Installazione di un sistema solare – procedura passo dopo passo

Il sistema solare per il riscaldamento dell'acqua rientra tra gli investimenti per i quali è conveniente sapere esattamente cosa si acquista e come apparirà in tettoia e nella stanza tecnica. Mentre per la caldaia o la pompa di calore la maggior parte delle famiglie si immagina un unico apparecchio, l'installazione solare è sempre la somma di diversi componenti – collettori solari in tettoia, bollitore per acqua calda sanitaria, unità di pompaggio, unità di regolazione e tubazioni di collegamento tra di loro. Ogni uno di questi componenti ha una funzione specifica e l'installazione segue un ordine logico che può essere diviso in passaggi chiari.

In questo articolo passeremo in rassegna l'installazione del sistema solare per il riscaldamento dell'acqua calda sanitaria passo dopo passo, esattamente nell'ordine in cui si realizza in cantiere: dalla scelta e fissaggio dei collettori, al posizionamento delle tubazioni, al collegamento del bollitore, all'installazione dell'unità di pompaggio e di regolazione, fino al riempimento del circuito e al collaudo. L'obiettivo è che Lei capisca perché ogni passo viene effettuato in quell'ordine e a cosa prestare attenzione in ogni fase – indipendentemente dal fatto che l'installazione venga affidata a un'azienda specializzata o che Lei desideri solo verificare che sia stata eseguita correttamente.

È importante chiarire fin dall'inizio anche cosa il sistema solare non riesce a fare. Non è un sostituto del principale generatore di calore – caldaia o pompa di calore – ma un complemento. Può coprire al massimo il fabbisogno di riscaldamento dell'acqua calda sanitaria nei mesi estivi, quando c'è sufficiente irraggiamento solare e le temperature esterne sono elevate. Per il riscaldamento degli ambienti in inverno o per la copertura completa del riscaldamento dell'acqua durante l'intero anno non si può contare esclusivamente su di esso. Su questo argomento si trova un articolo separato Riscaldamento solare come complemento alla caldaia, in cui troverà un confronto più dettagliato con il generatore principale di calore.

Cos'è il sistema solare per il riscaldamento dell'acqua e da cosa è composto

Il sistema solare per il riscaldamento dell'acqua, più precisamente l'installazione solare a circolazione forzata, è composta da quattro parti fondamentali. La prima sono i collettori solari installati in tettoia o in un'altra superficie esposta al sole, che catturano l'irraggiamento solare e riscaldano il fluido termovettore – una miscela di acqua e di un liquido antigel, resistente al gelo e alle alte temperature nel circuito. La seconda parte è il bollitore per acqua calda sanitaria con scambiatore di calore, in cui il calore dai collettori viene trasmesso all'acqua sanitaria. La terza è l'unità di pompaggio, che garantisce la circolazione del fluido termovettore tra i collettori e il bollitore, e la quarta è l'unità di regolazione, che decide in base alle temperature quando deve funzionare la pompa.

Queste quattro parti sono collegate da tubazioni che partono dai collettori in tettoia fino alla stanza tecnica, dove si trova il bollitore e l'unità di pompaggio. L'intero circuito è chiuso e a pressione, simile a un circuito di riscaldamento tradizionale, e ha il proprio vaso di espansione, che compensa la dilatazione volumetrica del fluido alle alte temperature sui collettori.

È importante avere aspettative realistiche: il sistema solare completa il generatore principale di calore, non lo sostituisce. In pratica, significa che nei mesi estivi riesce a coprire una grande parte, spesso la maggior parte del fabbisogno di riscaldamento dell'acqua calda sanitaria in una famiglia, ma fuori stagione, quando c'è meno luce solare e le temperature sono più basse, il riscaldamento deve essere assunto dalla caldaia o da un'altra fonte di calore connessa al secondo scambiatore nel bollitore solare. Se Lei non è sicuro del tipo di installazione e della grandezza del bollitore adatti alla sua casa, un confronto più semplice si trova nell'articolo Come scegliere il sistema solare per il riscaldamento dell'acqua.

Passaggi principali dell'installazione del sistema solare, dalla scelta dei collettori fino al collaudo.

Passo 1: Scelta del tipo di collettori – piani o a vuoto

La prima decisione che influenzerà l'intera installazione successiva è la scelta del tipo di collettore. Sul mercato si incontrano comunemente due tipi – collettori piani e collettori a vuoto (a tubi) – e ciascuno ha diversi requisiti per il fissaggio, lo spazio e il budget.

I collettori piani hanno una superficie assorbente coperta da vetro temperato, posizionata in un telaio isolato in alluminio. Questa costruzione li rende più resistenti meccanicamente – sopportano meglio, ad esempio, la grandine o lo stress meccanico durante l'installazione – e al contempo sono economicamente più accessibili. Per il riscaldamento dell'acqua calda sanitaria nelle condizioni dell'Europa centrale in genere sono sufficienti e in pratica rappresentano il tipo di collettore più scelto per le case unifamiliari.

I collettori a vuoto, rispettivamente a tubi, funzionano su un principio diverso – l'assorbitore è chiuso in una tubatura di vetro a vuoto, che riduce notevolmente le perdite di calore nell'ambiente. Per questo raggiungono un rendimento più alto soprattutto alle basse temperature esterne e con una minore intensità dell'irraggiamento solare, quindi tipicamente in primavera, in autunno o in giorni nuvolosi. Questo vantaggio ha però un prezzo – i collettori a vuoto sono più costosi e fragili, il che si riflette anche sui requisiti per l'installazione e in caso di assistenza tecnica.

I collettori piani sono più economici e resistenti, mentre quelli a vuoto raggiungono un rendimento maggiore a temperature più basse.

La scelta tra i due tipi dovrebbe basarsi soprattutto su quanto periodo di utilizzo si prevede per il sistema – riscaldamento estivo esclusivo dell’acqua calda sanitaria, oppure per un periodo il più lungo possibile durante l’anno – e dal budget disponibile. Un confronto dettagliato tra i due tipi è disponibile nell’articolo Collettori solari piani vs. a vuoto, dove troverà anche le differenze tecniche ulteriori.

Passo 2: Progettazione del fissaggio e installazione dei collettori sul tetto

Una volta scelto il tipo di collettore, segue uno dei passaggi più importanti dell’installazione – il fissaggio sul tetto o su un’altra struttura. I collettori vengono fissati con una struttura di montaggio specializzata, che si sceglie in base al tipo di tetto e che deve corrispondere esattamente alle dimensioni del modello specifico del collettore. Non esiste una struttura universale adatta a tutto – per questo motivo, i kit di montaggio vengono venduti sempre come parte integrante del tipo specifico di collettore e del tetto.

Sui tetti inclinati il fissaggio varia anche in base al tipo di copertura – si utilizza un sistema di fissaggio diverso per tegole, un altro per coperture in lamiera e un altro per coperture in legno. Ganci o supporti vengono fissati alla trave della struttura del tetto, non solo alla copertura, in modo da sostenere il peso del collettore e il carico del vento e della neve durante l’intera vita del sistema.

Sui tetti piani la situazione è diversa – il collettore deve essere inclinato ad un angolo appropriato, perché un pannello disposto orizzontalmente non raggiungerebbe un rendimento sufficiente e inoltre su di esso potrebbero rimanere per lungo tempo acqua e sporco. Si utilizza comunemente un’inclinazione regolabile di almeno 15°, che si sceglie tra l’altro anche per il lavaggio automatico – l’acqua piovosa a questa inclinazione riesce a pulire la polvere e lo sporco dal collettore, aiutando a mantenere il rendimento del sistema senza la necessità di pulizie frequenti a mano. Esattamente per questo tipo di installazione è destinato un kit di montaggio specifico:

Nell’installazione su parete o direttamente a terra (ad esempio su una struttura autonoma nel giardino) vale un principio simile – la struttura deve essere dimensionata per il tipo specifico e le dimensioni del collettore e deve tener conto anche del carico climatico locale, quindi vento e neve. Per ulteriori dettagli sulle differenze tra i vari tipi di tetti si veda l’articolo Fissaggio dei collettori – tetto inclinato, tetto piano, parete.

Una volta che la struttura è fissata in modo sicuro e verificata la sua capacità di sostenere il peso e il carico durante l’intero anno, si installano i collettori stessi. Questo passo si esegue sempre prima del posizionamento dei tubi, perché la posizione precisa del collettore determina da dove e in quale direzione i tubi partiranno dal collettore verso la stanza tecnica.

Passo 3: Distribuzione dei tubi tra collettore e stanza tecnica

Dopo il fissaggio dei collettori segue uno dei passaggi più impegnativi in termini di tempo – la connessione dei collettori con la stanza tecnica, dove si trova il serbatoio e l’unità pompa. Per questa distribuzione si utilizzano in pratica due approcci.

Il primo è il tubo in rame o in acciaio inox, che si unisce con saldatura o giunzioni a pressione e successivamente si isola con un rivestimento termoisolante resistente alle alte temperature e agli agenti atmosferici. Questo metodo è collaudato e flessibile per tracciati non standard, ma l’installazione richiede più tempo, perché l’isolamento deve essere fatto a mano sul tetto e nella cisterna di installazione.

Il secondo, sempre più popolare, è il tubo flessibile pre-isolato 2 in 1, che ha entrambi i tubi, di alimentazione e di ritorno, integrati in un unico rivestimento flessibile e già termoisolato. Grazie al fatto che l’isolamento è parte integrante del tubo fin dalla produzione, si riduce notevolmente il tempo di installazione – l’installatore non deve isolare i tubi in modo aggiuntivo sul tetto o nella cisterna, basta far passare il tubo lungo il tracciato preparato e collegarlo alle due estremità.

Direttamente sul collettore, nel punto in cui il tubo flessibile o il tubo classico si collega all’ingresso e all’uscita del collettore, si utilizza spesso un breve tratto di tubo in acciaio inox flessibile, comunemente chiamato tubo a onde. Questo tipo di tubo è abbastanza flessibile grazie alla sua struttura ondulata, in modo da compensare piccole dilatazioni e imprecisioni durante l’installazione, e al contempo è resistente alle alte temperature che il fluido termico nel circuito del collettore solare raggiunge comunemente, soprattutto nei mesi estivi con irraggiamento solare massimo.

Indipendentemente dal tipo di tubo scelto, vale la regola che la tratta dovrebbe essere il più breve possibile e con il minor numero di curve, perché ogni metro di tubo e ogni giunzione rappresenta una potenziale perdita di calore e un punto potenziale di perdita. Le relazioni tecniche più dettagliate sulla distribuzione e il funzionamento dei tubi in acciaio inox a onde sono trattate nell’articolo Tubazioni solari e tubi in acciaio inox a onde – come funzionano.

Passo 4: Collegamento del serbatoio solare

Intanto che i tubi vengono posati dal tetto alla stanza tecnica, si prepara anche il serbatoio, in cui il calore dei collettori verrà consegnato. A prima vista, il serbatoio solare assomiglia a un normale scaldabagno elettrico, ma ha una differenza fondamentale – contiene almeno uno scambiatore di calore, che è collegato esattamente al circuito solare. Nella maggior parte dei casi, il serbatoio ha anche un secondo scambiatore, destinato al riscaldamento supplementare da caldaia o da un’altra fonte di calore, quando l’irraggiamento solare non è sufficiente per raggiungere la temperatura desiderata dell’acqua.

Il principio di riscaldamento è indiretto: il fluido termovettore dal circuito solare circola separatamente, in un circuito chiuso, e mai entra in contatto diretto con l'acqua calda sanitaria nel bollitore. Il calore viene trasmesso esclusivamente attraverso la parete dello scambiatore. Questo isolamento è importante sia da un punto di vista igienico (l'acqua calda sanitaria, che utilizzerete successivamente per il bagno o per il lavaggio, non si mescola con la miscela antigel nel circuito solare), sia perché permette al circuito solare di avere una pressione e dei parametri operativi diversi rispetto al circuito dell'acqua calda sanitaria.

Alla installazione del bollitore è importante collegare correttamente lo scambiatore inferiore al circuito solare (di norma è posizionato costruttivamente più in basso, poiché il fluido riscaldato dal collettore scorre dall'alto verso il basso attraverso lo scambiatore) e lo scambiatore superiore o secondario al circuito di riscaldamento del boiler, se presente. Lo scambio dei collegamenti ridurrebbe l'efficacia del trasferimento di calore e potrebbe causare che il sistema non funzioni come progettato. Proprio per questo conviene seguire le indicazioni del produttore per il modello specifico, sia nella scelta che nell'installazione del bollitore. Per orientarsi su quale tipo e dimensione di bollitore scegliere in base al numero di persone in casa e alla superficie dei collettori, offre un articolo Quale bollitore solare Le serve.

Passo 5: Montaggio del gruppo pompa e della unità di controllo

Quando i tubi sono installati e il bollitore collegato, tocca al cuore del controllo – il gruppo pompa insieme alla unità di controllo (solare). Il gruppo pompa è un blocco compatto che include la pompa circolatrice, le valvole di chiusura, i termometri o i manometri e la valvola di sicurezza. Grazie al fatto che tutti questi componenti sono raggruppati in un unico blocco, si semplifica notevolmente non solo l'installazione stessa, ma anche un eventuale assistenza tecnica successiva – tutto necessario è in un unico posto, ordinatamente e accessibile al tecnico.

Il gruppo pompa da solo però non sa quando deve funzionare. Questo compito spetta alla unità di controllo, rispettivamente unità solare, che con i sensori di temperatura confronta costantemente la temperatura del collettore e quella del bollitore. Quando il collettore è più caldo del bollitore di una differenza prestabilita (tipicamente alcuni gradi Celsius), la unità di controllo accende la pompa circolatrice nel gruppo pompa e il fluido termovettore inizia a fluire dal collettore allo scambiatore nel bollitore. Quando la differenza di temperatura scende sotto la soglia prestabilita, ad esempio quando il sole tramonta o il bollitore si è riscaldato abbastanza, la pompa si spegne nuovamente.

Alla installazione di questa coppia è fondamentale posizionare correttamente i sensori di temperatura – uno direttamente sull'uscita del collettore (dove il fluido è più caldo) e l'altro nel bollitore, nel punto dello scambiatore solare. I cavi tra i sensori e l'unità di controllo vengono condotti in parallelo con i tubi, per cui conviene installarli nello stesso passo dell'installazione del circuito, per non dover aprire nuovamente tracce già chiuse. Per informazioni più dettagliate su come esattamente le unità di controllo e i gruppi pompa collaborano, trova l'articolo Unità di controllo e gruppi pompa dei sistemi solari.

Passo 6: Riempimento del circuito, sfiato e vaso di espansione

L'ultimo passo dell'installazione, prima che il sistema venga messo in funzione, è il riempimento e lo sfiato del circuito solare. Come già menzionato, si tratta di un sistema chiuso a pressione, che ha molti punti in comune con un circuito di riscaldamento tradizionale – anche qui è necessario un vaso di espansione autonomo.

Il compito del vaso di espansione è compensare l'espansione volumetrica del fluido termovettore. Nel circuito solare questa espansione è più accentuata rispetto al riscaldamento normale, poiché il fluido nel collettore può raggiungere temperature molto elevate in giornate soleggiate estive. Senza un vaso di espansione correttamente dimensionato, la pressione nel circuito aumenterebbe incontrollatamente durante il riscaldamento, il che potrebbe causare l'attivazione della valvola di sicurezza e la fuoriuscita del fluido, o nel peggiore dei casi, danni ai componenti.

Il riempimento e lo sfiato del circuito si effettuano tramite le valvole di riempimento, che fanno parte del gruppo pompa, utilizzando una pompa manuale o elettrica – il principio è simile al riempimento di un circuito di riscaldamento. Il fluido termovettore (miscela di acqua e sostanza antigel) viene iniettato nel circuito a pressione, espellendo contemporaneamente l'aria rimasta nel sistema dopo l'installazione. L'aria nel circuito è indesiderabile, poiché ostacola la circolazione del fluido e può causare cosiddetti "punti d'aria" nei punti più alti del tubo, cioè di norma direttamente nei collettori sul tetto.

Dopo il riempimento, il sistema viene lasciato funzionare per alcuni minuti con la pompa accesa, controllando contemporaneamente se non esce più aria, ma solo fluido, dagli scarichi. Solo quando il circuito è completamente sfiato e la pressione nel sistema corrisponde al valore prescritto dal produttore (che varia in base alla differenza di altezza tra il collettore e la stanza tecnica), il sistema è pronto per l'uso continuativo. Il procedimento completo del riempimento, così come i guasti più frequenti che possono verificarsi in questa fase o successivamente durante l'uso, vengono descritti nell'articolo Assistenza tecnica, riempimento e guasti comuni dei sistemi solari.

Passo 7: Mettere in funzione e cosa controllare nei primi giorni

Dopo il riempimento e lo sfiato segue il controllo finale dell'intero sistema. Si controlla l'aderenza di tutti i collegamenti sui tubi, l'impostazione corretta della differenza di temperatura sull'unità di controllo (ossia a quale differenza di temperatura tra collettore e bollitore deve accendersi e spegnersi la pompa) e la funzionalità della valvola di sicurezza.

Negli primi giorni di funzionamento conviene controllare periodicamente il sistema – in particolare se la pompa si accende e si spegne negli intervalli previsti in base alla luce solare, se il bollitore raggiunge effettivamente la temperatura dell'acqua attesa e se la pressione nel circuito solare rimane stabile. Una caduta di pressione nei primi giorni dopo l'installazione può indicare una piccola perdita in uno dei collegamenti, che non si è manifestata durante il primo riempimento, ma è più facile e conveniente individuarla e sistemarla fin dall'inizio, piuttosto che risolverla diversi mesi dopo.

Si consiglia inoltre di annotare le impostazioni iniziali dell'unità di controllo e la pressione nel circuito, in modo da disporre di un valore di riferimento in caso di controlli futuri o interventi di assistenza tecnica. In generale, i sistemi solari non richiedono una manutenzione regolare impegnativa, ma una verifica annuale orientativa della tenuta, della pressione e dello stato del fluido termovettore prolunga la loro durata e affidabilità.

Esempi reali dalla pratica

Confronto di due installazioni reali descritte nell'articolo – casa esistente e nuova costruzione.

Casa unifamiliare con tetto inclinato, caldaia a gas esistente
Casa unifamiliare con tetto a tegole orientato a sud e caldaia a gas esistente, che finora ha garantito il riscaldamento e la produzione di acqua calda sanitaria durante tutto l'anno. Il proprietario ha deciso di integrare il sistema con due collettori piani sul tetto con l'obiettivo di ridurre il consumo di gas per il riscaldamento dell'acqua, soprattutto nei mesi estivi. L'installazione è avvenuta seguendo l'ordine corrispondente ai passaggi sopra descritti: prima è stata installata la struttura di montaggio sulle travi del tetto, adatta al tipo di tetto e alle dimensioni dei collettori scelti, quindi sono stati installati i collettori e collegati con un breve tratto di tubo corrugato in acciaio inox al circuito principale. Il collegamento tra tetto e stanza tecnica nel seminterrato è stato realizzato con un tubo flessibile 2in1 preisolato, poiché la tratta passava attraverso la struttura del tetto già completata e un'isolazione aggiuntiva del tubo tradizionale sul posto avrebbe allungato inutilmente l'installazione. Nella stanza tecnica è stato installato un nuovo serbatoio solare con due scambiatori – uno collegato al circuito solare, l'altro alla caldaia a gas esistente – unità pompa e unità di controllo. Dopo il riempimento e lo svuotamento dell'aria dal circuito, il sistema in estate copriva la maggior parte del fabbisogno di acqua calda, mentre in questo periodo la caldaia si accendeva praticamente solo in caso di lunghe giornate nuvolose e funzionava solo come riserva.

Casa unifamiliare con tetto piano, nuova costruzione
Nuova costruzione di una casa unifamiliare con tetto piano, dove il sistema solare era già previsto nel progetto insieme alla pompa di calore come fonte principale di calore. Poiché il tetto piano richiede un'inclinazione dei collettori ad un angolo appropriato, è stata utilizzata una struttura di montaggio regolabile per tetto piano con un'inclinazione di circa 15°, che garantisce inoltre che la superficie dei collettori si pulisca naturalmente dalla polvere e da impurità durante la pioggia. A causa della tratta più breve tra il tetto (la casa aveva un solo piano) e la stanza tecnica, è stato scelto un sistema combinato – un breve tratto vicino ai collettori è stato realizzato con tubo corrugato in acciaio inox per facilitare le operazioni di collegamento finale alla struttura di passaggio del tetto, mentre il resto della tratta è stato realizzato con tubo flessibile preisolato. Il serbatoio è stato progettato con uno scambiatore per il circuito solare e uno scambiatore, rispettivamente una preparazione, per la pompa di calore come fonte ausiliaria di calore fuori stagione estiva. Poiché si trattava di una nuova costruzione, l'installazione elettrica per i sensori dell'unità di controllo era già prevista nella costruzione grezza, il che ha semplificato notevolmente l'installazione dell'unità pompa e dell'unità di controllo – è bastato collegare i cavi già preparati e impostare la differenza di temperatura desiderata sull'unità di controllo.

Prezzi orientativi dei componenti principali del sistema solare menzionati nell'articolo.

Domande frequenti sull'installazione del sistema solare

È possibile installare un sistema solare su una caldaia esistente, oppure va considerato solo in fase di nuova costruzione?
Sì, il sistema solare si installa comunemente anche su una caldaia esistente senza dover modificare la caldaia stessa. La condizione necessaria è un serbatoio solare con due scambiatori – uno per il circuito solare, l'altro per l'approvvigionamento da parte della caldaia esistente – oppure la sostituzione del vecchio scaldabagno con un serbatoio simile, se in precedenza non era presente un serbatoio solare.

Devo necessariamente disporre di un tetto inclinato orientato esattamente a sud affinché il sistema abbia senso?
L'orientazione esatta a sud non è una condizione necessaria, ma è vero che più si avvicina all'orientazione a sud e meno l'area è ombreggiata da edifici o alberi circostanti durante il giorno, maggiore è la potenza del sistema. Nel caso di un tetto piano, inoltre, è possibile regolare l'orientazione del collettore indipendentemente dall'orientazione del tetto stesso grazie alla struttura di montaggio.

Qual è la differenza tra tubi tradizionali e tubo flessibile 2in1 in termini di installazione?
I tubi tradizionali in rame o in acciaio inox devono essere isolati con un involucro termoisolante direttamente sul posto dopo il collegamento, il che allunga il tempo di installazione, soprattutto sul tetto e nelle gallerie. Il tubo flessibile 2in1 preisolato ha già il circuito di alimentazione e il circuito di ritorno integrati in un unico involucro isolato, quindi non è necessario isolare ulteriormente – basta semplicemente farlo passare lungo la tratta già preparata.

Perché su un tetto piano si utilizza un'inclinazione di almeno circa 15°?
Questa inclinazione garantisce che l'acqua piovente riesca a lavare naturalmente la polvere e le impurità in superficie del collettore (effetto auto-pulente), il che aiuta a mantenere a lungo l'efficienza del collettore senza la necessità di pulire manualmente. Con un'inclinazione minore o con un collettore disposto orizzontalmente, polvere e acqua si accumulerebbero per un periodo più lungo.

Come fa l'unità di controllo a sapere quando deve accendere la pompa?
L'unità di controllo confronta la temperatura misurata dal sensore sul collettore con la temperatura misurata dal sensore nel serbatoio solare. Se il collettore è più caldo del serbatoio di una differenza prestabilita, l'unità accende la pompa circolatrice nell'unità pompa. Quando la differenza scende sotto la soglia prestabilita, la pompa si spegne.

Perché il fluido solare non entra mai in contatto diretto con l'acqua calda che uso?
Il serbatoio solare riscalda l'acqua sanitaria in modo indiretto, attraverso uno scambiatore di calore. Il fluido termovettore circola in un circuito solare chiuso, separato dall'acqua sanitaria, e trasferisce il calore solo attraverso la parete dello scambiatore, senza mai mescolarsi con essa.

Cosa succede se dopo l'installazione si dimentica di svuotare l'aria dal circuito solare?
Un circuito non sufficientemente svuotato può contenere sacche d'aria, soprattutto nei punti più alti del tracciato vicino ai collettori. Queste ostacolano la circolazione fluida del liquido termovettore, riducono il rendimento del trasferimento di calore e possono causare anche rumore del circolatore. Per questo motivo, dopo il riempimento del circuito, si controlla sempre con attenzione che dagli scarichi aria fuoriesca solo il liquido e non l'aria.

È necessaria una cabina elettrica direttamente vicino ai collettori sul tetto?
No, l'unica parte elettrica alimentata è il circolatore all'interno dell'unità pompa e la stessa unità di controllo, che si trovano nella stanza tecnica. Al collettore arriva solo il cavo del sensore di temperatura, non l'alimentazione elettrica diretta.

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