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文档简介

光源的基本特性从照明应用的角度对光源的性能有以下规定:①高光效——用少量的电获得更多的光;②长寿命——耐用,光通衰减小;③光色好——有适宜的色温和优良的显色性能;④能直接在标准电源上使用;⑤接通电源后立即燃亮;⑥形状小巧,结构紧凑,便于控光。热量传递有三种基本方式,即导热、对流和辐射。导热系数(λ)的物理意义是,在稳定传热状态下当材料层厚度为1m、两表面的温差为1℃时,在1小时内通过1m2截面积的导热量。它是反映材料导热能力的重要指标。自然对流是由于流体冷热部分的密度不同而引起的流动。受迫对流是由于外力作用(如风吹、泵压等)而迫使流体产生对流。对流速度取决于外力的大小。外力愈大,对流愈强。室内气候大体可分为:舒适的、可以忍受的和不能忍受的3种情况。在进行建筑保温设计时,应注意以下几条基本原则:一、充足运用太阳能二、防止冷风的不利影响三、选择合理的建筑体形与平面形式四、使房间具有良好的热特性与合理的供热系统露点温度当空气中实际含湿量不变,即实际水蒸汽分压力e值不变,而空气温度减少时,相对湿度将逐渐增高;当相对湿度达成100%后,如温度继续下降,则空气中的水蒸汽将凝结析出。相对湿度达成100%,即空气达成炮和状态时所相应的温度,称为“露点温度”,通常以符号td表达。空气湿度直接影响人体的蒸发散热,一般认为最适宜的相对湿度应为50%~60%。在多数情况下,即气温在16~25℃时,相对湿度在30%~70%范围内变化,对人体的热感觉影响不大。但如湿度过低(低于30%)则人会感到干燥、呼吸器官不适;湿度过高则影响正常排汗,特别在夏季高温时,如湿度过高(高于70%)则汗液不易蒸发,最令人不舒适。城市热岛在建筑物及人群密集的大城市,由于地面覆盖物吸取的辐射热多、发热体也多,形成市中心的温度高于郊区,即“城市热岛”现象。温和气候区:重要特性是一年中一段时期过冷,而另一段时期较热,月平均气温在最冷月份里也许低达~-15℃,而最热月份可高达25℃,一年中气温最大变化可从一30℃到十37℃,如意大利的米兰及中国的华北等地区。北京(φ=40°)有一组住宅建筑,室外地坪的高度相同,设其朝向正南,后栋建筑一层窗台高1.5m(距室外地坪),前栋建筑总高15m(从室外地坪至檐口),则其计算高度H为13.5m,规定后栋建筑,在大寒日正午前后有2小时日照,查表得大寒日(1月22日)赤纬角δ为-20°,求其必须的建筑间距。【解】①拟定太阳赤纬角和时角:查表得大寒日(1月22日)赤纬角δ为-20°、由于建筑朝向正南,若要正午前后有2小时日照则最抱负的日照时间是从11点到13点。在11点和13点两者的太阳高度角相同而方位角的正负号相反。因此,可以只取其中一个时角即可。如取11点,则按其时角Ω的计算公式可算得:Ω=15×(1-11)=-15°②计算太阳高度角和方位角:以φ=40°,δ=-20°,Ω=-15°代入公式即:sinh=sin40°×sin(-20°)+cos40°×cos(-20°)×cos(-15°)=0.473h=28.23°或28°14③计算建筑日照间距D0:由于建筑朝向正南,建筑日照间距的计算为:D0=13.5ctg28.23°×cos16.05°=24.1m解得所需两栋建筑间的距离为至少24.1m。设建设地点、高度及日照规定均与上例同,但建筑朝向为南偏东15°,求最小建筑日照间距。【解】由于建筑朝向偏东15°,即α=一15°。如取中午12点至14点作为有效日照时间,计算如下:①计算太阳高度角和方位角(计算方法同前):得大寒日14点的太阳高度角h=23.55°;太阳方位角A=30.8°。中午12点的太阳高度角h=29.8°;太阳方位角A=0②计算墙面法线与太阳方位的夹角:(γ=A-α)得:14点,γ=30.8°+15°=45.8°中午12点,γ=0+15°=15°③计算日照间距:14点D0=13.5ctg23.55°cos45.8°=21.58m。12点D0=13.5ctg29.8°cos15°=22.76m在两个间距之间选择较大值,得其最小间距应为22.76m。已知某客厅的面积为4.4m×5.6m=24.64m2,该厅天花高为2.6m,正中装有面积为1m×1.5m=1.5m2、亮度为1×103cd/m2的槽灯,试求槽灯的正下方及四个墙角处的照度。根据题意,本题只需求出客厅地面正中以及任意一墙角处的照度即可,其尺寸如图所示。按立体角投影定律分别计算如下:(1)计算客厅正中点B的照度,该点离发光面中心点为2.6m,又由于它正对着发光面,因此α=0,θ=0,所以:按立体角投影定律分别计算如下:(1)计算客厅正中点B的照度,该点离发光面中心点为2.6m,又由于它正对着发光面,因此α=0,θ=0,所以:按立体角投影定律分别计算如下:(1)计算客厅正中点B的照度,该点离发光面中心点为2.6m,又由于它正对着发光面,因此α=0,θ=0,所以:(2)计算客厅墙角处点C的照度,如图所示,该点到发光面中心的距离为:由于被照面与发光面互相平行,所以α=θ(如图所示),下面计算cosθ值:将各值代入立体角投影定律得墙角处的照度Ec为:参照光源参照光源,是我们相信它能呈现出物体“真实”颜色的光源。一般公认中午的日光是抱负的参照光源。采光系数(C)是室内给定水平面上某一点的由全阴天天空漫射光所产生的照度(En)与同一时间同一地点,在室外无遮挡水平面上由全阴天天空漫射光所产生的照度(Ew)之比。灯的有效寿命——灯在使用过程中光通量逐渐衰减。从灯开始使用至灯的光通量衰减到初始额定光通量的某一比例(通常是70%~80%)所通过的点燃时数叫有效寿命。平均寿命——一组实验样灯从点燃到有50%的灯失效(50%保持完好)所经历的时间,称为这批灯的平均寿命。全云天这时天空所有为云所遮盖,看不见太阳,因此室外天然光所有为扩散光,物体后面没有阴影。这时地面照度取决于:(1).太阳高度角(2).云状(3).地面反射能力(4).大气透明度我国地区辽阔,各地光气候有很大差别,同一时刻南北方的太阳高度相差很大。从日照率来看,由北、西北往东南方向逐渐减少,而以四川盆地为最低。从云量来看,大体是自北向南逐渐增多,新疆南部最少,华北、东北少,长江中下游较多,华南最多,四川盆地特多。被动式太阳能采暖系统涉及:直接受益式;集热蓄热墙式;附加阳光间式防止墙和屋顶内表面产生结露是建筑热工设计的基本规定。防止和控制的措施可归纳为:1.使围护结构具有足够的保温能力,总热阻值至少应在规定的最小总热阻以上,并注意防止冷桥。2.如室内空气湿度过大,可运用通风降温。3.普通房间的围护结构内表面最佳用品有一定吸湿性的材料,使由于温度波动而只在一天中温度低的一段时间内产生的少量凝结水可以被结构内表面吸取。在室内温度高而相对湿度低时又返回室内空气。4.对室内湿度大、内表面不可避免有结露的房间,如公共浴室、纺织及印染车间等,采用光滑不易吸水的材料作内表面,同时加设导水设施,将凝结水导出。CIE1931年推荐的“CIE标准色度系统”是以两个事实为根据:第一,任何一种光的颜色都能用红、绿、蓝三原色的光匹配出来;第二,大多数人具有非常相似的颜色视觉。在光环境设计实践中,照明光源的颜色质量常用两个性质不同的术语来表征:①光源的色表,即灯光的表现颜色;②光源的显色性,系指灯光对它照射的物体颜色的影响作用。我们把室内完全运用天然光进行工作时的室外天然光照度最低值称为“临界照度”,也就是室内开始需要采用人工照明时的室外照度值。影响单侧窗采光效果的几个因素:(1)室内一点获得的天空直射光数量是由该点透过窗子“看”到的天空面积大小决定的,离窗子愈远,“看”到的天空面积愈小;(2)全阴天空时,天顶要比地平线附近的天空亮得多;(3)由窗子投射来的光线与受光平面的夹角越大,照度越高,投射角越小,照度越低(余弦定律);(4)室外景物对天空视域的遮挡。窗地面积比(ratioofglazingtofloorarea):窗洞口面积与地面面积之比拟定采光计算中所需数据(1)房间尺寸;(2)采光口材料及厚度;(3)承重结构形式及材料;(4)表面污染限度;(5)室内表面反光限度。CIE推荐以照灯具光通量在上下空间的比例进行分类的方法,已为国际照明界普遍接受。按照这一方法,将室内照明灯具分为五类:①直接型,②半直接型,③均匀扩散型,④半间接型,⑤间接型。格片顶棚有以下的优点。①调节格片的角度,可获得定向照度分布;②通风散热好,减少设备层内灯的热量积蓄;③比平置的透光材料落灰积尘的机会少;④外观生动,运用格孔几何图样的变化,格片高度的错落有致,以及格片的颜色和质感,能取得丰富的装饰效果。檐板照明是运用与墙平行的不透光檐板遮挡光源,将墙壁照亮的一种照明装置(图9-22)。檐板是建筑装饰构件组成部分,设在墙的上部或固定在顶棚上。与窗帘盒合为一体的称为窗帘照明。通常采用荧光灯做光源。光环境设计要素(l)建筑——建筑空间的大小、形状、风格,室内表面的反射比与质地,照明同家具陈设、空调、报警、自动洒水等设备系统的协调布置。(2)空间的运用——了解空间如何使用。工作地点的分布,在室内进行的作业与其频繁限度和重要性。(3)颜色——灯的颜色要同室内装修色彩配合。假如需要辨认颜色,显色性也很重要。(4)经济因素——照明系统的投资及运营费。(5)节能——是否符合节能规定和规定。(6)物理因素——允许噪声级、温度、振动、电压变化,都会影响照明设备的选择。(7)使用环境——灰尘多、潮湿、有化学腐蚀和爆炸危险等特殊环境的照明,要使用防护级别合格的照明设备。(8)安全和应急照明——照明系统应包含必要的应急照明。(9)维护管理——在设计阶段就应考虑到选择便于维护的照明设备,并制定切实可行的维护管理计划,以保证照明系统高效地运营。光环境设计方案形成的环节(1)拟定照度水平、质量指标;(2)选择照明方式和照明设备;(3)照明计算,经济分析;(4)照明布局;(5)照明装置的细部设计。!!!什么是室外气温,影响室外气温的重要因素有那些?室外气温通常是指距地面1.5m高、背阴处的空气温度,影响室外气温的重要因素有太阳辐射照度、气流状况、地面覆盖情况以及地形等等。其中太阳辐射照度的影响最大,随着辐射照度的不同,室外气温有明显的年变化和日变化。热岛现象也有着明显的日变化和年变化,一般情况是冬季强、夏季弱,夜晚强、白天弱。城市中绿化和水面的设立对调节气温起着很大作用。由于水的热容量大,并且可以通大蒸发吸取热量。绿化则除蒸发吸热外,对日辐射尚有一定的反射作用,特别在夏季日辐射照度很大时,可以显著减少周边的空气温度。国外对气候与建筑的研究也很多,如英国斯欧克来(B.V.Szokolay)通过数年研究,将世界各地分为4种气候类型,并对各类型地区的建筑提出不同的建议大体如下:1.寒冷气候区:指一年中大部分时间的月平均气温低于一15℃,最低甚至可达一862.温和气候区:重要特性是一年中一段时期过冷,而另一段时期较热,月平均气温在最冷月份里也许低达~-15℃,而最热月份可高达25℃,一年中气温最大变化可从一30℃3.干热气候区:重要特性是高温、高辐射,同时空气干燥,不管是在一天或一年中气温变化幅度都很大(一年中最高气温在45℃左右,而最低气温可低达一10℃),并且风速较大,强风中常携带沙土,如利比亚和埃及等地。4.湿热气候区:温度高,一年之中月平均气温变化很小,约为18℃,最热时超过20封闭空气间层的热阻在围护结构中设封闭空气间层是常见的保温措施。空气间层中的传热和在固体材料中不同,它不是以导热为主,而是有辐射、对流、传导3种方式,其中辐射传热约占总传热量的60%~70%而传导只占10%左右。因此,空气间层的热阻重要取决于间层两个表面间的辐射和对流换热的能力;即取决于表面材料的辐射系数、间层形状、厚度、设立方向(水平、或垂直向),以及间层所处的环境温度等。最小总热阻对大量性工业与民用建筑来说,控制围护结构内表面温度使其不低于室内露点温度以保证内表面不致结露,同时考虑人体卫生保健的基本需要,并控制通过围护结构的热损失在一定范围之内,围护结构的总热阻就不能小于某个最低限度值,这个最低限度的总热阻称为最小总热阻Ro,min。复合构造墙体合构造大体上可分外保温(保温层在室外一侧)、内保温(保温层在室内一侧)和中间保温(保温层在中间夹芯)。图3-7为外墙3种保温方式示意。3种配置方式各有优缺陷。从建筑热工角度上看,外保温优点较多,但内保温往往施工比较方便,中间保温则有助于用松散填充材料作保温层。具体比较如下:1.内表面温度的稳定性:外保温和中间保温作法,在室内一侧均为体积热容量较大的承重结构,材料蓄热系数大,从而在室内供热波动时,内表面温度相对稳定,对室温调节避免骤冷骤热很有好处,合用于经常使用的房间。但对一天中只有短时间使用的房间,如体育馆、影剧院等,是在每次使用前临时供热,规定室温尽快达成所需标准,这时外保温作法使靠近室内的承重层要吸取大量热量,所需吸热时间也长,就不如用内保温可使室内温度上升快。2.热桥问题:热桥不仅减少了局部温度,也会使建筑物总的耗热量增长。内保温作法常会在内外墙联接以及外墙与楼板联接等处产生热桥中间保温的外墙也由于内外两层结构需要拉接而增长热桥耗热,而外保温在减少热桥方面比较有利。3.防止保温材料内部在冬季产生凝结水问题:外保温和中间保温作法,由于在室内一侧为密实的承重材料,室内水蒸汽不易透过,可防止保温材料由于蒸汽的渗透积累而受潮。内保温作法则保温材料有也许在冬季受潮(详见第4章)。4.对承重结构的保护:外保温可避免重要承重结构受到室外温度的剧烈波动影响,从而提高其耐久性(图3-9)。5.旧房改造:为节约能源而增长旧房的保温能力时,运用外保温,在施工中可不影响房间使用,同时也不占用室内面积,但施工技术规定高。6.外饰面解决:外保温作法对外表面的保护层规定较高,外饰面比较难于解决。内保温和中间层保温则由于外表面是由强度大的密实材料构成,饰面层的解决比较简朴。减少冷风渗透措施(l)提高门窗的密封性门窗密封性的提高重要依靠对的选材及改善门窗设计和制造质量。(2)重要入口设立为减少冷风的渗透,在寒冷地区应注意不要把重要入口朝向冬季主导风向,特别对人流大量出入的公共建筑更需注意。(3)竖向交通井(电梯、楼梯)的布置高层建筑的竖向交通井,假如正对主人口布置,将大大增长不必要的冷风渗透。增长窗保温能力的措施重要有以下两方面:l.增长窗的层数2.改善窗框和玻璃的传热性能被动式太阳能采暖运用建筑构件通过自然方式收集和传送日辐射热量,通常称为被动式太阳能采暖。它涉及集热、蓄热、保温3个方面。被动式太阳能采暖系统分为直接受益式、集热墙式、附加阳光间式、屋顶池式和对流环路防止和控制内部冷凝的措施合理布置保温层在围护结构内部设排汽间层或排汽沟道在蒸汽流入一侧设隔蒸汽层外墙内设密闭空气间层外墙和屋顶的隔热措施1、建筑的外表面采用浅色的粉刷或饰面,以减少围护结构的表面对日辐射的吸取率,从而减少室外综合温度。2.用实体隔热材料或带有封闭空气间层的围护结构。3.在围护结构内设通风间层,作成通风屋顶或通风墙,这些间层与室外相通,运用热压和风压作用使间层内的空气流动,从而带走大部分进入间层的辐射热,减少了通过下层围护结构向室内的传热,它可以有效地减少围护结构内表面的温度。4.运用水的蒸发和植被对太阳能的转化作用降温,涉及蓄水屋面和植被屋面。我国南方沿海地区大部分属于湿热气候,为了发明良好的室内热环境,在建筑群和个体设计中重要应注意三个方面,即:1、有助于通风,使室内空气能顺畅的流动。良好的通风不仅可以供应新鲜空气和带走室内热量,在夏季还可以依靠空气流动以促进人体汗液蒸发降温,给人以舒适感。2、尽量减少日辐射对周边环境的影响,减少环境温度。如建筑外部空间的绿化,以及设立花架、连廊等,都可以改善小气候。3、结合建筑设计,在窗口以至外墙、屋顶上设立遮阳,减小进入室内的辐射热。窗口设立对室内气流的影响1.进风口和出风口的面积比2.窗口高度3.开口的平面位置4.运用建筑手法组织通风干热地区的建筑防热在干热地区,气候特点是相对湿度小,空气干燥,白天日照强度大、温度高,夜间温度又迅速减少。建筑的防热方式和湿热地区有很大不同。重要采用的措施有以下四种:一、注意遮阳和遮挡风沙。在干热地区建筑的总体布局上,需考虑建筑之间应互相遮挡,以减少强烈的日辐射作用和大风的影响。二、运用绿化、水池,以及亭台、回廊等,改善建筑周边的小气候环境;同时导致人工阴影区,在窗口处设立遮阳。三、建筑布局紧凑,减少外围护结构面积和无组织的通风。四、采用热惰性指标大的厚重围护结构使其对室外波动热作用有相对大的衰减倍数和延迟时间(最佳在8小时以上),尽量减少室内温度波动的振幅。建筑遮阳的基本形式1.水平式遮阳:能遮挡高度角较大、从窗户上方照射下来的阳光,合用于南向的窗口和处在北回归线以南低纬度地区的北向窗口。2.垂直式遮阳:能遮挡高度角较小、从窗口两侧斜射过来的阳光,合用于东北、西北向的窗口。3.综合式遮阳:为水平和垂直式遮阳的综合,能遮挡高度角中档、从窗口上方和两侧斜射下来的阳光,合用于东南和西南向附近的窗口。4.挡板式遮阳:能遮挡高度角较小,从街口正面照射来的阳光,合用于东西向的窗口。需要争取日照的建筑:如病房、幼儿活动室和农业用的日光室等,它们对日照各有特殊的规定,病房和幼儿活动室重要规定中午前后的阳光,因这时的阳光具有较多的紫外线,而日光室则需整天的阳光。需要避免日照的建筑大体有两类:一是防止室内过热,重要是在炎热地区夏季一般规筑都需要避免过量的直射阳光进入室内,特别是恒温恒湿的纺织车间,高温的冶炼车间等更要注意。另一类是避免眩光和防止起化学作用的建筑,如展览室、绘图室,阅览室、精密仪器车间,以及某些化工厂、实验室、药品车间等,都需要限制阳光直射在工作面和物体上,以免发生危害。太阳光线与地平面夹角(h)称为太阳高度角.太阳光线在地平面上的投影线与地平面正南方向所夹的角(A)称为太阳方位角。任何一个地区,在日出、日落时,太阳高度角为零;一天中在正午,即本地太阳时为12点的时候,高度角最大,建筑物必须的日照间距,常以在冬至日(12月22日)或大寒日(1月22日)保证室内在正午前后有不少于1小时或2小时的日照时间来拟定的。具体的时间规定则需根据《城市居住区规划设计规范》在住宅社区的布局中,满足日照间距的规定常与提高建筑密度、节约用地存在一定矛盾。在设计中如掌握日照规律,便可采用一些灵活的手法,既满足建筑的日照规定,又提高建筑的密度。一方面,可适当调整建筑朝向,从朝向正南北改为朝向南偏东或偏西30°的范围内,使日照时间偏于上午或偏于下午。据研究结果,朝向在南偏东西15°范围内对建筑冬季日照辐射得热影响很小。朝向在南偏东西15°~30°,建筑仍能获得较好的日辐射热。但如偏转角度超过30°。则不利于日照需要。2、调节建筑布局和外形,也可在满足日照规定的基础上增长建筑密度的效果。如对在南北向行列式布置的建筑,如将前栋建筑的顶层北侧去掉一角,成为北侧错台式,日照时间便可从在冬至日的1小时增为2小时。将正南向行列式布置改为错排行列式或交叉错排行列式布置,运用上下午的斜向日照。这些方法都有也许增长建筑密度。但为了保证日照时间,需进行验算。视野当头和眼睛不动时,人眼能察觉到的空间范围叫视野。单眼的综合视野(单眼视野),在垂直方向的角度约130°,水平方向约180°。中心视野视线周边1~1.5°内的物体能在视网膜中心凹成象,清楚度最高,这部分叫中心视野;周边视野目的偏离中心视野以外观看时,叫周边视野。视线周边30°的视觉环境,清楚度也比较好。照度是受照平面上接受的光通量的面密度,符号为E。观看物体的清除限度称为视度,它受下列5个因素的影响:1、亮度阈限2、物体的相对尺寸3、对比4、辨认时间5、避免眩光从明处到暗处的适应时间称为“暗适应”,从暗到明的适应时间称为“明适应”,失能眩光:减少视觉功效和可见度的眩光不舒适眩光:只有不舒适感觉的眩光直接眩光:由视野中的高亮度或未曾充足遮蔽的光源所产生。可避开反射眩光:由视野中的光泽表面的反射所产生。不可避开控制直接眩光的措施:(1)限制光源亮度当光源亮度超过16sb时,不管亮度对比如何,均会产生严重的眩光现象。(2)增长眩光源的背景亮度,减少两者之间的亮度对比。(3)减小形成眩光的光源视看面积,(4)尽也许增大眩光源的仰角。控制反射眩光的措施:(1)尽量使视觉作业的表面为无光泽表面,以减弱镜面反射而形成的反射眩光;(2)应使视觉作业避开和远离照明光源同人眼形成的镜面反射区域;(3)使用发光表面面积大、亮度低的光源;(4)使引起镜面反射的光源形成的照度在总照度中所占比例减少,从而减少反射眩光的影响在色度学中将红、绿、蓝称为三原色。标准提出可采用以下措施来减少窗口眩光:作业区应减少或避免直射阳光;工作人员的视觉背景不宜为窗口;可采用室内外遮挡设施来减少窗亮度或减少窗的视域;窗结构的内表面和窗周边的内墙面宜采用浅色饰面;具体控制侧窗眩光的解决方法a----窗台做成斜面;b----高反射率的顶棚,并且运用室外反射提高顶棚亮度,减小对比;c----用半透明百叶减小高天空亮度区(2),同时仍然可以看出(1);d----运用人工照明照亮窗周边的墙面,以减小对比,减弱眩光。灯具可分为装饰性灯具和功能性灯具两大类,因此灯具的作用有:①固定和保护灯,将灯与电源连接;②控制和分派灯光,实现需要的光分布;③美化环境。照明灯具的光特性重要用三项技术数据来说明:①配光曲线;②遮光角;③灯具效率。将室内照明灯具分为五类:①直接型,②半直接型,③均匀扩散型,④半间接型,⑤间接型。光环境设计要素(l)建筑——建筑空间的大小、形状、风格,室内表面的反射比与质地,照明同家具陈设、空调、报警、自动洒水等设备系统的协调布置。(2)空间的运用——了解空间如何使用。工作地点的分布,在室内进行的作业与其频繁限度和重要性。(3)颜色——灯的颜色要同室内装修色彩配合。假如需要辨认颜色,显色性也很重要。(4)经济因素——照明系统的投资及运营费。(5)节能——是否符合节能规定和规定。(6)物理因素——允许噪声级、温度、振动、电压变化,都会影响照明设备的选择。(7)使用环境——灰尘多、潮湿、有化学腐蚀和爆炸危险等特殊环境的照明,要使用防护级别合格的照明设备。(8)安全和应急照明——照明系统应包含必要的应急照明。(9)维护管理——在设计阶段就应考虑到选择便于维护的照明设备,并制定切实可行的维护管理计划,以保证照明系统高效地运营。下列情况推荐使用局部照明:1、非常精细的视作业,特别是只需要在有限范围增长照度的工作;2、辨认形状或质地需要从某个特定的方向加强照明时;3、由于设备或人的遮挡,一般照明照射不到的地方;4、视力减退的人需要较高的照度;5、需要补偿一般照明导致的对比损失。倒铺屋面构造示意图反射光的四种分布型式外墙保温层设立的三种形式请画出城市热岛内夜间的气流应急照明在正

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