ISO/WD 24678-5

Fire safety engineering — Requirements governing algebraic formulae — Part 5: Vent flows

Ingénierie de la sécurité incendie — Exigences régissant les formules algébriques — Partie 5: Ecoulements au travers d'une ouverture

General Information

• Status: Published
• ICS: 13.220.01 - Protection against fire in general
• Technical Committee: ISO/TC 92/SC 4 - Fire safety engineering
• Drafting Committee: ISO/TC 92/SC 4/WG 9 - Calculation methods for FSE
• Current Stage: 5000 - FDIS registered for formal approval
• Start Date: 20-Jan-2023
• Completion Date: 14-Feb-2023

Relations

• Revises: ISO 16737:2012 - Fire safety engineering — Requirements governing algebraic equations — Vent flows
• Effective Date: 19-Dec-2015

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Fire safety engineering — Requirements governing
algebraic formulae —
Part 5:
Vent flows

Ingénierie de la sécurité incendie — Exigences régissant les formules algébriques —

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Partie 5: Ecoulements au travers d'une ouverture
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Contents Page

Foreword ........................................................................................................................................................................................................................................iv

Introduction .................................................................................................................................................................................................................................v

1 Scope ................................................................................................................................................................................................................................. 1

2 Normative references ..................................................................................................................................................................................... 1

3 Terms and Definitions ...................................................................................................................................................................................1

4 Requirements governing description of physical phenomena ........................................................................... 1

5 Requirements governing calculation process ...................................................................................................................... 2

6 Requirements governing limitations ............................................................................................................................................. 2

7 Requirements governing input parameters ........................................................................................................................... 2

8 Requirements governing domain of applicability ........................................................................................................... 2

9 Example of documentation ....................................................................................................................................................................... 2

Annex A (informative) Formulae for vent flows ...................................................................................................................................... 3

Annex B (informative) Examples of flow coefficient values ....................................................................................................38

Bibliography .............................................................................................................................................................................................................................41

iii
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ISO/DIS 24678-5:2022(E)
Foreword

ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards

bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out

through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical

committee has been established has the right to be represented on that committee. International

organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.

ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of

electrotechnical standardization.

The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are

described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the

different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the

editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).

Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of

patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of

any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or

on the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents).

Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not

constitute an endorsement.

For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and

expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to

the World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see

www.iso.org/iso/foreword.html.

This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 92, Fire Safety, Subcommittee SC 4, Fire

Safety Engineering.

This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 16737:2006), which has been technically

revised.
The main changes compared to the previous edition are as follows:
— the main body was simplified by referring to Part 1 of this standard;
— the former Annexes A and B were merged into new Annex A;
— comaprisons with experimental data were added in Annex A;
— new Annex B was added to describe the examples of flow coefficient values;
A list of all parts in the ISO 24678 series can be found on the ISO website.

Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A

complete listing of these bodies can be found at www.iso.org/members.html.
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ISO/DIS 24678-5:2022(E)
Introduction

This document is intended to be used by fire safety practitioners involved with fire safety engineering

calculation methods. It is expected that the users of this document are appropriately qualified and

competent in the field of fire safety engineering. It is particularly important that the users understand

the parameters within which particular methodologies can be used.

Algebraic formulae conforming to the requirements of this standard are used with other engineering

calculation methods during a fire safety design. Such a design is preceded by the establishment of a

context, including the fire safety goals and objectives to be met, as well as performance criteria when

a trial fire safety design is subject to specified design fire scenarios. Engineering calculation methods

are used to determine if these performance criteria are met by a particular design and if not, how the

design needs to be modified.

The subjects of engineering calculations include the fire safety design of entirely new built

environments, such as buildings, ships or vehicles as well as the assessment of the fire safety of existing

built environments.

The algebraic formulae discussed in this standard can be useful for estimating the consequences of

design fire scenarios. Such formulae are valuable for allowing the practitioner to quickly determine

how a proposed fire safety design needs to be modified to meet performance criteria and to compare

among multiple trial designs. Detailed numerical calculations can be carried out until the final

design documentation. Examples of areas where algebraic formulae have been applicable include

determination of convective and radiative heat transfer from fire plumes, prediction of ceiling jet flow

properties governing detector response times, calculation of smoke transport through vent openings,

and analysis of compartment fire hazards such as smoke filling and flashover. However, the simple

models often have stringent limitations and are less likely to include the effects of multiple phenomena

occurring in the design fire scenarios.

The general principles are described in ISO 23932-1, which provides a performance-based methodology

for engineers to assess the level of fire safety for new or existing built environments. Fire safety is

evaluated through an engineered approach based on the quantification of the behaviour of fire and

based on knowledge of the consequences of such behaviour on life safety, property and the environment.

ISO 23932-1 provides the process (i.e., necessary steps) and essential elements to conduct a robust

performance-based fire safety design.

ISO 23932-1 is supported by a set of fire safety engineering International Standards and Technical

Specifications available on the methods and data needed for the steps in a fire safety engineering design

summarized in Figure 1 (taken from ISO 23932-1:2018, Clause 4). This set of documents is referred to

as the Global fire safety engineering analysis and information system. This global approach and system

of standards provides an awareness of the interrelationships between fire evaluations when using

the set of fire safety engineering documents. The set includes ISO 16732-1, ISO 16733-1, ISO 16734,

ISO 16735, ISO 16736, ISO 16737, ISO 24678, ISO/TS 24679, ISO 16730-1, ISO/TS 29761, ISO/TS 13447,

and other supporting Technical Reports that provide examples of and guidance on the application of

these documents.

Each document supporting the global fire safety engineering analysis and information system includes

language in the introduction to tie that document to the steps in the fire safety engineering design

process outlined in ISO 23932-1. ISO 23932-1 requires that engineering methods be selected properly to

predict the fire consequences of specific scenarios and scenario elements. (ISO 23932:2018, Clause 12)

Pursuant to the requirements of ISO 23932-1, this document provides the requirements governing

algebraic formulae for fire safety engineering. This step in the fire safety engineering process is shown

as a highlighted box in Figure 1 and described in ISO 23932-1.
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ISO/DIS 24678-5:2022(E)
See also ISO/TR 16576 (Examples).
See also ISO 16732-1, ISO 16733-1, ISO/TS 29761.
See also ISO 16732-1, ISO 16733-1, ISO/TS 29761.

See also ISO/TS 13447, ISO 16730-1, ISO/TR 16730-2 to 5 (Examples), ISO 16735, ISO 16736, ISO 16737,

ISO/TR 16738, ISO 24678.
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ISO/DIS 24678-5:2022(E)
See also ISO/TR 16738, ISO 16733-1.

NOTE Documents linked to large parts of the fire safety engineering design process: ISO 16732-1,

ISO 16733-1, ISO 24678, ISO/TS 24679-1, ISO/TS 29761, ISO/TR 16732-2 and ISO/TR 16732-3 (Examples),

ISO/TR 24679-2, ISO/TR 24679- 4, ISO/TR 24679-5 and ISO/TR 24679-6 (Examples).

Figure 1 — Flow chart illustrating the fire safety engineering design process (from

ISO 23932-1:2018)
vii
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DRAFT INTERNATIONAL STANDARD ISO/DIS 24678-5:2022(E)
Fire safety engineering — Requirements governing
algebraic formulae —
Part 5:
Vent flows
1 Scope

This document specifies the requirements governing the application of explicit algebraic formula sets

to the calculation of specific characteristics of vent flows.
2 Normative references

The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content

constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For

undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.

ISO 13943:2017, Fire safety — Vocabulary

ISO 24678-1:2019, Fire safety engineering — Requirements governing algebraic formulae — Part 1:

General requirements
3 Terms and Definitions

For the purpose of this document, the terms and definitions given in ISO 13943 and the following

applies.

ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:

— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at https:// www .electropedia .org/
3.1
vent

an opening in an enclosure boundary through which air and smoke can flow as a result of naturally- or

mechanically-induced forces
3.2
vent flows
the flows of smoke or air through a vent in an enclosure boundary
4 Requirements governing description of physical phenomena

4.1 The requirements governing the description of physical phenomena as specified in ISO 24678-1

apply, in addition to the requirements specified in the following subclauses.

4.2 The buoyant flow through a vent is a complex thermo-physical phenomenon that can be highly

transient or nearly steady-state. Vent flows may contain regions involved in flaming combustion and

regions where there is no combustion taking place. In addition to buoyancy, vent flows can be influenced

by dynamic forces due to external wind or mechanical fans.
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ISO/DIS 24678-5:2022(E)

4.3 Physical phenomena, e.g., natural vent flow, mechanical smoke exhaust, pressurization smoke

control, to which specific formulae apply shall be clearly identified.
5 Requirements governing calculation process

The requirements specified in ISO 24678-1 governing the calculation process apply.

6 Requirements governing limitations
The requirements specified in ISO 24678-1 governing limitations apply.
7 Requirements governing input parameters
The requirements specified in ISO 24678-1 governing input parameters apply.
8 Requirements governing domain of applicability

The requirements specified in ISO 24678-1 governing domain of applicability apply.

9 Example of documentation

An Example of documentation meeting the requirements in clauses 4 to 8 is provided in Annex A.

Annex B contains examples of flow coefficient values to be used as input to calculations of vent flow.

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Annex A
(informative)
Formulae for vent flows
A.1 Scope

This Annex is intended to document the methods to calculate mass flow rate through vents. The formula

set covers the flow through vents connecting two enclosures with the same temperature, with uniform

but different temperatures, with two-layered temperature profiles.
A.2 Terms and definitions used in this Annex

The terms and definitions defined in the main body apply in addition to the followings:

A.2.1
boundary
A surface that defines the extent of an enclosure
A.2.2
datum

the elevation used as the reference elevation for evaluation of hydrostatic pressure profiles

A.2.3
enclosure
a room, space or volume that is bounded by surfaces
A.2.4
flow coefficient

an empirical efficiency factor that accounts for the difference between the actual and the theoretical

flow rate through a vent
A.2.5
hydrostatic pressure
the atmospheric pressure profile associated with height
A.2.6
neutral plane height

the elevation at which the pressure inside an enclosure is the same as the pressure outside the enclosure

A.2.7
pressure difference

the difference between the pressure inside an enclosure and outside the enclosure at a specified

elevation
A.2.8
quasi-steady state

the assumption that the full effects of heat release rate changes at the fire source are felt everywhere in

the flow field immediately
A.2.9
smoke

the airborne solid and liquid particulates and gases evolved when a material undergoes pyrolysis or

combustion, together with the quantity of air that is entrained or otherwise mixed into the mass

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ISO/DIS 24678-5:2022(E)
A.2.10
smoke layer

the relatively homogeneous volume of smoke that forms and accumulates beneath the boundary having

the highest elevation in an enclosure as a result of a fire, also referred to as the hot upper layer and the

hot gas layer
A.2.11
Smoke layer height

the elevation of the smoke layer interface relative to a reference elevation, typically the lowest boundary

of the enclosure. Also referred to as the interface position
A.3 Symbols and abbreviated terms used in this Annex
A equivalent area of muitiple seral vents (m)
A area of vent connecting enclosures i and j (m )
B equivalent width of muitiple seral vents (m)
B width of vent connecting enclosures i and j (m)
c specific heat of air and smoke (kJ/kg·K)
C flow coefficient (-)
g gravity acceleration (m/s )
h height above the datum (m)
h height of vent connecting enclosures i and j
h height of lower edge of vent above the datum (m)
h height of the bottom of middle segment above the datum (m)
h neutral plane height above the datum (m)
h height of the bottom of top segment above the datum (m)
h height of upper edge of vent above the datum (m)
H enthalpy flux from enclosure i to enclosure j (kW)
max(x ,x ) maximum of x and x
1 2 1 2
min(x , x ) minimum of x and x
1 2 1 2
p (h) pressure in enclosure i at height h above the datum (Pa)
q mass flow rate of smoke or air from enclosure i to j (kg/s)
m,ij
q mass flow rate of smoke or air from enclosure i to j through bot-
m,ij,b
tom segment (kg/s)
q mass flow rate of smoke or air from enclosure i to j through mid-
m,ij,m
dle segment (kg/s)
q mass flow rate of smoke or air from enclosure i to j through top
m,ij,t
segment (kg/s)
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ISO/DIS 24678-5:2022(E)
q mass flux of chemical species from enclosure i to enclosure j
w,ij
(kg/s)
T reference temperature, typicall the outside temperature (K)
T temperature of enclosure i (K)
T air layer temperature in enclosure i (K)
a,i
T smoke layer temperature in enclosure i (K)
s,i
u flow velocity from enclosure i to enclosure j (m/s)
w mass fraction of chemical species in enclosure i (kg/kg)
ρ gas density of air layer in enclosure i (kg/m)
a,i
ρ gas density of smoke (or air) in enclosure i (kg/m )
ρ gas density of smoke (or air) in enclosure j (kg/m )
ρ gas density of smoke layer in enclosure i (kg/m )
s,i
ρ gas density of smoke (or air) at reference temperature (kg/m )
Δp (h) pressure difference between enclosure i and j at height h; that is,
p (h)-p (h), (Pa)
i j
Δp minimum pressure difference to cause uni-directional flow (Pa)
flood
ζ height used as an integration variable (m)
A.4 Description of physical phenomena addressed by the formula set
A.4.1 General descriptions of calculation method
A.4.1.1 Calculation procedure

The methods permit calculation of flows through vents in enclosure boundaries arising from pressure

differences that develop between an enclosure and adjacent spaces as a result of temperature

differences. Pressure differences may also result from fire gas expansion, mechanical ventilation, wind,

or other forces acting on the enclosure boundaries and vents, but these forces are not addressed in this

document. Given a pressure difference across a vent and the temperatures of the enclosures that the

vent connects, mass flow rate is calculated by using orifice flow theory.

The properties of an enclosure, such as smoke layer height, temperature, and other properties

are calculated by the principle of heat and mass conservation for the smoke layer as described in

[1]
ISO 24678-4 .
A.4.1.2 Vent flow properties to be calculated
Formulae provide the mass, enthalpy and chemical species flow rates.
A.4.2 Scenario elements to which the formula set is applicable

The set of formulae is applicable to quasi-steady state vent flows driven by buoyancy caused by fire.

Dynamic pressure effects, such as wind, are not considered. Methods to calculate vent flow conditions

are developed for two types of temperature profiles: One is a uniform temperature profile while

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ISO/DIS 24678-5:2022(E)
[1]

the other is a two-layered profile as calculated by ISO 24687-4. The calculation conditions are

summarized in Figure A.1.
Temperature Arrangement of vent(s) flow patterns
profile
Uniform (a) Single vent
Single layer (b) Single vertical vent
(general case, flow may be either uni-directional or
bi-directional)
(c) Single vertical vent
(special case, flow is bi-directional)
(d) Multiple vertical vents
(general case, flow may be either uni-directional or
bi-directional)
(e) Multiple vertical vents
(special case of two small vertical vents in one enclo-
sure, flow is bi-directional)
(f) Multiple serial vertical vents
(Combination of multiple serial vents into equivalent
single vent)
(g) Single horizontal vent
(stable uni-directional flow only)
Two layered (h) Single vertical vent
(general case, flow may be either uni-directional or
bi-directional)
(i) Multiple vertical vents
(general case, flow may be either uni-directional or
bi-directional)
Figure A.1 — Summary of calculation conditions of vent flows
A.4.3 Self-consistency of the formula set

The set of formulae provided in this Annex have been derived and reviewed by many researhers (see

clause A.6) to ensure that calculation results from different formulae in the set are consistent (i.e., do

not produce conflicts).
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ISO/DIS 24678-5:2022(E)
A.4.4 Standards and other documents where the formula set is used
[1]
ISO 24678-4 uses vent flow formulae to calculate smoke layer properties.
A.5 Formula-set documentation of calculation process
A.5.1 General aspects of vent flow
A.5.1.1 Classifications of vent flows

The velocity of flow through a vent is calculated according to the orifice flow theory based on application

of the Bernoulli's theory. Methods to calculate vent flows are developed for the conditions shown in

Figure A.2. For the case of vertical and horizontal vents, flow may be uni-directional or bi-directional.

Explicit formulae presented in this Annex are applicable to bi-directional and uni-directional flows

through vertical vents and uni-directional flow through horizontal vents. For horizontal vents, bi-

directional flow takes place when the pressure difference is small. No general formula is available in

this Annex because the flow is unstable.
uni-directional flows bi-directional flows
vertical vent
horizontal
vent
Figure A.2 — Classifications of vent flows
A.5.1.2 Orifice flow formula – uniform pressure difference over vent area

When uniform pressure difference is created by some actions such as mechanical fans, the mass flow

rate through the vent is given by:
qC==Au CA 2ρ Δp (A.1)
m,ij DijijD ij iij
where
Δp = p - p (A.2)
ij i j

It is assumed that the pressure difference across the vent is uniform over the entire vent area as shown

in Figure A.3.
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ISO/DIS 24678-5:2022(E)
Key
1 enclosure i
2 enclosure j
3 vent
4 stream lines
Figure A.3 — Streamlines and flow coefficient for isothermal orifice flow
A.5.1.3 General flow formula – non-uniform pressure difference over vent area

When a vertical temperature profile T (h) exists in enclosure i as shown in Figure A.4, the gas density ρ

i i
at height h above the datum is calculated by:
ρ T
353
ρ ()h =≈ (A.3)
Th() Th()

NOTE Smoke is approximated by an ideal gas whose property is identical to air at normal atmospheric

pressure.
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ISO/DIS 24678-5:2022(E)

The hydrostatic pressure in enclosure i is calculated by integrating gas density over height:

ph()=−pg()0 ρζ() dζ (A.4)
ii i
Hydrostatic pressure difference between enclosures i and j at height h is:
Δph()=−ph() ph()
ij ij
=−{(pp00)( )}−−ρζ() ρζ() gdζ (A.5)
ij ij
=Δp (()0 −−ρζ() ρζ() gdζ
ij ij
where the pressure difference at the datum is determined by:
Δpp()00=−() p ()0 (A.6)
ij ij

Flow through a vertical vent is calculated by applying the orifice flow theory to each vertical segment

of the vent. Given the hydrostatic pressure difference by (Formula A.5), mass flow rates between

enclosures are calculated by:
qC= Bp20ρς()max(Δ ()ςς,)d (A.7)
m,ij Di ij
qC=−Bp20ρζ()max( Δ ()ζζ,)d (A.8)
m,ji Dj ij
Key
1 enclosure i
2 enclosure j
Figure A.4 — Hydrostatic pressure difference between two adjacent enclosures
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ISO/DIS 24678-5:2022(E)

A.5.2 Flow through vent connecting two enclosures of uniform, identical temperature

A.5.2.1 Scenario element

A vent is connecting two enclosures i and j. The temperatures of both enclosures are unform and

identical. Pressure difference, Δp , is created across the vent as shown in Figure A.5.

Key
1 enclosure i
2 enclosure j

Figure A.5 — Pressure difference across vertical vent and corresponding flow in case of

uniform, identical temperature
A.5.2.2 Mass flow rate through a vent

When a pressure difference is imposed across a vent with a uniform temperature profile, the mass flow

rate is calculated by:
qC= Ap2ρ Δ (A.9)
m,ij Diji ij
Δpp=− p (A.10)
ij ij
353
ρ = (A.11)
A.5.2.3 Enthalpy flow rate through a vent
Enthalpy flow rate is calculated using the mass flow rate:
Hc=−()TT q (A.12)
ij pi 0 m,ij

NOTE Formula for enthalpy flow rate is not repeated in the following clauses but (Formula A.12) is applicable

to all the cases in this Annex.
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ISO/DIS 24678-5:2022(E)
A.5.2.4 Flow of chemical species through a vent

Flow rate of chemical species through vent is calculated using the mass flow rate:

q = w q (A.13)
w,ij i m,ij

NOTE Formula for flow rate of chemical species is not repeated in the following clauses but (Formula A.13)

is applicable to all the cases in this Annex.
A.5.3 Flow through single vertical vent connecting two enclosures of uniform but
different temperatures - general case
A.5.3.1 Scenario element

As shown in Figure A.6, flow patterns are classified in accordance with the neutral plane height. When

the neutral plane locates below the lower edge of the vent (h < h ), flow is unidirectional from enclosure

n l

i to j. When the neutral plane locates within the range of vent (h l n u

When the neutral plane locates above the upper edge of the vent (h < h ), flow is uni-directional from

u n
[2][3]
enclosure j to i .
Key
1 enclosure i
2 enclosure j
3 neutral plane

Figure A.6 — Pressure difference across a vertical vent and corresponding flow directions in

case of T >T , (ρ < ρ )
i j i j
A.5.3.2 Gas densities of enclosures
The gas densities of enclosures are calculated by:
353
ρ = (A.14)
353
ρ = (A.15)
...

PROJET DE NORME INTERNATIONALE
ISO/DIS 24678-5
ISO/TC 92/SC 4 Secrétariat: AFNOR
Début de vote: Vote clos le:
2022-07-08 2022-09-30
Ingénierie de la sécurité incendie — Exigences régissant
les formules algébriques —
Partie 5:
Ecoulements au travers d'une ouverture
Fire safety engineering — Requirements governing algebraic formulae —
Part 5: Vent flows
ICS: 13.220.01
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CONSIDÉRÉS DU POINT DE VUE DE LEUR
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POUVANT SERVIR DE RÉFÉRENCE DANS LA
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Numéro de référence
LES DESTINATAIRES DU PRÉSENT PROJET ISO/DIS 24678-5:2022(F)
SONT INVITÉS À PRÉSENTER, AVEC LEURS
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DE PROPRIÉTÉ DONT ILS AURAIENT
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ISO/DIS 24678-5:2022(F)
ISO/TC 92/SC 4
Date : 2022-09-30
ISO/DIS 24678-5:2022
ISO/TC 92/SC 4/GT 9
Secrétariat : AFNOR
Ingénierie de la sécurité incendie — Exigences régissant les formules
algébriques — Partie 5 : Écoulements au travers d’une ouverture

Fire Safety Engineering — Requirements governing algebraic formulae — Part 5: Vent Flows

ICS : 13.220.01
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Langue du document: F
Publié en Suisse
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ISO/DIS 24678-5:2022(F)
Sommaire Page

Avant-propos ................................................................................................................................................................. iv

Introduction ..................................................................................................................................................................... v

1 Domaine d’application ...................................................................................................................................1

2 Références normatives ..................................................................................................................................1

3 Termes et définitions .....................................................................................................................................1

4 Exigences régissant la description des phénomènes physiques ....................................................1

5 Exigences régissant le processus de calcul .............................................................................................2

6 Exigences régissant les limites ...................................................................................................................2

7 Exigences régissant les paramètres d’entrée ........................................................................................2

8 Exigences régissant le domaine d’application ......................................................................................2

9 Exemple de documentation .........................................................................................................................2

Annexe A (informative) Formules pour les écoulements au travers d’une ouverture ..........................3

Annexe B (informative) Exemples de valeurs de coefficient de débit ...................................................... 44

Bibliographie ................................................................................................................................................................ 48

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iii
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ISO/DIS 24678-5:2022(F)
Avant-propos

L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes

nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est

en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le

droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,

gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.

L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui

concerne la normalisation électrotechnique.

Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont

décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents

critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été

rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2

(voir www.iso.org/directives).

L’attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de

droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable

de ne pas avoir identifié de tels droits de brevets. Les détails concernant les références aux droits de

propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de l’élaboration du document sont

indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de brevets reçues par l’ISO

(voir www.iso.org/brevets).

Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données

pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un

engagement.

Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions

spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion

de l’ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles

techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant : www.iso.org/iso/fr/avant-propos.

Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 92, Sécurité au feu, sous-comité SC 4,

Ingénierie de la sécurité incendie.

Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 16737:2006), qui a fait l’objet d’une

révision technique.

Les principales modifications par rapport à l’édition précédente sont les suivantes :

— le corps principal du texte a été simplifié par l’introduction d’une référence à la Partie 1 de la

présente norme ;
— les anciennes Annexes A et B ont été fusionnées en une nouvelle Annexe A ;

— des comparaisons avec des données expérimentales ont été ajoutées à l’Annexe A ;

— une nouvelle Annexe B a été ajoutée pour décrire les exemples des valeurs de coefficient de débit.

Une liste de toutes les parties de la série ISO 24678 se trouve sur le site web de l’ISO.

Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent

document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes

se trouve à l’adresse www.iso.org/fr/members.html.
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ISO/DIS 24678-5:2022(F)
Introduction

Le présent document est destiné à être utilisé par les praticiens de la sécurité incendie impliqués dans

les méthodes de calcul utilisées dans l’ingénierie de la sécurité incendie. Il est attendu que les

utilisateurs du présent document possèdent une qualification et une compétence appropriées dans le

domaine de l’ingénierie de la sécurité incendie. Il est particulièrement important que les utilisateurs

comprennent les paramètres pour lesquels des méthodologies particulières peuvent être employées.

Les formules algébriques conformes aux exigences de la présente norme sont utilisées conjointement

avec d’autres méthodes de calcul d’ingénierie lors de la conception de la sécurité contre l’incendie. Cette

conception est précédée de la détermination d’un contexte, y compris les buts et objectifs de sécurité

contre l’incendie à atteindre, ainsi que de critères de performance lorsqu’un plan expérimental de

sécurité incendie est confronté à des scénarios d’incendie de dimensionnement spécifiés. Les méthodes

de calcul d’ingénierie sont utilisées pour déterminer si ces critères de performance seront satisfaits par

une conception donnée et, dans la négative, la manière dont la conception nécessite d’être modifiée.

Les aspects couverts par les calculs d’ingénierie incluent la conception de la sécurité incendie des

environnements bâtis entièrement neufs, par exemple les bâtiments, les navires ou les véhicules,

ainsi que l’évaluation de la sécurité incendie des environnements bâtis existants.

Les formules algébriques mentionnées dans la présente norme peuvent être utiles pour estimer les

conséquences des scénarios d’incendie de dimensionnement. Ces formules sont utiles dans la mesure

où elles permettent au praticien de déterminer rapidement la manière dont il est nécessaire de modifier

un plan de sécurité incendie proposé pour répondre aux critères de performance, et de le comparer

avec de multiples plans expérimentaux. Des calculs numériques détaillés peuvent être réalisés jusqu’à

l’étape de documentation de la conception finale. Les domaines dans lesquels des formules algébriques

se sont révélées applicables comprennent, par exemple, la détermination du transfert thermique

convectif et radiatif des panaches de feu, la prédiction des propriétés des écoulements en jet sous

plafond régissant les temps de réponse des détecteurs, le calcul du transport de la fumée dans les

ouvertures de ventilation et l’analyse des dangers d’un feu en compartiment tels que le remplissage par

la fumée et l’embrasement généralisé. Cependant, les modèles simples ont souvent des limites

contraignantes et sont moins susceptibles d’inclure les effets des multiples phénomènes qui se

produisent dans les scénarios d’incendie de dimensionnement.

Les principes généraux sont décrits dans l’ISO 23932-1, qui fournit une méthodologie axée sur les

performances permettant aux ingénieurs d’évaluer le niveau de sécurité incendie des environnements

bâtis neufs ou existants. La sécurité incendie est évaluée selon une approche d’ingénierie reposant sur

la quantification du comportement au feu et sur la connaissance des conséquences d’un tel

comportement sur les personnes, les biens et l’environnement. L’ISO 23932-1 décrit le processus

(à savoir, les étapes nécessaires) et les éléments essentiels pour mener à bien une conception de la

sécurité incendie robuste et axée sur les performances.

L’ISO 23932-1 s’appuie sur un ensemble de Normes internationales et de Spécifications techniques

relatives à l’ingénierie de la sécurité incendie, qui contiennent les méthodes et les données nécessaires

aux étapes de la conception d’un processus d’ingénierie de la sécurité incendie résumées à la Figure 1

(issue de l’ISO 23932-1:2018, Article 4). Cet ensemble de documents est appelé Système global

d’information et d’analyse de l’ingénierie de la sécurité incendie. Cette approche globale ainsi que le

système de normes permettent de mieux comprendre les interactions qui existent entre les évaluations

des incendies lorsque l’ensemble de documents relatif à l’ingénierie de la sécurité incendie est utilisé.

Cet ensemble comprend l’ISO 16732-1, l’ISO 16733-1, l’ISO 16734, l’ISO 16735, l’ISO 16736, l’ISO 16737,

l’ISO 24678, l’ISO/TS 24679, l’ISO 16730-1, l’ISO/TS 29761, l’ISO/TS 13447 ainsi que d’autres Rapports

techniques d’accompagnement qui fournissent des exemples et des recommandations relatives à

l’application de ces documents.
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ISO/DIS 24678-5:2022(F)

Chaque document se rapportant au système global d’information et d’analyse de l’ingénierie de la

sécurité incendie comprend, dans son introduction, du vocabulaire permettant de relier ledit document

aux étapes correspondantes du processus de conception en ingénierie de la sécurité incendie présenté

dans l’ISO 23932-1. L’ISO 23932-1 exige que les méthodes d’ingénierie soient sélectionnées de manière

appropriée afin de prédire les conséquences d’un incendie dans le cadre de scénarios et d’éléments de

scénario spécifiques (ISO 23932:2018, Article 12). Conformément aux exigences de l’ISO 23932-1,

le présent document spécifie les exigences régissant les formules algébriques liées à l’ingénierie de la

sécurité incendie. Cette étape du processus de l’ingénierie de la sécurité incendie est présentée dans

l’encadré grisé de la Figure 1 et décrite dans l’ISO 23932-1.
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ISO/DIS 24678-5:2022(F)
Voir également l’ISO/TR 16576 (exemples).
Voir également l’ISO 16732-1, l’ISO 16733-1, l’ISO/TS 29761.
Voir également l’ISO 16732-1, l’ISO 16733-1, l’ISO/TS 29761.

Voir également l’ISO/TS 13447, l’ISO 16730-1, l’ISO/TR 16730-2 à 5 (exemples), l’ISO 16735, l’ISO 16736,

l’ISO 16737, l’ISO/TR 16738, l’ISO 24678.
Voir également l’ISO/TR 16738, l’ISO 16733-1.

NOTE Documents liés à des parties importantes du processus de conception en ingénierie de la sécurité

incendie : ISO 16732-1, ISO 16733-1, ISO 24678, ISO/TS 24679-1, ISO/TS 29761, ISO/TR 16732-2 et

ISO/TR 16732-3 (exemples), ISO/TR 24679-2, ISO/TR 24679- 4, ISO/TR 24679-5 et ISO/TR 24679-6 (exemples).

Figure 1 — Diagramme illustrant le processus de conception en ingénierie de la sécurité

incendie (ISI) (issu de l’ISO 23932-1:2018)
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vii
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PROJET DE NORME INTERNATIONALE ISO/DIS 24678-5:2022(F)
Ingénierie de la sécurité incendie — Exigences régissant les
formules algébriques — Partie 5 : Écoulements au travers
d’une ouverture
1 Domaine d’application

Le présent document spécifie les exigences régissant l’application d’ensembles de formules algébriques

explicites pour le calcul de caractéristiques spécifiques des écoulements au travers d’une ouverture.

2 Références normatives

Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur

contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique.

Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y compris les

éventuels amendements).
ISO 13943:2017, Sécurité au feu — Vocabulaire.

ISO 24678-1:2019, Ingénierie de la sécurité incendie — Exigences régissant les formules algébriques —

Partie 1 : Exigences générales.
3 Termes et définitions

Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l’ISO 13943 ainsi que les

suivants s’appliquent.

L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en

normalisation, consultables aux adresses suivantes :

— ISO Online browsing platform : disponible à l’adresse https://www.iso.org/obp ;

— IEC Electropedia : disponible à l’adresse https://www.electropedia.org/.
3.1
ouverture (évent)

ouverture dans la limite physique d’une enceinte par laquelle l’air et la fumée peuvent s’écouler sous

l’action de forces induites naturellement ou mécaniquement
3.2
écoulements au travers d’une ouverture

écoulements de fumée ou d’air au travers d’une ouverture dans la limite physique d’une enceinte

4 Exigences régissant la description des phénomènes physiques

4.1 Les exigences régissant la description des phénomènes physiques spécifiées dans l’ISO 24678-1

s’appliquent, en complément des exigences spécifiées dans les paragraphes suivants.

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ISO/DIS 24678-5:2022(F)

4.2 L’écoulement flottant de fumée au travers d’une ouverture est un phénomène thermophysique

complexe qui peut être extrêmement transitoire ou quasi stationnaire. Les écoulements au travers

d’une ouverture peuvent comprendre des zones impliquées dans la combustion avec flamme et des

zones où il ne se produit pas de combustion. Outre la flottabilité, les écoulements au travers d’une

ouverture peuvent être influencés par des forces dynamiques dues au vent ou à des ventilateurs

mécaniques.

4.3 Les phénomènes physiques, tels qu’un écoulement naturel au travers d’une ouverture, un système

d’extraction mécanique de la fumée, un système de désenfumage par pressurisation, auxquels

s’appliquent des formules spécifiques doivent être clairement identifiés.
5 Exigences régissant le processus de calcul

Les exigences spécifiées dans l’ISO 24678-1 régissant le processus de calcul s’appliquent.

6 Exigences régissant les limites
Les exigences spécifiées dans l’ISO 24678-1 régissant les limites s’appliquent.
7 Exigences régissant les paramètres d’entrée

Les exigences spécifiées dans l’ISO 24678-1 régissant les paramètres d’entrée s’appliquent.

8 Exigences régissant le domaine d’application

Les exigences spécifiées dans l’ISO 24678-1 régissant le domaine d’application s’appliquent.

9 Exemple de documentation

Un exemple de documentation répondant aux exigences des Articles 4 à 8 est donné dans l’Annexe A.

L’Annexe B contient des exemples de valeurs de coefficient de débit à utiliser dans les calculs

d’écoulement au travers d’une ouverture.
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ISO/DIS 24678-5:2022(F)
Annexe A
(informative)
Formules pour les écoulements au travers d’une ouverture
A.1 Domaine d’application

La présente annexe est destinée à documenter les méthodes permettant de calculer le débit massique

au travers d’ouvertures. L’ensemble de formules couvre l’écoulement au travers d’ouvertures reliant

deux enceintes présentant la même température, des températures uniformes mais différentes, et des

profils de température à deux couches.
A.2 Termes et définitions utilisés dans la présente annexe

Les termes et définitions donnés dans le corps principal du présent document ainsi que les suivants

s’appliquent :
A.2.1
limite physique
surface qui définit l’étendue d’une enceinte
A.2.2
plan de référence

élévation utilisée comme élévation de référence pour l’évaluation des profils de pression hydrostatique

A.2.3
enceinte
pièce, espace ou volume limité par des surfaces
A.2.4
coefficient de débit

facteur d’efficacité empirique qui tient compte de la différence entre le débit réel et le débit théorique

par une ouverture
A.2.5
pression hydrostatique
profil de pression atmosphérique associé à la hauteur
A.2.6
hauteur du plan neutre

élévation à laquelle la pression à l’intérieur d’une enceinte est la même que la pression à l’extérieur de

l’enceinte
A.2.7
différence de pression

différence entre la pression à l’intérieur d’une enceinte et à l’extérieur de cette enceinte à une élévation

spécifiée
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ISO/DIS 24678-5:2022(F)
A.2.8
état quasi stationnaire

hypothèse selon laquelle la totalité des effets liés à des variations du débit calorifique au niveau de la

source d’incendie sont ressentis immédiatement partout dans le champ d’écoulement

A.2.9
fumée

particules solides et liquides et gaz émis dans l’atmosphère lorsqu’un matériau subit une pyrolyse ou

une combustion, associés à la quantité d’air qui est entraînée ou mélangée d’une autre manière dans la

masse
A.2.10
couche de fumée

volume de fumée relativement homogène qui se forme et qui s’accumule au-dessous de la limite

physique la plus haute dans une enceinte à la suite d’un incendie ; également désignée « couche chaude

de fumée » ou « couche de gaz chaud »
A.2.11
hauteur de la couche de fumée

altitude de l’interface d’une couche de fumée par rapport à une altitude de référence, habituellement la

limite inférieure de l’enceinte ; également désignée « position de l’interface »
A.3 Symboles et abréviations utilisés dans la présente annexe
A surface équivalente de plusieurs ouvertures en série (m)
Aij surface de l’ouverture qui relie les enceintes i et j (m )
B largeur équivalente de plusieurs ouvertures en série (m)
B largeur de l’ouverture qui relie les enceintes i et j (m)
c chaleur spécifique de l’air et de la fumée (kJ/kg·K)
C coefficient de débit (-)
g accélération due à la pesanteur (m/s )
h hauteur au-dessus du plan de référence (m)
h hauteur de l’ouverture qui relie les enceintes i et j
h hauteur du bord inférieur de l’ouverture au-dessus du plan de référence (m)

h hauteur de la partie basse du segment du milieu au-dessus du plan de référence (m)

h hauteur du plan neutre au-dessus du plan de référence (m)

h hauteur de la partie basse du segment supérieur au-dessus du plan de référence (m)

h hauteur du bord supérieur de l’ouverture au-dessus du plan de référence (m)
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ISO/DIS 24678-5:2022(F)
H flux d’enthalpie de l’enceinte i vers l’enceinte j (kW)
max(x ,x ) maximum de x et x
1 2 1 2
min(x , x ) minimum de x et x
1 2 1 2

p (h) pression dans l’enceinte i à la hauteur h au-dessus du plan de référence (Pa)

q débit massique de fumée ou d’air de l’enceinte i vers l’enceinte j (kg/s)
m,ij

q débit massique de fumée ou d’air de l’enceinte i vers l’enceinte j dans le segment

m,ij,b
inférieur (kg/s)

q débit massique de fumée ou d’air de l’enceinte i vers l’enceinte j dans le segment du

m,ij,m
milieu (kg/s)

q débit massique de fumée ou d’air de l’enceinte i vers l’enceinte j dans le segment

m,ij,t
supérieur (kg/s)
q flux de masse d’espèces chimiques de l’enceinte i vers l’enceinte j (kg/s)
w,ij
T température de référence, généralement la température extérieure (K)
T température de l’enceinte i (K)
T température de la couche d’air dans l’enceinte i (K)
a,i
T température de la couche de fumée dans l’enceinte i (K)
s,i
u vitesse d’écoulement de l’enceinte i vers l’enceinte j (m/s)
w fraction massique d’espèces chimiques dans l’enceinte i (kg/kg)
ρa,i masse volumique de la couche d’air dans l’enceinte i (kg/m)
ρ masse volumique de la fumée (ou de l’air) dans l’enceinte i (kg/m )
ρ masse volumique de la fumée (ou de l’air) dans l’enceinte j (kg/m )
ρ masse volumique de la couche de fumée dans l’enceinte i (kg/m )
s,i

ρ masse volumique de la fumée (ou de l’air) à la température de référence (kg/m )

Δp (h) différence de pression entre l’enceinte i et l’enceinte j à la hauteur h ; c’est-à-dire

p (h)-p (h), (Pa)
i j

Δp différence de pression minimale pour déclencher un écoulement unidirectionnel (Pa)

flot
ζ hauteur utilisée comme variable d’intégration (m)
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ISO/DIS 24678-5:2022(F)
A.4 Description des phénomènes physiques traités par l’ensemble de
formules
A.4.1 Description générale de la méthode de calcul
A.4.1.1 Mode opératoire de calcul

Les méthodes permettent le calcul des écoulements au travers d’ouvertures situées sur les limites

physiques d’une enceinte résultant de différences de pression qui se produisent entre une enceinte et

les espaces adjacents, à cause de leur différence de température. Les différences de pression peuvent

également résulter de la dilatation des gaz brûlés, de la ventilation mécanique, du vent ou d’autres

forces agissant sur les limites des enceintes et les ouvertures, mais ces forces ne sont pas abordées dans

le présent document. À partir de la différence de pression au travers d’une ouverture et des

températures des enceintes reliées par l’ouverture, le débit massique est calculé selon de la théorie de

l’écoulement à travers un orifice.

Les propriétés d’une enceinte, telles que la hauteur de la couche de fumée, la température et d’autres

propriétés, sont calculées selon le principe de conservation de la chaleur et de la masse pour la couche

[1]
de fumée comme décrit dans l’ISO 24678-4 .
A.4.1.2 Propriétés d’un écoulement au travers d’une ouverture à calculer

Les formules donnent le débit massique, le débit d’enthalpie et le débit des espèces chimiques.

A.4.2 Éléments de scénario auxquels est applicable l’ensemble de formules

L’ensemble de formules s’applique aux écoulements quasi stationnaires au travers d’une ouverture

gouvernés par les forces de flottabilité sous l’effet du feu. Les effets de pression dynamique, comme le

vent, ne sont pas pris en compte. Des méthodes permettant de calculer les conditions d’écoulement au

travers d’une ouverture sont développées pour deux types de profils de température : l’un est un profil

de température uniforme alors que l’autre est un profil à deux couches, tel que calculé par

[1]
l’ISO 24687-4. Les conditions de calcul sont résumées à la Figure A.1.
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ISO/DIS 24678-5:2022(F)

Profil de Disposition de l’ouverture ou des ouvertures Configurations de l’écoulement

température
Uniforme (a) Une seule ouverture
Une seule (b) Une seule ouverture verticale
couche (cas général, l’écoulement peut être unidirectionnel ou
bidirectionnel)
(c) Une seule ouverture verticale
(cas particulier, l’écoulement est bidirectionnel)
(d) Ouvertures verticales multiples
(cas général, l’écoulement peut être unidirectionnel ou
bidirectionnel)
(e) Ouvertures verticales multiples
(cas particulier de deux petites ouvertures verticales
dans une enceinte, l’écoulement est bidirectionnel)
(f) Ouvertures verticales multiples en série
(combinaison de plusieurs ouvertures verticales en une
seule ouverture équivalente)
(g) Une seule ouverture horizontale
(écoulement unidirectionnel stable uniquement)
Deux couches (h) Une seule ouverture verticale
(cas général, l’écoulement peut être unidirectionnel ou
bidirectionnel)
(i) Ouvertures verticales multiples
(cas général, l’écoulement peut être unidirectionnel ou
bidirectionnel)

Figure A.1 — Synthèse des conditions de calcul des écoulements au travers d’une ouverture

A.4.3 Cohérence interne de l’ensemble de formules

L’ensemble de formules de la présente annexe a été élaboré et vérifié par de nombreux chercheurs

(voir l’Article A.6) en vue de garantir la cohérence des résultats de calcul issus des différentes formules

de cet ensemble (en d’autres termes, garantir l’absence de conflit entre les résultats).

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ISO/DIS 24678-5:2022(F)

A.4.4 Normes et autres documents dans lesquels est utilisé l’ensemble de formules

[1]

L’ISO 24678-4 utilise des formules liées à l’écoulement au travers d’une ouverture pour calculer les

propriétés de la couche de fumée.
A.5 Documentation de l’ensemble de formules du processus de calcul
A.5.1 Aspects généraux d’un écoulement au travers d’une ouverture
A.5.1.1 Classification des écoulements au travers d’une ouverture

La vitesse de l’écoulement au travers d’une ouverture est calculée conformément à la théorie

d’écoulement par un orifice, d’après l’application de la théorie de Bernoulli. Des méthodes pour calculer

les écoulements au travers d’une ouverture sont développées pour les conditions représentées à la

Figure A.2. Dans le cas d’ouvertures verticales et horizontales, l’écoulement peut être unidirectionnel ou

bidirectionnel. Les formules explicites de la présente annexe s’appliquent aux écoulements

bidirectionnel et unidirectionnel au travers d’ouvertures verticales et à un écoulement unidirectionnel

au travers d’ouvertures horizontales. Pour les ouvertures horizontales, un écoulement bidirectionnel se

produit lorsque la différence de pression est faible. Aucune formule générale n’est proposée dans la

présente annexe, car l’écoulement est instable.
écoulements unidirectionnels écoulements bidirectionnels
ouverture verticale
ouverture horizontale
Figure A.2 — Classification des écoulements au travers d’une ouverture

A.5.1.2 Formule pour l’écoulement au travers d’un orifice – différence de pression uniforme

sur la surface de l’ouverture
Lorsqu’une différence de pres
...