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申请/专利权人：北京东方利禾景观设计有限公司

摘要：本发明涉及人工湿地冬季太阳能供热保温系统及其冬季运行方法，包括人工湿地以及设置在人工湿地内的进水提升泵、布水管、集水管以及与集水管相连的集水池，还包括供热主循环管路单元、调节池供热循环管路单元以及控制机构，所述控制机构通过控制阀门的开闭状态来控制切换供热主循环管路单元与调节池供热循环管路单元之间供热模式。本发明通过对人工湿地供热和进水温度调节，降低了微生物生理活性和繁殖速度受抑制的程度，避免了人工湿地床体和管路容易因低温而冻结，从而提高人工湿地冬季处理能力。

主权项：1.一种人工湿地冬季太阳能供热保温系统，包括人工湿地以及设置在人工湿地内的进水提升泵（9）、布水管（10）、集水管（11）以及与集水管（11）相连的集水池（17），其特征在于：还包括供热主循环管路单元、调节池供热循环管路单元以及控制机构，所述供热主循环管路单元包括依次相连的太阳能集热器（1）、储热水箱（2）、热水循环泵（4）、部分设置在人工湿地内的供热管（14）、设置在所述供热管（14）上的第四阀门（16）、冷水循环泵（12），所述调节池供热循环管路单元包括调节池（7）、两端与调节池（7）和热水循环泵（4）连通的第二阀门（5）、设置在调节池（7）进水方向上的第一阀门（6）、两端与布水管（10）和调节池（7）连通的进水提升泵（9）、两端与集水池（17）和冷水循环泵（12）连通的第三阀门（15），所述控制机构通过控制第一阀门（6）、第二阀门（5）、第三阀门（15）及第四阀门（16）的开闭状态来控制切换供热主循环管路单元与调节池供热循环管路单元之间供热模式，所述控制机构包括设置在所述调节池（7）内的温度传感器（8）以及与第一阀门（6）、第二阀门（5）、第三阀门（15）、第四阀门（16）及温度传感器（8）相连的控制箱（13），所述第三阀门（15）设置在所述第四阀门（16）与冷水循环泵（12）之间的支路管道上，所述供热管（14）在人工湿地内的部分采用并联管路、网状管路或并联支管的形式设置；当人工湿地处于供热主循环管路单元供热模式时，所述第二阀门（5）、第三阀门（15）关闭，所述第四阀门（16）开启，循环水流依次流经太阳能集热器（1）、储热水箱（2）、热水循环泵（4）、供热管（14）、第四阀门（16）、冷水循环泵（12）并对人工湿地供热；当人工湿地处于调节池供热循环管路单元供热模式时，所述第二阀门（5）、第三阀门（15）开启，第四阀门（16）关闭，循环水流依次流经太阳能集热器（1）、储热水箱（2）、热水循环泵（4）、第二阀门（5）、调节池（7）、进水提升泵（9）、布水管（10）、集水管（11）、集水池（17）、第三阀门（15）、冷水循环泵（12）并对调节池（7）和人工湿地供热，并且所述控制机构根据温度传感器（8）反馈的温度参数控制第一阀门（6）的进水量来控制调节池（7）的水温。

全文数据：一种人工湿地冬季太阳能供热保温系统及其冬季运行方法技术领域本发明涉及污水处理领域，特别是涉及人工湿地冬季太阳能供热保温系统及其冬季运行方法。背景技术人工湿地是一种人工建造的生态系统，通过湿地植物与微生物之间的物理、化学、生物三方面的共同作用实现对污水的净化处理，具有结构简单、能耗低、出水水质好、易操作、运行费用低等优点，是一种很有前景的污水处理技术。但由于低温环境容易影响人工湿地对污水的处理效果，人工湿地在我国北方地区没有得到广泛的应用。首先，微生物的代谢与温度有关。硝化与反硝化细菌的生理活性和繁殖速度会在低温条件下受到很大的抑制作用。当温度降到10℃以下时硝化速率会受到一定程度的抑制，当温度降到6℃以下时硝化速率会急剧下降，当温度降到4℃以下时硝化作用几乎停止。当温度降到15℃以下时反硝化速率会迅速降低。其次，低温会对输水系统造成影响，人工湿地床体和管路容易因低温而冻结从而造成堵塞。目前，人工湿地的保温措施主要有植物体覆盖、冰层覆盖和地膜覆盖三种。植物体覆盖是将枯败的湿地植物就地收割作为覆盖物，但植物腐烂进入污水中可能会被分解出大量含氮磷物质，会对人工湿地造成二次污染；冰层覆盖是将人工湿地的水面上升到冰冻层后形成一定厚度的冰层，再把水面降低一定的距离，下面设有支撑物，但需要对冰层进行持续观察，当冰层大面积融化时，需要重新形成冰层，操作比较复杂；地膜覆盖是从农业中发展而来的，但不易维护且造成白色污染。因此，目前人工湿地迫切需要一种清洁且易操作的方式实现人工湿地的冬季保温。发明内容本发明的目的是提出一种人工湿地冬季太阳能供热保温系统及其冬季运行方法，采用太阳能清洁能源对人工湿地表层均匀供热，降低冬季环境温度对微生物代谢的影响，并能通过控制调节池水温防止人工湿地床体和管路的冻结，从而提高人工湿地冬季处理能力。为实现上述目的，本发明提供了一种人工湿地冬季太阳能供热保温系统，包括人工湿地以及设置在人工湿地内的进水提升泵、布水管、集水管以及与集水管相连的集水池，还包括供热主循环管路单元、调节池供热循环管路单元以及控制机构，所述供热主循环管路单元包括依次相连的太阳能集热器、储热水箱、热水循环泵、部分设置在人工湿地内的供热管、设置在所述供热管上的第四阀门、冷水循环泵，所述调节池供热循环管路单元包括调节池、两端与调节池和热水循环泵连通的第二阀门、设置在调节池进水方向上的第一阀门、两端与布水管和调节池连通的进水提升泵、两端与集水池和冷水循环泵连通的第三阀门，所述控制机构通过控制第一阀门、第二阀门、第三阀门及第四阀门的开闭状态来控制切换供热主循环管路单元与调节池供热循环管路单元之间供热模式。优选地，所述控制机构包括设置在所述调节池内的温度传感器以及与第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门及温度传感器相连的控制箱。优选地，所述控制箱包括触摸屏、电气元件断路器、接触器、PLC模块、通讯模块、热继电器、开关电源及模拟量输入模块。优选地，所述PLC模块通过模拟量输入模块读取温度传感器的温度值，并与设定的温度控制阈值进行比较，控制进水提升泵、热水循环泵、冷水循环泵、第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门的工作状态，温度控制阈值通过触摸屏输入设置或通过通讯模块远程设置。优选地，所述第三阀门设置在所述第四阀门与冷水循环泵之间的支路管道上，所述供热管在人工湿地内的部分采用并联管路、网状管路或并联支管的形式设置。优选地，所述太阳能供热保温系统还包括与所述储热水箱相连通的辅助热源。优选地，当人工湿地处于供热主循环管路单元供热模式时，所述第二阀门、第三阀门关闭，所述第四阀门开启，循环水流依次流经太阳能集热器、储热水箱、热水循环泵、供热管、第四阀门、冷水循环泵并对人工湿地供热。优选地，当人工湿地处于调节池供热循环管路单元供热模式时，所述第二阀门、第三阀门开启，第四阀门关闭，循环水流依次流经太阳能集热器、储热水箱、热水循环泵、第二阀门、调节池、进水提升泵、布水管、集水管、集水池、第三阀门、冷水循环泵并对调节池和人工湿地供热，并且所述控制机构根据温度传感器反馈的温度参数控制第一阀门的进水量来控制调节池的水温。本发明的另一目的在于提供了一种太阳能供热保温系统的冬季运行方法，包括如下步骤：A、所述太阳能供热保温系统初始化，开启第一阀门、第三阀门，关闭第二阀门、第四阀门，启动冷水循环泵，从集水池取水进入太阳能集热器加热并存入储热水箱，在热水充满储热水箱后停止冷水循环泵；B、启动进水提升泵，人工湿地运行，控制机构检测调节池内水温，若调节池内水温≥15℃，则太阳能供热保温系统暂不运行；若调节池内水温＜15℃，则太阳能供热保温系统进入供热主循环管路单元供热模式，所述第二阀门、第三阀门关闭，所述第四阀门开启，循环水流依次流经太阳能集热器、储热水箱、热水循环泵、供热管、第四阀门、冷水循环泵并对人工湿地供热；C、控制机构周期性检测调节池内水温，当调节池内水温降低至5℃以下时，则临时将太阳能供热保温系统切换至调节池供热循环管路单元供热模式，所述第二阀门、第三阀门开启，第四阀门关闭，循环水流依次流经太阳能集热器、储热水箱、热水循环泵、第二阀门、调节池、进水提升泵、布水管、集水管、集水池、第三阀门、冷水循环泵并对调节池和人工湿地供热；D、当调节池内水温至10℃时，所述太阳能供热保温系统恢复进入供热主循环管路单元供热模式；E、当调节池内水温升高至15℃以上后，所述太阳能供热保温系统退出供热主循环管路单元供热模式，停止热水循环泵和冷水循环泵，并且当所述太阳能供热保温系统再次符合步骤C中运行条件时，所述热水循环泵和冷水循环泵重新启动运行。优选地，在所述步骤C中，若调节池内水温保持较低，控制机构间歇关闭第一阀门并间歇启动进水提升泵来控制调节池的水温，若调节池内水温仍保持较低，则再启动辅助热源对储热水箱内热水进行加热。基于上述技术方案，本发明的优点是：1本发明的人工湿地冬季太阳能供热保温系统通过对人工湿地供热和进水温度调节，降低了微生物生理活性和繁殖速度受抑制的程度，避免了人工湿地床体和管路容易因低温而冻结，从而提高人工湿地冬季处理能力。2本发明的人工湿地冬季太阳能供热保温系统利用了人工湿地邻近空地部署太阳能集热器，主要采用太阳能清洁能源对人工湿地进行供热保温，绿色无污染，一次性部署后可长期使用。3本发明人工湿地冬季太阳能供热保温系统采用了智能化控制技术，能根据温度条件在湿地供热模式和调节池供热模式之间灵活切换，并能根据温度条件进一步调节人工湿地进水水量和调用辅助热源，从而保证在全天候条件下自动运行，并同时保证能源使用效率，控制箱具有可扩展性，方便功能升级和维护。附图说明此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：图1为人工湿地冬季太阳能供热保温系统示意图。具体实施方式下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。实施例1本发明提供了一种人工湿地冬季太阳能供热保温系统，如图1所示，其中示出了本发明的一种优选实施方式。本发明采用太阳能清洁能源对人工湿地表层均匀供热，降低冬季环境温度对微生物代谢的影响，并能通过控制调节池水温防止人工湿地床体和管路的冻结，从而提高人工湿地冬季处理能力。具体地，包括人工湿地以及设置在人工湿地内的进水提升泵9、布水管10、集水管11以及与集水管11相连的集水池17，还包括供热主循环管路单元、调节池供热循环管路单元以及控制机构，所述供热主循环管路单元包括依次相连的太阳能集热器1、储热水箱2、热水循环泵4、部分设置在人工湿地内的供热管14、设置在所述供热管14上的第四阀门16、冷水循环泵12，所述调节池供热循环管路单元包括调节池7、两端与调节池7和热水循环泵4连通的第二阀门5、设置在调节池7进水方向上的第一阀门6、两端与布水管10和调节池7连通的进水提升泵9、两端与集水池17和冷水循环泵12连通的第三阀门15。其中，所述控制机构通过控制第一阀门6、第二阀门5、第三阀门15及第四阀门16的开闭状态来控制切换供热主循环管路单元与调节池供热循环管路单元之间供热模式。在本实施例中，以垂直潜流人工湿地为例，对本发明的人工湿地冬季太阳能供热保温系统进行说明。如图1所示，人工湿地进水从地表水或和其他来源取水，采用进水提升泵9和布水管10在人工湿地上层布水并采用集水管11在人工湿地底层集水，经过净化后的人工湿地出水会排入地表水。为了在冬季利用人工湿地邻近空地的太阳能资源为人工湿地供暖，设置了供热主循环管路单元、调节池供热循环管路单元以及控制机构。所述供热主循环管路单元包括依次相连的太阳能集热器1、储热水箱2、热水循环泵4、部分设置在人工湿地内的供热管14、设置在所述供热管14上的第四阀门16、冷水循环泵12。在人工湿地邻近空地设置了太阳能集热器1，所述太阳能集热器1通常以阵列形式设置，并且相应的增加了供热管14。供热管路取用人工湿地出水作为供热介质。在所述供热主循环管路中，水在太阳能集热器1中加热后进入储热水箱2，随后热水循环泵4将储热水箱2存储的水注入人工湿地表层的供热管14，供热管14略高于布水管10，然后冷水循环泵12可将水再次注入太阳能集热器1。如图1所示，所述控制机构包括设置在所述调节池7内的温度传感器8以及与第一阀门6、第二阀门5、第三阀门15、第四阀门16及温度传感器8相连的控制箱13。优选地，所述第三阀门15设置在所述第四阀门16与冷水循环泵12之间的支路管道上，所述供热管14在人工湿地内的部分采用并联管路、网状管路或并联支管的形式设置，其中，并联支管可穿过人工湿地内部不同深度进行供热。优选地，当人工湿地处于供热主循环管路单元供热模式时，所述第二阀门5、第三阀门15关闭，所述第四阀门16开启，循环水流依次流经太阳能集热器1、储热水箱2、热水循环泵4、供热管14、第四阀门16、冷水循环泵12并对人工湿地供热。进一步，当人工湿地处于调节池供热循环管路单元供热模式时，所述第二阀门5、第三阀门15开启，第四阀门16关闭，循环水流依次流经太阳能集热器1、储热水箱2、热水循环泵4、第二阀门5、调节池7、进水提升泵9、布水管10、集水管11、集水池17、第三阀门15、冷水循环泵12并对调节池7和人工湿地供热，并且所述控制机构根据温度传感器8反馈的温度参数控制第一阀门6的进水量来控制调节池7的水温。由人工湿地进水与储热水箱2两者注入调节池7的水量配比实现调节池7的水温调节，调节池7的温度可由温度传感器8获取。优选地，所述太阳能供热保温系统还包括与所述储热水箱2相连通的辅助热源3，以适应太阳能不足或环境温度过低的情况，通常可以为电加热、市政供热等形式。所述控制箱13包括触摸屏、电气元件断路器、接触器、PLC模块、通讯模块、热继电器、开关电源及模拟量输入模块。优选地，所述PLC模块通过模拟量输入模块读取温度传感器8的温度值，并与设定的温度控制阈值进行比较，控制进水提升泵9、热水循环泵4、冷水循环泵12、第一阀门6、第二阀门5、第三阀门15、第四阀门16的工作状态，温度控制阈值通过触摸屏输入设置或通过通讯模块远程设置。本发明的人工湿地冬季太阳能供热保温系统通过对人工湿地供热和进水温度调节，降低了微生物生理活性和繁殖速度受抑制的程度，避免了人工湿地床体和管路容易因低温而冻结，从而提高人工湿地冬季处理能力。本发明的人工湿地冬季太阳能供热保温系统利用了人工湿地邻近空地部署太阳能集热器，主要采用太阳能清洁能源对人工湿地进行供热保温，绿色无污染。本发明人工湿地冬季太阳能供热保温系统采用了智能化控制技术，能根据温度条件在湿地供热模式和调节池供热模式之间灵活切换，并能根据温度条件进一步调节人工湿地进水水量和调用辅助热源，从而保证在全天候条件下自动运行，并同时保证能源使用效率，控制箱具有可扩展性，方便功能升级和维护。实施例2本发明化还提供了一种太阳能供热保温系统的冬季运行方法，包括如下步骤：A、所述太阳能供热保温系统初始化，开启第一阀门6、第三阀门15，关闭第二阀门5、第四阀门16，启动冷水循环泵12，从集水池17取水进入太阳能集热器1加热并存入储热水箱2，在热水充满储热水箱2后停止冷水循环泵12。B、启动进水提升泵9，人工湿地运行，控制机构检测调节池7内水温，若调节池7内水温≥15℃，则太阳能供热保温系统暂不运行；若调节池7内水温＜15℃，则太阳能供热保温系统进入供热主循环管路单元供热模式，所述第二阀门5、第三阀门15关闭，所述第四阀门16开启，循环水流依次流经太阳能集热器1、储热水箱2、热水循环泵4、供热管14、第四阀门16、冷水循环泵12并对人工湿地供热，通过人工湿地表层的供热管14对湿地供热，抵御外部较低的环境温度。C、控制机构周期性检测调节池7内水温，当调节池7内水温降低至5℃以下时，为避免调节池7和管路冻结，则临时将太阳能供热保温系统切换至调节池供热循环管路单元供热模式，所述第二阀门5、第三阀门15开启，第四阀门16关闭，循环水流依次流经太阳能集热器1、储热水箱2、热水循环泵4、第二阀门5、调节池7、进水提升泵9、布水管10、集水管11、集水池17、第三阀门15、冷水循环泵12并对调节池7和人工湿地供热。优选地，在所述步骤C中，若调节池7内水温保持较低，控制机构间歇关闭第一阀门6并间歇启动进水提升泵9来控制调节池7的水温，可通过PLC模块采用PID运算进行控制，以减少人工湿地进水水量。若调节池7内水温仍保持较低，则再启动辅助热源3对储热水箱2内热水进行加热。D、当调节池7内水温至10℃时，所述太阳能供热保温系统恢复进入供热主循环管路单元供热模式。E、当调节池7内水温升高至15℃以上后，所述太阳能供热保温系统退出供热主循环管路单元供热模式，停止热水循环泵4和冷水循环泵12，并且当所述太阳能供热保温系统再次符合步骤C中运行条件时，所述热水循环泵4和冷水循环泵12重新启动运行。具体地，当环境温度保持在约10℃时，第一阀门6保持开启，进水提升泵9持续运行，人工湿地保持正常进水量。太阳能供热保温系统进入供热主循环管路单元供热模式，所述第二阀门5、第三阀门15关闭，所述第四阀门16开启，同时启动热水循环泵4和冷水循环泵12，通过人工湿地表层的供热管14对湿地供热，抵御外部较低的环境温度。当环境温度降低并保持在约2℃时，为避免调节池7和管路冻结，则每小时周期性的将系统切换至调节池供热循环管路单元供热模式，所述第二阀门5、第三阀门15开启，第四阀门16关闭，保持热水循环泵4和冷水循环泵12的运行，提高调节池7水温至10℃。调节池7水温达到10℃后，所述太阳能供热保温系统将恢复至供热主循环管路单元供热模式，直到下一个周期。本发明的太阳能供热保温系统的冬季运行方法通过对人工湿地供热和进水温度调节，降低了微生物生理活性和繁殖速度受抑制的程度，避免了人工湿地床体和管路容易因低温而冻结，从而提高人工湿地冬季处理能力。最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

权利要求：1.一种人工湿地冬季太阳能供热保温系统，包括人工湿地以及设置在人工湿地内的进水提升泵9、布水管10、集水管11以及与集水管11相连的集水池17，其特征在于：还包括供热主循环管路单元、调节池供热循环管路单元以及控制机构，所述供热主循环管路单元包括依次相连的太阳能集热器1、储热水箱2、热水循环泵4、部分设置在人工湿地内的供热管14、设置在所述供热管14上的第四阀门16、冷水循环泵12，所述调节池供热循环管路单元包括调节池7、两端与调节池7和热水循环泵4连通的第二阀门5、设置在调节池7进水方向上的第一阀门6、两端与布水管10和调节池7连通的进水提升泵9、两端与集水池17和冷水循环泵12连通的第三阀门15，所述控制机构通过控制第一阀门6、第二阀门5、第三阀门15及第四阀门16的开闭状态来控制切换供热主循环管路单元与调节池供热循环管路单元之间供热模式。2.根据权利要求1所述的太阳能供热保温系统，其特征在于：所述控制机构包括设置在所述调节池7内的温度传感器8以及与第一阀门6、第二阀门5、第三阀门15、第四阀门16及温度传感器8相连的控制箱13。3.根据权利要求2所述的太阳能供热保温系统，其特征在于：所述控制箱13包括触摸屏、电气元件断路器、接触器、PLC模块、通讯模块、热继电器、开关电源及模拟量输入模块。4.根据权利要求3所述的太阳能供热保温系统，其特征在于：所述PLC模块通过模拟量输入模块读取温度传感器8的温度值，并与设定的温度控制阈值进行比较，控制进水提升泵9、热水循环泵4、冷水循环泵12、第一阀门6、第二阀门5、第三阀门15、第四阀门16的工作状态，温度控制阈值通过触摸屏输入设置或通过通讯模块远程设置。5.根据权利要求1所述的太阳能供热保温系统，其特征在于：所述第三阀门15设置在所述第四阀门16与冷水循环泵12之间的支路管道上，所述供热管14在人工湿地内的部分采用并联管路、网状管路或并联支管的形式设置。6.根据权利要求1所述的太阳能供热保温系统，其特征在于：所述太阳能供热保温系统还包括与所述储热水箱2相连通的辅助热源3。7.根据权利要求2所述的太阳能供热保温系统，其特征在于：当人工湿地处于供热主循环管路单元供热模式时，所述第二阀门5、第三阀门15关闭，所述第四阀门16开启，循环水流依次流经太阳能集热器1、储热水箱2、热水循环泵4、供热管14、第四阀门16、冷水循环泵12并对人工湿地供热。8.根据权利要求2所述的太阳能供热保温系统，其特征在于：当人工湿地处于调节池供热循环管路单元供热模式时，所述第二阀门5、第三阀门15开启，第四阀门16关闭，循环水流依次流经太阳能集热器1、储热水箱2、热水循环泵4、第二阀门5、调节池7、进水提升泵9、布水管10、集水管11、集水池17、第三阀门15、冷水循环泵12并对调节池7和人工湿地供热，并且所述控制机构根据温度传感器8反馈的温度参数控制第一阀门6的进水量来控制调节池7的水温。9.一种如权利要求1～8中任一项中所述太阳能供热保温系统的冬季运行方法，包括如下步骤：A、所述太阳能供热保温系统初始化，开启第一阀门6、第三阀门15，关闭第二阀门5、第四阀门16，启动冷水循环泵12，从集水池17取水进入太阳能集热器1加热并存入储热水箱2，在热水充满储热水箱2后停止冷水循环泵12；B、启动进水提升泵9，人工湿地运行，控制机构检测调节池7内水温，若调节池7内水温≥15℃，则太阳能供热保温系统暂不运行；若调节池7内水温＜15℃，则太阳能供热保温系统进入供热主循环管路单元供热模式，所述第二阀门5、第三阀门15关闭，所述第四阀门16开启，循环水流依次流经太阳能集热器1、储热水箱2、热水循环泵4、供热管14、第四阀门16、冷水循环泵12并对人工湿地供热；C、控制机构周期性检测调节池7内水温，当调节池7内水温降低至5℃以下时，则临时将太阳能供热保温系统切换至调节池供热循环管路单元供热模式，所述第二阀门5、第三阀门15开启，第四阀门16关闭，循环水流依次流经太阳能集热器1、储热水箱2、热水循环泵4、第二阀门5、调节池7、进水提升泵9、布水管10、集水管11、集水池17、第三阀门15、冷水循环泵12并对调节池7和人工湿地供热；D、当调节池7内水温至10℃时，所述太阳能供热保温系统恢复进入供热主循环管路单元供热模式；E、当调节池7内水温升高至15℃以上后，所述太阳能供热保温系统退出供热主循环管路单元供热模式，停止热水循环泵4和冷水循环泵12，并且当所述太阳能供热保温系统再次符合步骤C中运行条件时，所述热水循环泵4和冷水循环泵12重新启动运行。10.根据权利要求9所述的冬季运行方法，其特征在于：在所述步骤C中，若调节池7内水温保持较低，控制机构间歇关闭第一阀门6并间歇启动进水提升泵9来控制调节池7的水温，若调节池7内水温仍保持较低，则再启动辅助热源3对储热水箱2内热水进行加热。

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