveau du
contrôle de l’entartrage du préparateur (soit le serpentin d’un ballon de stockage, soit
les plaques d’un échangeur instantané);
Pour se prémunir contre le risque de prolifération des légionelles :
• Prévoir au niveau de l’ECS de travailler à des températures au –dessus de
55°C ;
• Assurer un flush de température hebdomadaire, à savoir une augmentation de
la température des boilers pour atteindre 60°C pend ant 30 minutes ou 70 °C
durant 4 minutes. La plupart des régulateurs de chaudières modernes prévoit
une programmation des « flush ».
Un plan de gestion est un outil de prévention et d’action précieux qu’il est intéressant
de mettre en place dès la réception provisoire de l’installation :
• une description des installations sous forme de schéma ou de plan
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•
•
une analyse des risques par la détermination des points sensibles et des
appareils présentant un risque potentiel.
…
DEMOLITION-MODIFICATION
o
Les circuits de distribution d’ECS sont souvent modifiés au cours de la vie de
l’installation. Dans le souci d’éviter le développement de foyer de légionelles et les
déperditions énergétiques, on éliminera tous les « bras morts » ; c'est-à-dire les
portions de l’installation où l’eau est susceptible de se refroidir et surtout de stagner. De
plus tout nouveau circuit sera directement isolé thermiquement.
INFORMATIONS COMPLEMENTAIRES
AUTRES ELEMENTS A GARDER A L’ESPRIT
Voici une liste de fiches dont les thématiques croisent celles de la production d’eau chaude
sanitaire :
o
o
o
o
EAU02 - Faire un usage rationnel de l’eau
ENE14 - Choisir le meilleur mode de production de chaleur
ENE19 - Envisager un chauffe-eau solaire
CSS11 – Limiter les sources de pollution intérieure : biocontaminants
BIBLIOGRAPHIE
Informations générales sur la préparation solaire de l’ECS
o Guide conseil pour la conception durable et énergétique des logements collectifs :
• en version papier auprès de Bruxelles-Environnement ;
• en version électronique sur le site www.bruxellesenvironnement.be
o
Energie+ : www-energie.arch.ucl.ac.be/
o
Apere : association pour la promotion des énergies renouvelables. www.apere.org
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RECOMMANDATION PRATIQUE ENE20
o
o
o
Bruxelles Environnement : www.bruxellesenvironnement.be
Le Centre Urbain
www.energiesparen.be
Informations techniques sur la préparation solaire de l’ECS
o NIT 212, Code de bonne pratique pour l’installation des chauffe-eau solaires, CSTC
o Cahier des charges type « Solaire thermique », disponible sur le site de Bruxelles
Environnement – IBGE : www.bruxellesenvironnement.be, répertoire Entreprises /
Energie / Energie renouvelable / Outils
o Outil QuickScan, disponible dans Energie+ : http://www-energie.arch.ucl.ac.be, section
Eau Chaude Sanitaire / Calculs / Quick Scan Logement Collectif
Informations générales sur les primes à l’énergie solaire en RBC :
o Bruxelles Environnement - IBGE : www.bruxellesenvironnement.be
o Le Centre Urbain asbl : www.curbain.be
o Sites des différentes administrations communales
o Sibelga : www.sibelga.be
o
o
o
Les réductions d’impôts fédérales pour particuliers :
http://mineco.fgov.be/energy/rational_energy_use/tax_reductions/home_fr.htm
Les réductions d’impôts fédérales pour entreprises :
http://mineco.fgov.be/energy/rational_energy_use/tax_reductions/home_enterprises_fr.
htm
Tecsol : société française assurant la promotion de l’énergie solaire. www.tecsol.fr
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