GB/T 40286-2021 低温双循环余热回收利用装置性能测试方法

　　ICS 27 . 010 J 88

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 40286—2021

　　低温双循环余热回收利用装置

　　性能测试方法

　　Theperformancetestingmethodofbi-circulationunitforlow-temperature

　　wasteheatrecoveryandutilization

　　2021-05-21 发布 2021-12-01 实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　发

　　布

　　GB/T 40286—202 1

　　GB/T 40286—202 1

　　前 言

　　本标准按照 GB/T 1 . 1—2009 给出的规则起草。

　　本标准的某些内容可能涉及专利。 本标准的发布机构不承担识别这些专利的责任。

　　本标准由中国电器工业协会提出并归口 。

　　本标准起草单位：中节能工程技术研究院有限公司、天津大学、山东京博石油化工有限公司、鑫达源(天津)电力工程有限公司、山西常村大成节能科技有限公司、山东创佳新能源科技有限公司、中国船舶重工集团有限公司第七一一研究所、国家电投集团综合智慧能源科技有限公司、天津博帆科技发展有限公司、河北工业大学、天津商业大学、天津城建大学、天大环能(天津)工程科技有限公司。

　　本标准主要起草人：李云玉、张于峰、王耀伟、晋振东、朱彩飞、邓娜、于晓慧、董胜明、贺中禄、张彦、姚胜、林健、栾辉宝、栾波、王万惠、党伟、叶晶、张彦禹、郑家远、杨振瑞、穆永超、胡晓微、李龙、金靖、薛江云。

　　GB/T 40286—202 1

　　低温双循环余热回收利用装置

　　性能测试方法

　　1 范围

　　本标准描述了低温双循环余热回收利用装置性能测试方法，包括术语和定义、符号、测试规定、测试准备、测试、测试数据整理和测试报告内容。

　　本标准适用于低温双循环余热回收利用装置(以下简称“装置”)的性能测试，其他同类装置的性能测试可参照执行。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件对于本文件的应用是必不可少的。 凡是注 日期的引用文件，仅注 日期的版本适用于本文件 。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

　　GB/T 755 旋转电机 定额和性能

　　GB/T 2624(所有部分) 用安装在圆形截面管道中的差压装置测量满管流体流量

　　GB/T 5773—2016 容积式制冷剂压缩机性能试验方法

　　GB/T 10870 蒸气压缩循环冷水(热泵)机组性能试验方法

　　GB/Z 18039 . 1 电磁兼容 环境 电磁环境的描述和分类

　　GB/T 18430 . 1—2007 蒸气压缩循环冷水(热泵)机组 第 1 部分：工业或商业用及类似用途的冷水(热泵)机组

　　GB/T 37819—2019 低温余热双循环发电装置

　　GB/T 50050 工业循环冷却水处理设计规范

　　GB 50588—2017 水泥工厂余热发电设计标准

　　DL/T 448—2016 电能计量装置技术管理规程

　　DL/T 5137 电测量及电能计量装置设计技术规程

　　3 术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件。

　　3.1

　　低温双循环余热回收利用装置 bi-circulationunitforlow-temperaturewasteheatrecoveryanduti- lization

　　由蒸发器、膨胀机、冷凝器、工质泵等组成，且能够将低温热能转换为电能或机械能的装置(系统示意图见图 1) 。

　　GB/T 40286—202 1

　　图 1 低温双循环余热回收利用装置系统示意图

　　3.2

　　有机工质 organicworkingfluid

　　装置内实现低温热能向电能或机械能转化的低沸点有机介质。

　　3.3

　　电能计量装置 electricenergymeasurementdevice

　　由各种类型的电能表或与计量用电压、电流互感器(或专用二次绕组)及其二次回路相连接组成的用于计量电能的装置。

　　3.4

　　输入功率 electricpowerinput

　　装置运行时，所必需的电功率。

　　3.5

　　输出轴功率 shaftpoweroutput

　　装置运行时，膨胀机向外输出的轴功率。

　　3.6

　　发电功率 electricpoweroutput

　　装置运行时，向外输出的电功率。

　　3.7

　　吸热量 heatpowerabsorbedfrom low-temperatureheatsources

　　单位时间内，装置从热源介质吸收的热量。

　　3.8

　　放热量 heatpowerreleasedtocoldsources

　　单位时间内，装置向冷源介质放出的热量。

　　3.9

　　测试工况 testingcondition

　　用于评估装置性能而设定的测试条件。

　　3 . 10

　　热功转化效率 thermalefficiency

　　在测试工况下和规定测试周期内，装置的输出轴功率与输入功率之差同装置吸热量之比。

　　3 . 1 1

　　热电转化效率 thermoelectricconversionefficiency

　　在测试工况下和规定测试周期内，装置的发电功率与输入功率之差同装置吸热量之比。

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　　3 . 12

　　汽态余热 vaporwasteheat

　　换热过程中存在凝结换热现象的余热。

　　4 符号

　　下列符号适用于本文件。

　　Ac —冷凝器外表面积，单位为平方米(m2 ) ;

　　Ae —蒸发器外表面积，单位为平方米(m2 ) ;

　　Af —蒸发器至膨胀机，膨胀机至冷凝器段的辅助设备外表面积，单位为平方米(m2 ) ;

　　cp —平均温度下冷源或热源介质的定压比热容，单位为焦耳每千克摄氏度[J/(kg · ℃ )] ;

　　ha —蒸发器出口有机工质的比烙，单位为焦耳每千克(J/kg) ;

　　hd —蒸发器进口有机工质的比烙，单位为焦耳每千克(J/kg) ;

　　h1 —蒸发器侧热源介质的进口烙值，单位为焦耳每千克(J/kg) ;

　　h2 —蒸发器侧热源介质的出口烙值，单位为焦耳每千克(J/kg) ;

　　Kc —冷凝器外表面与环境空气之间的传热系数，单位为瓦每平方米摄氏度[W/(m2 · ℃ )] ;

　　Ke —蒸发器外表面与环境空气之间的传热系数，单位为瓦每平方米摄氏度[W/(m2 · ℃ )] ;

　　Kf — 蒸发器至膨胀机，膨胀机至冷凝器段的辅助设备外表面与环境空气之间的传热系数，单位为瓦每平方米摄氏度[W/(m2 · ℃ )] ;

　　Mg — 由流量计测得的气体有机工质和润滑油混合物的质量流量，单位为千克每秒(kg/s) ;

　　Ml — 由流量计测得的液体有机工质和润滑油混合物的质量流量，单位为千克每秒(kg/s) ;

　　Pin — 装置的输入功率，单位为瓦(W) ;

　　Pout — 装置的发电功率，单位为瓦( W ) ;

　　Ps — 装置的输出轴功率，单位为瓦(W) ;

　　Qc —装置冷凝器侧的放热量，单位为瓦(W) ;

　　Qc, r —冷凝器传入环境的热量修正值，单位为瓦(W) ;

　　Qe —装置蒸发器侧的吸热量，单位为瓦(W) ;

　　Qe, r —蒸发器传入环境的热量修正值，单位为瓦(W) ;

　　Qs, r —蒸发器至膨胀机，膨胀机至冷凝器段的辅助设备向环境空气放出的总热量，单位为瓦(W) ;

　　a —环境空气温度，单位为摄氏度(℃) ;

　　tc, m —冷凝器侧冷源介质进、出 口温度的平均值，单位为摄氏度(℃) ;

　　te, m —蒸发器侧热源介质进、出 口温度的平均值，单位为摄氏度(℃) ;

　　tf —蒸发器至膨胀机，膨胀机至冷凝器段的辅助设备表面平均温度，单位为摄氏度(℃) ;

　　t1 —蒸发器侧热源介质的进口温度，单位为摄氏度(℃) ;

　　t2 —蒸发器侧热源介质的出口温度，单位为摄氏度(℃) ;

　　t3 —冷凝器侧冷源介质的进口温度，单位为摄氏度(℃) ;

　　t4 —冷凝器侧冷源介质的出口温度，单位为摄氏度(℃) ;

　　αf —辅助设备表面传热系数，单位为瓦每平方米摄氏度[W/(m2 · ℃ )] ;

　　δf —辅助设备表面隔热材料厚度，单位为米(m) ;

　　ηout —热电转换效率;

　　ηs —热功转化效率;

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　　λf —辅助设备表面隔热材料导热系数，单位为瓦每米摄氏度[W/(m · ℃ )] ;

　　ρ —平均温度下冷源或热源介质的密度，单位为千克每立方米(kg/m3 ) ;

　　ω —有机工质和润滑油的混合溶液中，有机工质与混合液的质量比。

　　5 测试规定

　　5 . 1 装置测试时应采用两种不同方法同时测量，分别定义为 X 法和 Y 法，X 法和 Y 法的选择原则见

　　7 . 3 。

　　5 . 2 X法和 Y法测试结果之间的偏差应在 ±8%以内，并以 X法和 Y法测量结果的平均值为准。

　　5 . 3 装置测试时，系统应达到热平衡状态，测试时间应不少于 2 h。

　　5 . 4 装置测试时，应满足装置的冷、热源额定流量。

　　5 . 5 装置测试时应为装置提供满足表 1 规定的温度条件。

　　表 1 装置测试工况温度条件

　　5 . 6 测量数据的记录应在测试工况稳定 0 . 5 h后，每隔 15 min 测量记录一次，直至连续三次的测量数据符合表 1 的规定为止，第一次测量至第三次测量记录的时间称为测试周期。

　　5 . 7 装置在测试工况下应能连续运转，各紧固件应无松动。

　　6 测试准备

　　6 . 1 测试环境条件

　　测试环境条件应满足：

　　— 海拔不超过 1 000 m ;

　　— 最高环境温度不超过 40 ℃ ;

　　— 在海拔超过 1 000 m 或环境空气温度高于 40 ℃的条件下进行测试时，应按 GB/T 755 规定执行。

　　6 . 2 装置状态及要求

　　6.2. 1 装置的一般性要求应符合 GB/T 37819—2019 中 5.1.2~5.1.15 的规定。

　　GB/T 40286—202 1

　　6 . 2 . 2 装置的安全性要求应符合 GB/T 37819—2019 中 5 . 3 的规定。

　　6 . 2 . 3 装置的气密性要求应符合 GB/T 18430 . 1—2007 中的规定。

　　6 . 3 测试系统要求

　　6 . 3 . 1 测试系统应使用合格的测量仪器，完成温度、压力、流量、电工、时间、质量、噪声、转速、功率等测量，测量仪表应符合 6 . 4 的规定。

　　6 . 3 . 2 测试系统的测试设备和仪表不应妨碍装置的正常运转和操作。

　　6 . 3 . 3 测 试 系 统 使 用 的 热 源 和 冷 源 介 质 的 清 洁 度 和 腐 蚀 性 应 符 合 装 置 要 求，且 水 质 应 符 合GB/T 50050的规定。

　　6 . 3 . 4 测试系统应具备电力安全并网和解裂功能，其电力系统设计标准应符合 GB 50588—2017 中第12 章的规定。

　　6 . 3 . 5 测试系统应配置电能计量装置，其设计应满足 DL/T 5137 的要求。

　　6 . 3 . 6 测试系统的周围不应有干扰测试的因素，测试场所的电磁环境应符合 GB/Z 18039 . 1 的要求。

　　6 . 3 . 7 测试系统在停用时应注意防冻。

　　6 . 4 测试仪表要求

　　6 . 4 . 1 一般规定

　　6 . 4 . 1 . 1 测试用的仪表类型，可采用一种或数种进行测量。

　　6 . 4 . 1 . 2 测试用仪表应在有效使用期内，由国家计量部门进行检测并校正合格。

　　6 . 4 . 1 . 3 测量仪表的安装和使用方法应符合 GB/T 10870 中的规定。

　　6 . 4 . 2 温度测量仪表及要求

　　6 . 4 . 2 . 1 温度测量仪表

　　温度测量仪表有：玻璃水银温度计、电阻温度计、热电偶和半导体温度计。

　　6 . 4 . 2 . 2 温度测量仪表精度

　　测量如下参数的仪器准确度为：

　　a) 装置冷、热源的进、出口温度：±0 . 1 ℃ ;

　　b ) 液态有机工质温度：±0 . 1 ℃ ;

　　c) 其他温度：±0 . 2 ℃ 。

　　6 . 4 . 2 . 3 温度测量要求

　　温度测量时应满足下列要求：

　　a) 温度计套管采用薄壁钢管或不锈钢薄壁管，垂直插入流体(温度计套管的尺寸不使气流受到明显影响)，管径较小时可斜插逆流或用测温管，插入深度为 1/2 管道直径;

　　b ) 在用于测量冷、热源的进、出口温差时，宜在每次读数之后，交换进、出口温度计进行测量，以提高测量准确度;

　　c) 在管壁外测量温度时，应设置保温措施，以提高测量准确度。

　　6 . 4 . 3 压力测量仪表及要求

　　6 . 4 . 3 . 1 压力测量仪表

　　压力测量仪表有：弹簧管式压力表、压力传感器、U 型管压差计和水银柱大气压力计等。

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　　6 . 4 . 3 . 2 压力测量仪表精度

　　所有压力测量仪表，其绝对压力读数或压差读数的准确度为 ±1%。

　　6 . 4 . 3 . 3 压力测量要求

　　压力测量时应满足下列要求：

　　a) 测量压力为绝对压力时，应按测试时当地大气压力值进行修正(用水银大气压力计测量大气压力时，读数应做温度修正，或以当地气象参数为准);

　　b ) U 型管压差计的玻璃管内径不小于 6 mm。

　　6 . 4 . 4 流量测量仪表及要求

　　6 . 4 . 4 . 1 流量测量仪表

　　流量测量仪表有：流量节流装置、液体计量容器和液体质量或体积流量计等。

　　6 . 4 . 4 . 2 流量测量仪表精度

　　测量如下参数的仪器准确度为：

　　a) 液态流量：±1% ;

　　b ) 汽态余热介质流量、气体流量：±2%。

　　6 . 4 . 4 . 3 流量测量要求

　　流量测量时应满足下列要求：

　　a) 流量节流装置的设计、制造、安装与计算应按照 GB/T 2624(所有部分)的规定;

　　b ) 流量节流装置的压差读数应不小于 250 mm 液柱高度。

　　6 . 4 . 5 电工测量仪表和精度

　　6 . 4 . 5 . 1 电工测量仪表

　　电工测量仪表有：功率表、电流表、电压表、功率因数表、频率表、互感器、耐电压检验装置。

　　6 . 4 . 5 . 2 电工测量仪表精度

　　电工测量仪表应符合 DL/T 448—2016 中第 5 . 3 级准确度等级的要求。 其中：

　　a) 功率表：指示式 0 . 5 级，积算式 1 级 ;

　　b ) 电流表、电压表、功率因数表和频率表：0 . 5 级 ;

　　c) 互感器：0 . 2 级 ;

　　d) 耐电压检验装置：2 级 。

　　6 . 4 . 6 时间测量仪表精度

　　时间测量仪表的准确度为 ±0 . 1%。

　　6 . 4 . 7 重量(质量)测量仪表精度

　　重量(质量)测量仪表的准确度为 ±0 . 2%。

　　6 . 4 . 8 噪声测量仪表精度

　　噪声测量仪表的准确度为 ±2%。

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　　6 . 4 . 9 转速测量仪表和精度

　　6 . 4 . 9 . 1 转速测量仪表

　　转速测量仪表有：转速计数器、转速表、闪光测频仪等。

　　6 . 4 . 9 . 2 转速测量仪表精度

　　转速测量仪表的准确度为 ±2%。

　　6 . 4 . 10 轴功率测量仪表和精度

　　6 . 4 . 10 . 1 轴功率测量仪表

　　轴功率测量仪表有：转矩转速仪、天平式测功机、标准电动机等。

　　6 . 4 . 10 . 2 轴功率测量仪表精度

　　轴功率测量仪表的准确度为 ±1 . 5%。

　　7 测试

　　7 . 1 测试要求

　　装置的测试方法共有 4 种，测试时应选择其中的 2 种，记为 X法和 Y法，在每个测试周期内应测量报告(见 8 . 2)中所规定的数据，以及每种测试方法所要求的附加数据。 4 种测试方法如下：

　　a) 方法 A：热源介质法(见 7 . 5) ;

　　b ) 方法 B：装置热平衡法(见 7 . 6) ;

　　c) 方法 C：液体有机工质流量计法(见 7 . 7) ;

　　d) 方法 D：气体有机工质流量计法(见 7 . 8) 。

　　7 . 2 测试方法 X 法和 Y 法的选择

　　方法 A、B、C 和 D 中任何一种均可作为 X法使用。

　　除以下几点外，任何一种试验方法均可作为 Y法使用。

　　a) 被作为 X法的测试方法;

　　b ) 测量的量与 X法相同的任一种方法，例如：方法 C、D不能同时作为 X法和 Y法。

　　7 . 3 测试方法 X 法和 Y 法的组合

　　表 2 给出了 X法和 Y法的组合方式。

　　表 2 X 法和 Y 法的组合

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　　7 . 4 测试参数规定

　　7 . 4 . 1 测试时测试参数极限偏差按表 3 规定。

　　表 3 测试参数极限偏差

　　7 . 4 . 2 测试装置冷、热源的进、出口温差在标定或测试时，应不小于 5 ℃ 。

　　7 . 5 方法 A：热源介质法

　　7 . 5 . 1 测试系统

　　测试系统(如图 2)应能满足热源的温度、流量、压力等测试条件，在测试装置热源侧进、出口处设置流量调节阀门;气(汽)态余热回收利用装置测试时，还应能提供满足热源湿度(干度)测试条件的附加测试装置。

　　图 2 方法 A：热源介质法系统示意图

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　　7 . 5 . 2 测试要求

　　7 . 5 . 2 . 1 热源侧进、出口温度及流量的允许偏差应符合表 3 的规定。

　　7 . 5 . 2 . 2 冷源侧进、出口温度及流量的允许偏差应符合表 3 的规定。

　　7 . 5 . 2 . 3 工质泵电源电压、频率及发电电压、频率应符合表 3 的规定。

　　7 . 5 . 3 装置吸热量的计算

　　装置蒸发器侧吸热量按式(1)计算：

　　7 . 6 方法 B：装置热平衡法

　　7 . 6 . 1 测试系统

　　测试系统(如图 3)在被测装置的冷源侧的进口处安装有流量测量装置，且进、出口管路设置流量调节阀门。

　　图 3 方法 B：装置热平衡法系统示意图

　　7 . 6 . 2 测试要求

　　7 . 6 . 2 . 1 热源侧进、出口温度及流量的允许偏差应符合表 3 的规定。

　　7 . 6 . 2 . 2 冷源侧进、出口温度及流量的允许偏差应符合表 3 的规定。

　　7 . 6 . 2 . 3 工质泵电源电压、频率及装置发电电压、频率应符合表 3 的规定。

　　7 . 6 . 3 装置放热量的计算

　　装置冷凝器侧的放热量按式(4)计算：

　　Qc =cpρqv(t4 -t3) + Qc, r ………………………………( 4 )

　　…………………………( 8 )

　　7 . 7 方法 C：液体有机工质流量计法

　　7 . 7 . 1 测试系统

　　7 . 7 . 1 . 1 流量计安装在储液器或冷凝器(无储液器时)出口与工质泵之间的液体管道中，流量计的安装应符合 GB/T 2624(所有部分)。

　　7 . 7 . 1 . 2 测试系统(如图 4) 在储液器或冷凝器(无储液器时)出口与工质泵之间应预留接口，供安装测量用设备。

　　7 . 7 . 1 . 3 测试时，应提供为测含油量而抽取有机工质-润滑油混合物样品的设备。

　　图 4 方法 C：液体有机工质流量计法系统示意图

　　7 . 7 . 2 测试要求

　　7 . 7 . 2 . 1 进入流量计的有机工质过冷度不小于 3 ℃ 。

　　7 . 7 . 2 . 2 测试时应记录以下附加数据：

　　a) 流量计进口有机工质温度;

　　b ) 蒸发器进口有机工质的温度、压力;

　　c) 蒸发器出口有机工质的温度、压力。

　　7 . 7 . 4 含油量的测定

　　有机工质-润滑油混合物液体含油量的测定按 GB/T 5773—2016 中附录 A 的规定。

　　7 . 8 方法 D：气体有机工质流量计法

　　7 . 8 . 1 测试系统

　　7 . 8 . 1 . 1 流量计安装在蒸发器与膨胀机之间的管道上，为减少和消除有机工质气体流量的脉动，在相应管道上应装设脉动缓冲器，流量计的安装应符合 GB/T 2624(所有部分)。

　　7 . 8 . 1 . 2 在蒸发器出口与膨胀机之间应预留接口，供安装测量用设备，系统示意图如图 5 。

　　7 . 8 . 1 . 3 测试时，应提供为测含油量而抽取有机工质-润滑油混合物样品的设备。

　　图 5 方法 D：气体有机工质流量计法系统示意图

　　7 . 8 . 2 测试要求

　　7 . 8 . 2 . 1 测试时应记录以下附加数据：

　　a) 蒸发器进口有机工质的温度、压力;

　　b ) 蒸发器出口有机工质的温度、压力。

　　7 . 8 . 2 . 2 测试时，为减少流量计的测量误差，应设置有效的油分离装置，使流经流量计的有机工质气体中含油量不超过 1 . 5% 。

　　7 . 8 . 3 装置的吸热量按式(10)计算

　　Qe =WMg(ha -hd) …………………………( 10 )

　　7 . 8 . 4 含油量的测定

　　有机工质-润滑油混合物液体含油量的测定按 GB/T 5773—2016 中附录 A 的规定。

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　　7 . 9 功率的测试方法

　　7 . 9 . 1 装置输入功率

　　装置输入功率 Pin 为工质泵的平均输入功率，可由电工测量设备直接读数得到。

　　7 . 9 . 2 装置输出轴功率

　　装置的输出轴功率 Ps 可由转矩转速仪或测功机直接测量得到。

　　7 . 9 . 3 装置发电功率

　　装置发电功率 Pout 可由测量周期内电工测量设备直接读数得到。

　　7 . 10 转化效率的评定

　　7 . 10 . 1 热功转化效率

　　装置的热功转化效率由式(11)确定：

　　…………………………( 11 )

　　…………………………( 12 )

　　8 测试数据整理和测试报告内容

　　8 . 1 测试数据整理

　　8 . 1 . 1 有机工质参数值

　　有机工质物理性质参数值应采用现行的有机工质热物理性质表和图。

　　8 . 1 . 2 测试数据

　　所有测量数据应采用测试周期内连续三次测得的平均值，宜作不确定度分析。

　　8 . 2 测试报告内容

　　8 . 2 . 1 一般数据包括：

　　a) 测试日期、地点、人员、启动时间、结束时间和测量时间;

　　b ) 装置型号和出厂编号;

　　c) 装置额定发电功率;

　　d) 冷、热源类型;

　　e) 有机工质和润滑油;

　　f) 环境温度。

　　8 . 2 . 2 测试工况为：

　　a) 热源侧的进口温度;

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　　b ) 冷源侧的进口温度。

　　8 . 2 . 3 测试方法为：

　　a) X法 ;

　　b ) Y法 。

　　8 . 2 . 4 测试结果及平均值包括：

　　a) 热源介质的进、出口温度、流量;

　　b ) 冷源介质的进、出口温度、流量;

　　c) 有机工质循环侧蒸发压力、冷凝压力和循环流量;

　　d) 装置输入电压、电流和功率;

　　e) 装置的发电机输出电流、电压、频率或输出轴功率;

　　f) 其他数据(根据所用的测试方法，应需要一些附加数据)。

　　8 . 2 . 5 计算结果包括：

　　a) 装置吸热量;

　　b ) 装置发电功率或输出轴功率;

　　c) 装置热电转换效率或热功转化效率;

　　d) X法和 Y法测试的偏差。

　　8 . 2 . 6 其他内容包括：

　　a) 测试单位、测试负责人签章;

　　b ) 委托单位信息，包括名称和单位地址;

　　c) 检测结论;

　　d) 检测报告书编号、页数;

　　e) 测试数据后应有数据单位。

　　8 . 3 测试报告书

　　测试报告书宜采用“测试报告书模版”格式，测试报告书模版参见附录 A。

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　　附 录 A

　　(资料性附录)测试报告书模板

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