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本文针对某宾馆空调、暖气、生活热水三用系统的工程实例，对5种方案的可能实施进行了认真的分析和研究，并比较了特定条件下的年能耗和成本。电力、燃气或燃料价格，以及通过计算能源塔式热泵冷热水机组和水源热泵热水机组的特性； 水冷库（热）的设计计算； 机组过冷热回收计算和冬季能源结霜量和化霜热计算，证明通过能源塔和水冷库组成的水源热泵方案，空调用水储能、供暖和生活热水联合系统是可行的。 在应用各种可能的节能方法后，该方案比采用传统水冷冷水机组制冷、燃油或燃气锅炉系统供暖的方案（方案2）节能得多。源（可以是土壤源热泵，也可以是地下水热泵，江河湖海的水源冷热水系统（方案3）；一般是空气源热泵冷热水机组采用热回收（方案4）和空气源热泵制冷热水机组、热水机组联合系统（方案5）在节能方面优势不明显。

本方案1中采用了能量塔的专利技术。 夏季，能源塔作为冷却塔进行蒸发降温，带走空调系统的余热； 必要的复杂供暖设施。 方案采用水蓄热、水蓄冷技术，可充分利用夜间低价谷峰用电，“削峰填谷”，实现均等化用电，降低运行成本； 方案还采用全年供应水源热泵热水机组50℃热水生活热水系统，生产生活热水的热源是回收能源塔的空气和回收的过冷热。热泵机组（制冷省煤器）的液相制冷剂。 回收机组的过冷热量，可大大提高热泵机组的制冷和制热效果。

本方案一根本不使用电能、燃油、燃气等高能级能源作为三用联合系统的辅助热源。

本方案1同样适用于传统水冷冷水机加锅炉空调和生活热水冷热源的改造。 原水冷式冷水机组装有能量转换装置和某单位研制的冰箱省煤器。 可以对称为“水源热泵”的冷热水机组进行改造，再配置相应的能源塔，组成空调用能源塔式热泵冷热水机组。 ”济高数据显示，能源塔热泵系统可实现供暖、供冷、供热水，适用于长江流域-9℃以上的湿润地区，冬季COP高于3.67风冷热泵。在地源热泵难以打井的地区可以替代地源热泵”。

本文指出，对于三用系统的技术经济性，必须在水、电、燃料价格可靠的前提下比较年能耗，并且只有当空调、供暖、生活三部分热水加起来投入产出比（总能效比）最高的就是最优解。 当然，还要考虑主机设备来源的便利性以及对一次投资及其回收期的影响。 本文的结论只是在特定条件下进行分析比较，具有一定的局限性，但其真正目的是提供方法和思路，需要对空调、供暖、和生活热水。大型低温恒温水槽，促进热泵技术节能应用的发展。

一、概述

假设某酒店总建筑面积5000㎡，共有标准间150间，满客300人。 原设计采用传统的水冷冷水机作为夏季空调的冷源，燃油锅炉产生的蒸汽作为热源。 现为满足节能减排的要求，决定采用能源塔热泵冷热水机组作为空调系统的冷热源； 利用水源热泵热水器生产生活热水，采用水蓄冷、水蓄热的方式，避开白天，达到“削峰填谷”的目的，尽量利用低价错峰用电进一步降低运营成本。 因此，对本方案的技术经济效果进行了论证和比较。

2.设计资料

2.1建设地点：南京市，北纬32°00′，东经118°48′。

2.2年平均气温：15.4℃。

2.3 冬季计算空调外干球温度为-6℃； 夏季计算空调外干球温度为35℃，湿球温度为28.3℃。

3、空调负荷和热水

3.1 年度季度空调负荷和热水负荷（见表3.1）

表 3.1 空调和热水负荷

空调和热水负荷计算如下：

全年分为三个季节，夏季138天，春秋122天，冬季105天。 计算平均温度、自来水温度、解冻液温度。 空调额定冷负荷1163千瓦； 空调额定制热负荷为930千瓦。 空调日总制冷量20000千瓦时； 空调日总热负荷为18600千瓦时。 生活热水日供应量36吨，水温50℃，夏季热水日耗热量1088千瓦时； 春季和秋季1444千瓦时； 冬季为 1800 千瓦时。

运行策略：

1）夏季：空调冷水和生活热水； 空调冷水水源热泵； 蓄水； 水源热泵热水机组组合用于生活热水； 部分水池冷水进一步降温，减轻空调冷却水负荷。

2）春季和秋季：空调停用，只生产生活热水； 水源热泵热水器生产生活热水； 水源热泵热水器的热源可以使用储能池水或能量塔的防冻液。

3）冬季：空调热水、生活热水； 空调用水源热泵； 水蓄热； 用于生活热水的水源热泵热水器；

水源热泵热水机组的热源可采用储能池的热水或能源塔的防冻液。

3.2 夏季空调冷负荷小时变化

表 3.2 夏季空调冷负荷变化表

3.3 冬季空调日小时热负荷变化

四、设计说明

4.1 概述

在本设计方案中，决定采用能源塔式热泵冷热水机组作为空调系统的冷热源； 利用水源热泵热水器生产生活热水，采用蓄水蓄冷、水蓄热的方式，避开白天的用电高峰。 为达到“削峰填谷”的目的，尽量利用低价谷电，进一步降低运营成本。 首先，在原来设计的空调水冷冷水机上加上某单位研制的“能量转换装置”和“制冷节煤器”，使其成为可切换不冻液源的水源热泵蒸发器和冷凝器之间的“防冻热泵冷热水机组”； 这个装置可以在夜间利用谷电冷却（热水）水，并将其储存在储能池中。

水冷（热）设计采用组件储能方案，即热泵机组按夜间8小时的低峰用电满负荷运行，备冷热水并存放在水池中； 在用电高峰期，由机组和储能池同时供电，满足空调冷热需求。 水源热泵冷热水机组全天候运行。 由于采用组件储能，可降低空调冷热水机组的消耗（出力）。

在本设计中，水源热泵热水机组可在原设计选用的冷水机组上加装“制冷机省煤器”，使其成为蒸发器大型低温恒温水槽，在蓄热器中送入防冻液或温水。池被冷凝器吸收和冷却。 一种生产生活热水的水源热泵热水器机组。 水源热泵热水机组的热源是来自能量塔的防冻液（夏、春、秋季）和储能池的温水（在极冷的冬季短期使用）。 . 根据情况需要，水源热泵热水机组在夏、春、秋季还可以利用储水箱中的水作为热源。

本设计中，空调水源热泵冷热水机组和热水源热泵热水机组均对机组内循环工质——液态氟利昂过冷热（通过外置“制冷机节能器”），一方面可以提高机组的制冷量和制热量，相应降低电耗； 耗电量，回收热能加热的热水可作为能源塔冬季除霜的喷淋水（喷淋后的水直接排放，不再循环使用）。

在对方案进行技术经济比较时，所选机组的特性非常重要，当厂家无法提供数据时，只能进行计算。 以下是计算结果。

4.2 能源塔式热泵冷水机组和水源热泵热水机组的初步选择及特性估算。

4.2.1选取两台仿清华同方活塞式水源热泵机组GHP600的能源塔式热泵冷热水机组，计算其特性。 结果如表 4.1 A 和 B 所示。

表 4.1 能源塔式热泵冷热水机组 GHP600（制冷）的预估特性

注：1）制冷时，冷凝器冷却水（即防冻液）温升取5℃； 空调冷水温度取7℃。 2) 本机的特性为估计值。

表 4.1 B 能源塔式热泵冷热水机组 GHP600 的预估特性（制热时）

注：1）制热时，蒸发器水源（即防冻液）的温降取5℃； 冷凝器出口热水温度取50℃。 2) 本机的特性为估计值。

4.2.2 选取两台仿清华同方TFS-SSR1280水源热泵机组的水源热泵热水机组，计算其特性。 结果如表4.2所示：

表 4.2 水源热泵热水机组特性估算（热水出水温度为 50℃时）

4.3 水冷（热）库设计计算

4.3.1 本设计采用组件冷（热）方案。 空调冷负荷日小时变化值和空调热负荷日小时变化值见表3.2和表3.3。 本例充分利用夜间8小时的谷电，开启冷热水机组，除供应这段时间空调的冷热负荷外，余冷（热） ) 机组的容量通过水储能的方式存储，以供应负荷高峰时段。 从表3.2和表3.3可以看出：

夏季日总冷负荷为20079千瓦时，

冬季日总热负荷18601千瓦时；

机组平均每小时负荷为夏季冷负荷20079/24=827 kW冬季热负荷18601/24=775 kW；

初选两台清华同方活塞式水源热泵机组GHP600机组；

其额定制冷量为612千瓦； 额定加热能力为700千瓦；

输入功率 122/171 kW；

夏季防冻液平均温度为23℃时，机组出力为额定值的100%，夏季可选择两台机组运行。 当冬季防冻液平均温度为2℃时，机组的制热量仅为额定值的62%。 两台机组全开时，每小时制热量为434×2=868kW，但采用水蓄热运行方式。 2还是可以用的。

4.3.2 冷库容量计算见表4.3、表4.4。

表4.3 夏季日冷库容量计算表

从表中可以看出，两台机组从晚上23:00到早上8:00全开9小时，可蓄冷量5538kW； 从早上8:00到晚上23:00只开一台机组15小时，但需要补充5511kW的冷量。 量基本相等，可采用组件式冷库，降低空调机组夏季运行成本。 冷库容量中的“负值”为补冷量。

表 4.4 冬季每日补充热量的计算

从上表可以看出，如果两台机组24小时运行，热量不足为636千瓦时，可储存的热量为2808千瓦时，余热为2172千瓦时，可以解决部分热量用于生产生活热水。

4.3.3 冷库计算

冷库容量5538千瓦时，热库容量2808千瓦时。 采用冷热水箱，按最大储存热量计算。 储热水温差10℃。 冷库容积为：

V=(3600×QSt)÷(Δt×ρ×Cp×ROM×αV)=(3600×5538)÷(10×1000×4.1868×0.90×0.95)=527.63立方米

式中：QSt——储能，kWh；

Δt——温差，一般为10℃；

ρ——水的密度，取1000kg/m3； Cp-水的比热容，取4.1868kJ/kg.℃；

ROM——储能罐的完整性，取0.95；

αV——储能罐容积利用率，取0.95。

设计500立方米的消防水池，周边全部进行保温。

4.4 机组过冷热回收计算

4.4.1 能源塔式热泵冷热水机组过冷热回收

GHP600机组额定制冷量为612千瓦； 额定发热量为700千瓦； 输入功率为122/171千瓦； 冷却条件为：冷水12/7℃，冷却水（防冻液）23/28℃； 加热工作条件：热水40/45°C，热源水（防冻液），2/-3°C。

夏季工况：经计算，当液氟过冷度为8℃时，增加的单位冷量为2.47Kcal/kg； 增加冷量百分比为106.685%； 回收的过冷热量为40.91kW。

冬季工况：液氟过冷度18℃时，单位吸热量增加5.83Kcal/kg； 回收过冷热59.58kW； 发热量117.83%； 增加采暖热百分比为113.73%。

4.2 水源热泵热水机组过冷热回收

SS1280水源热泵热水机组额定制冷量44.2千瓦； 额定产热量：51.2 kW； 输入功率：10.93千瓦； 供热条件：热水侧（用户侧）温升5℃； 源水 20/15°C ; 热水出水温度≥50℃，热源水（防冻液）2/-3℃。

夏季工况：以蓄冷罐冷水为水源，工况12/7℃，机组内氟利昂22循环各状态点参数为蒸发温度3℃ ，冷凝温度55℃，液态氟的过冷度为15℃。 计算：

当液态氟的过冷度为15℃时，增加的单位吸热量（冷量）为5.50 Kcal/kg； 回收过冷热5.39kW；

当液态氟的过冷度为15℃时，吸热增加百分比为37.22/31.72=1.1734=117.34%；

当液态氟的过冷度为15℃时，热容量增加的百分比为46.50/41.00=1.1341=113.41%。

过渡季工况：以能源塔防冻液为水源，过渡季防冻液工况12.5/7.5℃，内氟利昂22循环各状态点参数单位为蒸发温度3℃，冷凝温度55℃，液氟过冷度15℃时，增加的单位吸热量（冷量）为5.50Kcal/kg； 回收过冷热5.39kW；

液氟过冷度为15℃时，吸热增加百分率为117.34%；

当液态氟的过冷度为15℃时，热容量增加的百分比为113.41%。

冬季工况：能源塔系统防冻液作为热源时，工况为2/-3℃——机组内部氟利昂22循环各状态点参数为蒸发温度-5℃ C、冷凝温度55℃，液态氟的过冷度为15℃。

经计算，该工况下的理论制热量为315kW； 总吸热量为 278 kW。

当液态氟的过冷度为15℃时，增加的单位吸热量（冷量）为5.50 Kcal/kg； 回收过冷热3.58KW；

当液态氟的过冷度为15℃时，增加吸热量的百分比为117.78%；

当液态氟的过冷度为15℃时，热容量增加的百分比为113.41%。

4.5 能源塔冬季结霜量及化霜热计算

这个计算的目的是看机组回收的过冷热量产生的温水是否足以去除冬季能源塔上的霜量。

据一般资料，当空气相对湿度大于50%，空气干球温度在-1～7℃左右时，空气最容易结霜； 研究发现，空气的干球温度在-5℃到5℃之间，相对湿度在85%之间，结霜最为严重。 本次计算中，通过能量塔的湿空气设定为-1℃/-6℃，相对湿度为73%。 计算结霜和化霜的热量，冬季两台热泵机组运行时恢复的过冷量，热量产生的热水是否足以化霜。

4.5.1 结霜工况单位过冷热回收量计算

选用GHP600机组制冷工况：冷水、12/7℃冷却水（防冻液）、25/30℃；

采暖工况：热水40/45℃，热源水（防冻液）2/-3℃

冬季假设机组氟利昂22的蒸发温度为-15℃； （蒸发、相变）；

机组氟利昂22循环冷凝温度取50℃；

过冷水初温/终温为5/20℃；

喷淋水的初始/最终温度为 20/5°C。

此时各状态点参数为蒸发温度-15℃，冷凝温度50℃，液氟过冷度18℃。

当液态氟的过冷度为18℃时，增加的单位吸热量（冷量）为5.83 Kcal/kg；

回收的过冷热为Qgl=Δqo×Gxh=5.83×6379=37187 Kcal/h=43.24kW。

4.5.2 能源塔结霜量和化霜热的计算

1.求湿空气通过能量塔的质量流量和体积流量

假设进出能源塔的空气状态为-1℃，φ73%→-6℃，φ73%（降温、除湿、结霜）；

此时能量塔管内防冻液的温升为-10℃→-5℃（逆流，温升）；

此时潮湿空气的饱和水蒸气分压：5.61hPa→3.67hPa；

(湿空气含水率d=622Pq/(P-Pq)=622×Pqb×φ/(1013－Pqb×φ)

式中，Pq——一定温度下湿空气中水蒸气的分压，hPa；

P——当地大气压，一般为1013hPa。

相对湿度φ= Pq/ Pqb； Pq= Pqb×φ)

空气的绝对湿度d1=2.525g/kg → d2=1.6494g/kg

（注：湿空气的水分含量按以下公式计算：d=622Pq/(P-Pq)=622×Pqb×φ/(1013－Pqb×φ) 其中：Pq-湿空气中的水分a一定温度下的蒸汽分压，hPa；P-当地大气压，一般为1013hPa。相对湿度φ=Pq/Pqb；Pq=Pqb×φ)

求湿空气在风态下的焓值

h1=1.01t1+0.001d1(2500+1.84t1)=1.01(-1)+0.001(2.525)[2500+1.84(-1)]=5.30kJ/kg=1.2654Kcal/kg

h2=1.01t2+0.001d2(2500+1.84t2)

=1.01(-6)+0.001(1.6494)[2500+1.84(-6)]

= -1.9547kJ/kg= -0.46687Kcal/kg

为了从空气中吸收278kW的热量，求通过能量塔的湿空气量Gair=Qo/(h1－h2)=1.05×278×860/(1.2654+0.46687)=278×860/1.73227= 138015公斤/小时

湿空气在-1～-6℃时的ρ值为1.308

通过能量塔的湿空气体积：

Vair=Gair/ρ=138015/1.308=105516m3/h

2、结霜量的计算

Mfr = Gair×Δτ×(d1－d2)/(1+d1) = 138015×3×(0.002525－0.0016494)/(1+0.002525) =117.87×3=353.61kg

式中：Δτ-步进量，即化霜间隔时间，取3小时。

3、化霜热量的计算

QB = 制造商 [(ts－0)＋80＋0.5(0－tB)]= 353.61 [(5－0)＋80＋0.5(0－“-7”)]

=353.61×88.5=31294大卡=36.39千瓦

式中：Mfr——蒙霜量，kg；

Ts——化霜结束时的水温，取5℃；

tB——结霜层的初始温度，比管内防冻液入口处的温度高约3℃。 取-7℃；

80——每公斤霜的融化热，Kcal/kg；

冰（霜）在0.5-0℃时的平均比热，Kcal/kg.℃。

考虑5%的热损失后，实际需要的除霜热量为1.05×36.39 kW=38.21kW

计算证明，一台主机开机1小时可回收的过冷热量为43.24kW，足以在-1~-6℃下融化一座能源塔3小时的结霜量，而实际除霜量热量为 1.05 x 36.39 kW = 38.21 kW。

4.5.3 除霜水温和喷水量的计算

除霜水来自机组过冷热回收的热水储罐。 初始温度设定为 20°C。 使用除霜喷雾后，水温下降15℃。 终温5℃时，除霜喷水量为：Gpl=1.05×QB×860/15×1000=1.05×36.39×860/15000=2.19t

化霜时间间隔取3小时，每次化霜喷水时间设定为10分钟，喷水化霜效率取95^%，则实际化霜喷水量为2.19/0.95=2.31t。 要求10分钟喷洒除霜水2.31吨。 则除霜泵每小时流量为2.31×60/10=13.86t/h。

冬季，两台机组过冷热回收能力全开：43.24×2=86.48 kW，进出能源塔的空气状态为-1℃，φ73%→-6℃，φ73 %，3小时结霜量为353.61kg×2=707.22kg，化霜热为38.21kW×2=76.42kW。 除霜水量为2.31t×2=4.62t，除霜水泵流量为27.72吨/小时。

4.6 工程设备选型计算见表4.5。

表4.5 方案一设备表

图4.1 以能源塔和太阳能为热源的冷热生活热水联供系统

能源塔和热泵机组工艺局部放大

水源热泵热水部分局部放大

能量转换装置和省煤器的局部放大

表4.6 水储能空调冷热水系统运行工况

4.7 本项目能耗计算见表4.7。

表 4.7 方案一能耗计算表

五、设计说明（方案二）

采用传统的水冷式冷水机加燃油锅炉作为三用系统的冷热源。

夏季4.5个月，采用传统水冷式冷水机组生产空调冷热水； 春秋季空调机组停用4个月；

冬季3.5个月，采用传统的锅炉加汽水换热器作为空调和生活热水的热源。

系统流程图如图5.1所示。 其设备选用型号及数量见表5.1。

图5.1 传统水冷冷水锅炉三用系统

表5.1方案2设备表

表5.2方案2能耗计算表

六、设计说明（方案三）

采用具有热回收功能的水源热泵冷热水机组和水箱辅助电加热器作为冷热源。 冷热源可以来自土壤源、地下水，也可以来自河流、湖泊和海洋的水源。

夏季4.5个月，采用带热回收功能的水源热泵机组全部制冷（蒸发器冷却水）+冷凝器1部分热回收生产热水，冷凝器2仍利用源水排放热量.

春秋四个月，空调系统停用。 水源机组减轻负荷制取生活热水（机组改为制热方式，储热水箱的温水通过冷凝器1、2吸热制取热水，蒸发器吸热水源水），空调水部分关闭；

冬季3.5个月（含15天低温），带热回收功能的水源热泵机组冷凝器1、2主要使用45℃热水空调（热水从热回收装置出来). 当空调制热能力不足时，用空调辅助电暖器； 生活热水由水箱中的电加热器加热。 具有热回收功能的水源热泵机组采用R22作为工质。 系统流程图如图6.1所示。

图6.1 水源热泵加电辅暖供冷、供暖、生活热水联合系统

表6.1方案3设备表

表6.2方案3能耗计算表

The above calculation does not consider the equipment cost and operating cost of the water source part, and it is considered that the water source (cooling) water is supplied free of charge.

7. Description of Design (Scheme 4)

The air-cooled heat pump cold and hot water unit with heat recovery function plus electric boiler (or water tank electric heater) is used as the cold and heat source.

For 4.5 months in summer, unit refrigeration with heat recovery function + partial heat recovery to produce domestic hot water;

During the four months of spring and autumn, the air-conditioning unit stops and the electric boiler is used to make hot water;

For 3.5 months in winter, the air-conditioning unit mainly produces 45°C hot water for air-conditioning. Sometimes the excess heat from air-conditioning heating can be used to heat recovery to make domestic hot water. Most of the heat of domestic hot water depends on electric heating. The air conditioning heat recovery unit uses R134a as the working fluid. The flow chart of the system is shown in Figure 7.1. The model and quantity of its equipment selection are shown in Table 7.1.

Figure 7.1 Combined cooling, heating and domestic hot water system using partial heat recovery air source heat pump plus electric heating

Table 7.1 Equipment Table of Scheme 4

8. Description of Design (Scheme 5)

The traditional air-cooled heat pump chiller and hot water unit plus the air source heat pump hot water unit are used as cold and heat sources for air conditioning and domestic hot water. The flow chart of this scheme can be seen in Figure 8.1. The model and quantity of its equipment selection are shown in Table 8.1.

Figure 4.5 Refrigeration, heating and domestic hot water system of combination of air source heat pump chiller and hot water unit plus air source heat pump hot water unit

Table 8.1 Equipment Table of Scheme 5

9. Comprehensive technical and economic evaluation of each scheme

Table 9.1 Comparison table of energy consumption of various schemes

10. A brief concluding remark:

Through the above comparison, it can be seen that in the first scheme, the energy tower is used as the cold and heat source, the heat recovery measures of the unit are added, and the water storage and other energy-saving measures are added, in an attempt to make a breakthrough in energy conservation. In terms of the energy efficiency ratio of the output, it only reaches 3.25, which is equivalent to the general application of the three-purpose system of the air-cooled heat pump and the water source heat pump with heat recovery. Due to the application of too many energy-saving equipment and systems, the number of equipment in the entire three-purpose system has greatly increased, and the power consumption of auxiliary equipment (fans and water pumps) has also greatly increased. On the contrary, the energy input/output energy efficiency ratio of the entire system has decreased. And the one-time investment will be greatly increased. The energy tower itself also has the problem of condensation and defrosting in winter and the preparation of antifreeze. According to the calculation, the problem of condensation and defrosting of the energy tower itself in winter can be solved by the supercooled heat recovery of the unit. But in general, it is still feasible to use energy towers to form a three-purpose system in terms of process flow.

And plan five, using traditional heat pump equipment and two sets of independent air-cooled heat pump cold and hot water systems and heat pump hot water systems, the unit equipment technology is mature, easy to manage, independent of each other, a low investment, and the units can use R22 As the working medium, it is relatively easy to obtain, but the number of equipment is large and the area is large. In terms of low energy consumption and low operating costs, it ranks first (the total energy efficiency ratio is 3.9). The cooling energy efficiency ratio of the air-conditioning system is around 4.6, and the energy efficiency ratio of the hot water system is around 3.2, both within the normal range. Therefore, from the point of view of comprehensive energy saving of air-conditioning and heating water supply, the air-cooled heat pump for air-conditioning is the cold and heat source, and some electric heating is appropriately added in winter; It is a reasonable solution to use an air-source heat pump hot water unit. Compared with the imagined use of an air-cooled heat pump hot water unit with heat recovery in summer, the domestic hot water in the other three seasons is heated by electricity, and the air-conditioned hot water is heated by electricity. (That is, option 4 in this article) is a good way. In Scheme 4, the air-cooled heat pump chiller and hot water unit with heat recovery is adopted, which solves the hot water supply in summer and improves the energy efficiency ratio of the entire air-conditioning system in summer. However, for the entire hot water system, the annual investment / The energy efficiency ratio of the output is only slightly higher than 1 (1.093), which should be said to be bad from the perspective of comprehensive energy saving of air-conditioning and heating water supply. Option 3, the three-purpose system of air conditioning, heating, and domestic hot water supply throughout the year is also a better solution, using the water source heat pump cold and hot water unit with heat recovery as the main engine. However, many equipment in the water source part have been added, and the increased equipment energy consumption and primary equipment investment have not been included in this calculation.

The above discussion is only the preliminary conclusion of individuals under specific conditions. It is a great honor for you to learn from it. If there is any inappropriateness, please criticize and correct.