ISO 18640-1:2018
(Main)Protective clothing for firefighters — Physiological impact — Part 1: Measurement of coupled heat and moisture transfer with the sweating torso
Protective clothing for firefighters — Physiological impact — Part 1: Measurement of coupled heat and moisture transfer with the sweating torso
This document provides a test method for evaluating the physiological impact of protective fabric ensembles and potentially protective clothing ensembles in a series of simulated activities (phases) under defined ambient conditions. This standard test method characterizes the essential properties of fabric assemblies of a representative garment or clothing ensemble for thermo-physiological assessment: — dry thermal insulation; — cooling properties during average metabolic activity and moisture management (dry and wet heat transfer); — drying behaviour. Default measurements are done on fabric samples representing the garment or protective clothing combination. Optionally and in addition to the standard test method, the same testing protocol can be applied to characterise more complex protective clothing ensembles including underwear, air layer and certain design features[1]. In addition, measurements on readymade garments are possible. This test method is intended to be used to measure and describe the behaviour of fabric assemblies of a garment or clothing ensemble in response to a simulated series of activities under controlled laboratory conditions, with the results used to optimize garment combinations and material selection. Furthermore, this document together ISO 18640-2, is intended to be used to describe the thermo-physiological impact of protective clothing but not the risk for heat stress under actual fire conditions. The results of this test can be used as elements of a risk assessment with respect to thermo-physiological load. [1] A study conducted by Empa (Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology, Switzerland) showed good correlation between results of standard torso tests (without underwear and air layers on fabrics) to tests on fabrics with underwear, tests on fabrics with underwear and air layers and test on readymade garments (with underwear and with or without air layers) of the same material composition. Due to the added thermal insulation values of the additional layers direct comparison of results between different measurement configurations is not possible, however.
Vêtements de protection pour sapeurs-pompiers — Effet physiologique — Partie 1: Mesurage du transfert couplé de chaleur et d'humidité à l'aide du torse transpirant
Le présent document fournit une méthode d'essai permettant d'évaluer l'effet physiologique d'ensembles d'étoffes de protection et d'ensembles vestimentaires potentiellement protecteurs au cours d'une série d'activités simulées (phases) dans des conditions ambiantes définies. Cette méthode d'essai normalisée caractérise les propriétés essentielles des assemblages d'étoffes d'un vêtement ou d'un ensemble de vêtements représentatifs pour l'évaluation thermo-physiologique: — isolation thermique à sec; — propriétés de refroidissement pendant une activité métabolique moyenne et de gestion de l'humidité (transfert de chaleur à sec et à l'état humide); — comportement au séchage. Des mesures par défaut sont réalisées sur des échantillons d'étoffe représentant le vêtement ou la combinaison de vêtements protecteurs. À titre facultatif et en plus de la méthode d'essai normalisée, le même protocole d'essai peut être appliqué pour caractériser des ensembles de vêtements de protection plus complexes, comprenant des sous-vêtements, des couches d'air et certaines caractéristiques de conception[1]. Des mesures sont en outre réalisables sur des vêtements prêts à porter. La présente méthode d'essai est destinée à être utilisée pour mesurer et décrire le comportement des assemblages d'étoffes d'un vêtement ou d'un ensemble de vêtements en réponse à une série d'activités simulée dans des conditions maîtrisées en laboratoire, les résultats étant utilisés pour optimiser les combinaisons de vêtements et le choix des matériaux. De plus, le présent document, conjointement avec l'ISO 18640‑2, est destiné à être utilisé pour décrire l'effet thermo-physiologique des vêtements de protection, mais pas le risque de contrainte thermique dans des conditions réelles d'incendie. Les résultats de cet essai peuvent être utilisés comme éléments d'une appréciation du risque en fonction de la charge thermo-physiologique. [1] Une étude réalisée par Empa (Laboratoires fédéraux de la Suisse pour les matériaux, la science et la technologie) a montré une bonne corrélation entre les résultats des essais menés sur un torse normalisé (sans sous-vêtements ni couches d?air sur les étoffes) et les essais d?étoffes avec sous-vêtements, les essais d?étoffes avec sous-vêtements et couches d?air et les essais de vêtements prêts à porter (avec sous-vêtements et avec ou sans couches d'air) de la même composition de matériau. En raison des valeurs ajoutées d?isolation thermique des couches supplémentaires, une comparaison directe des résultats entre les différentes configurations de mesurage est cependant impossible.
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Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 18640-1
First edition
2018-05
Protective clothing for firefighters —
Physiological impact —
Part 1:
Measurement of coupled heat and
moisture transfer with the sweating
torso
Vêtements de protection pour sapeurs-pompiers — Impact
physiologique —
Partie 1: Mesurage du transfert de masse et de la chaleur couplé de
chaleur et d'humidité à l'aide du torse transpirant
Reference number
ISO 18640-1:2018(E)
©
ISO 2018
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ISO 18640-1:2018(E)
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Published in Switzerland
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ISO 18640-1:2018(E)
Contents Page
Foreword .v
Introduction .vi
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Symbols and abbreviations . 4
5 Apparatus . 4
5.1 Sweating torso . 5
5.1.1 General. 5
5.1.2 Heated cylinder . 6
5.1.3 Thermal guard sections . 6
5.1.4 Heating and temperature control . 6
5.1.5 Temperature measurement . 6
5.1.6 Simulation of perspiration . 6
5.1.7 Wicking layer . 6
5.1.8 Balance torso weight . 7
5.2 Computer, control system and data acquisition . 7
5.2.1 General. 7
5.2.2 Computer and measurement software . 7
5.2.3 Control system . 7
5.2.4 Data acquisition . 7
5.2.5 Measurement control options . 7
5.3 Climatic chamber . 8
5.3.1 General. 8
5.3.2 Climatic chamber sensors . 8
5.4 Fan system . 8
5.5 Sweat water supply . 8
5.5.1 Gravimetric sweat water control system . 9
5.6 Simulation of air layers .10
6 Sampling and test specimens .11
6.1 General .11
6.1.1 Size of samples.11
6.1.2 Type of test specimen .11
6.1.3 Garment/ensemble specification .11
6.2 Number of test specimens .11
7 Specimen preparation .11
7.1 Pre-treatment .12
7.2 Conditioning .12
8 Measurement procedure .12
8.1 Test preparation .12
8.1.1 Preparation of climatic chamber .12
8.1.2 Wind speed .12
8.2 Specimen testing .13
8.2.1 General.13
8.2.2 Dressing the torso .14
8.2.3 Recording specimen identification and test observations .14
8.2.4 Starting the test .14
8.2.5 Calculated values .15
9 Test report .18
9.1 General .18
9.2 Specimen identification .18
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ISO 18640-1:2018(E)
9.3 Experiment conditions .18
9.4 Calculated results.18
10 Maintenance and calibration .19
10.1 Maintenance .19
10.1.1 Sweat water tank .19
10.1.2 Valve checks .19
10.2 Calibration .19
10.2.1 General.19
10.2.2 Correction value for thermal resistance, R .
ct0 (torso) 19
10.2.3 Wicking layer .19
10.2.4 torso temperature sensors .20
10.2.5 torso heating power .20
10.2.6 torso sweat rate .20
10.2.7 Environmental conditions .20
10.3 Experiments with a standard fabric (optional) .20
Annex A (informative) torso size and materials definition .21
Annex B (informative) Calibration .25
Annex C (informative) Example of data evaluation .27
Annex D (informative) Sample check list .31
Annex E (informative) Validation of the measurement device .32
Annex F (informative) Example Matlab code .33
Bibliography .37
iv © ISO 2018 – All rights reserved
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ISO 18640-1:2018(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 on 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 the following
URL: www .iso .org/iso/foreword .html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 94, Personal safety, Subcommittee SC 14,
Firefighters PPE.
A list of all parts in the ISO 18640 series can be found on the ISO website.
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ISO 18640-1:2018(E)
Introduction
The main functions of protective clothing are protection against hazards and maintenance of health and
comfort for the wearer. Furthermore, protective clothing against heat and flame prevents the wearer
from health risks or even life threatening heat stress in extreme environmental conditions. Today’s
standards provide requirements for the protective properties of protective clothing against heat and
flame. However, the higher the protective properties of such clothing, the less the heat originating
2
from the human body is dissipated. Firefighters reach metabolic rates above 500 W/m during their
[5][6] [7]
work . Thereof 75-85 % is released as heat , which has to be dissipated from the human body
by thermo-regulative processes to avoid an increase in body core temperature. If heat dissipation is
not restricted, the human body is able to maintain its temperature in the range of 36,5 °C to 37,5 °C
[8]
(normothermia) . However, in harsh environmental conditions and/or in situations of restricted heat
dissipation due to protective clothing the human body is not able to maintain body core temperature
within normothermia and suffers from heat stress. The working performance is gradually reduced and
[16]
any further increases in body core temperature can become life threatening . To reduce the risk of
heat stress during high intensity physical activities, protective clothing should additionally be assessed
with regard to its impact on human thermoregulation and heat stress.
Different approaches exist for the assessment of thermo-physiological impact. On the one hand,
established standard parameters such as water vapour resistance, R , and thermal insulation, R , of
et ct
fabric samples are considered with regard to thermo-regulative impact. However, these parameters do
not fully reflect the real impact of protective clothing; for example, moisture management properties
and the combined effect of heat and moisture transfer are not considered. On the other hand, human
subject trials reveal real thermo-physiological responses for a specific environmental condition
and protective clothing ensemble. However, the outcome of this methodology does not only refer to
the intrinsic properties of material samples but are influenced also by the design of the clothing and
trapped air layers within the clothing. Furthermore, human subject trials are very time consuming and
expensive, constricted by ethical guidelines and provide findings related to the collective of participants
included. Thus, reproducibility between laboratories might be limited. The use of thermal manikins
overcomes the limitations for human subject trials. As for human subject trials, full body manikins
provide findings on ready-made protective garments including design and fit. Hence, the attribution to
intrinsic material properties remains difficult.
A methodology referring to intrinsic clothing properties and taking into account combined heat and
[9][10]
moisture transfer is the Sweating torso . Sweating torso device is an upright standing heated
[11]
cylinder, representing the surface of a human trunk, with the ability for perspiration . The clothing
sample is investigated by wrapping specimens around the sweating torso. Three phases are run to
measure dry thermal insulation, dry and wet heat transfer and drying properties. Findings from the
Sweating torso have been validated with standard methodologies, such as sweating guarded hotplate,
[11]
and were shown to be highly reproducible . Furthermore, validation studies have been conducted
to relate human thermos-physiological measurements to Sweating torso findings under realistic
environmental conditions and activities for firefighters. Based on this knowledge, guidelines are
provided for intrinsic textile properties based on thermo-physiological responses. In addition to the
standard procedure described above, the impact of more complex protective clothing systems including
underwear, air gaps and/or design features is investigated optionally applying the same experimental
protocol described in this document.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 18640-1:2018(E)
Protective clothing for firefighters — Physiological
impact —
Part 1:
Measurement of coupled heat and moisture transfer with
the sweating torso
1 Scope
This document provides a test method for evaluating the physiological impact of protective fabric
ensembles and potentially protective clothing ensembles in a series of simulated activities (phases)
under defined ambient conditions. This standard test method characterizes the essential properties
of fabric assemblies of a representative garment or clothing ensemble for thermo-physiological
assessment:
— dry thermal insulation;
— cooling properties during average metabolic activity and moisture management (dry and wet heat
transfer);
— drying behaviour.
Default measurements are done on fabric samples representing the garment or protective clothing
combination. Optionally and in addition to the standard test method, the same testing protocol can be
applied to characterise more complex protective clothing ensembles including underwear, air layer and
1)
certain design features . In addition, measurements on readymade garments are possible.
This test method is intended to be used to measure and describe the behaviour of fabric assemblies of a
garment or clothing ensemble in response to a simulated series of activities under controlled laboratory
conditions, with the results used to optimize garment combinations and material selection. Furthermore,
this document together ISO 18640-2, is intended to be used to describe the thermo-physiological impact
of protective clothing but not the risk for heat stress under actual fire conditions. The results of this test
can be used as elements of a risk assessment with respect to thermo-physiological load.
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 3696, Water for analytical laboratory use — Specification and test methods
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
1) A study conducted by Empa (Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology, Switzerland)
showed good correlation between results of standard torso tests (without underwear and air layers on fabrics) to
tests on fabrics with underwear, tests on fabrics with underwear and air layers and test on readymade garments (with
underwear and with or without air layers) of the same material composition. Due to the added thermal insulation
values of the additional layers direct comparison of results between different measurement configurations is not
possible, however.
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ISO 18640-1:2018(E)
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 http: //www .electropedia .org/
3.1
cooling delay
CD
time delay until the effect of evaporation cooling will be detected in an experimental phase with
simulated activity and sweating
Note 1 to entry: The cooling delay is given in minutes.
3.2
evaporated sweat water
fraction of supplied sweat water which is evaporated in active phase with sweating
3.3
experimental phase
part of an experiment with a defined sweat rate and surface temperature or heating power; an
experiment can consist of multiple phases
Note 1 to entry: Each phase simulates a specific situation with defined temperature or heating power and sweat
rate settings. A standard experiment consists of three phases.
3.4
initial cooling
IC
rate at which temperature changes after cooling delay CD in an experimental phase simulating activity
with sweating
Note 1 to entry: The initial cooling is given in degrees (°C) per hour.
3.5
moisture uptake
amount of moisture stored in clothing system determined by torso weight
Note 1 to entry: The moisture uptake is given in grams.
3.6
post cooling
PC
end of cooling period in an experimental phase without sweating and heating power corresponding to a
human being at rest following a simulated activity
Note 1 to entry: The evaporation of stored moisture will extract energy from the sweating torso which can be
detected in a decrease of the surface temperature.
Note 2 to entry: The post cooling is given in minutes.
3.7
phase profile
series of experimental phases which define the experiment
3.8
sustained cooling
SC
rate at which temperature changes towards the end of an experimental phase simulating activity with
sweating (steady state of cooling)
Note 1 to entry: The sustained cooling is given in degrees (°C) per hour.
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ISO 18640-1:2018(E)
3.9
spacer
air layer
frame or setup to add a defined air layer between torso surface and protective garment to be tested
Note 1 to entry: Simulation of air layers which are typically observed in real use. An air layer influences overall
thermal resistance and moisture transport. A spacer may be used to simulate a defined air layer.
3.10
sweat water
supply of water used to simulate sweating
3.10.1
gravimetric system to deliver sweat water
control of sweat water delivery using a tank on a balance with a defined height difference to the sweat
nozzles to deliver the set amount of water by opening and closing valves in a calibrated interval
Note 1 to entry: Other ways of sweat water deliver may be used as long as the requirements of this document are
fulfilled.
3.11
thermal resistance
R
ct (torso)
calculated at steady state from the difference between torso surface temperature and ambient
temperature, the surface area of the device and the heating power needed to maintain the temperature
difference
2
Note 1 to entry: The thermal insulation is given in m ∙K/W.
3.11.1
correction value for R
ct (torso)
R
ct0 (torso)
thermal resistance measurement without a sample on the sweating torso to determine a system specific
correction value for the thermal resistance R
ct (torso)
Note 1 to entry: Thermal resistance as defined above depends on the geometry of the apparatus, convective
conditions (wind or still air) and ambient conditions. R is a cumulative measure of this and might differ
ct0 (torso)
slightly from device to device and installation to installation. By taking it into account differences in results from
different installations can be reduced.
3.12
torso balance
device used to measure torso weight
3.13
torso surface temperature
average temperature on the surface of the measurement area of the torso
3.14
torso weight
overall weight of the sweating torso and test object during a test
3.15
total sweat water
amount of water supplied to torso surface during an active phase with sweating
3.16
wicking layer
thin hydrophilic textile layer with defined moisture transport and thermal properties used for
homogeneous sweat water distribution
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ISO 18640-1:2018(E)
3.17
wind speed
ambient velocity of air flow around the torso during an experiment
Note 1 to entry: To avoid undefined boundary air layers due to random air exchange in the chamber and the
temperature difference between torso surface and climatic chamber a fan system is used. The fan system
consists of ventilators to achieve a set homogeneous wind speed at the torso surface of 1 m/s (turbulence level of
up to 25 % measured with a hot-wire anemometer).
4 Symbols and abbreviations
CD Cooling delay, in minutes
HDPE High Density Polyethylene
IC Initial cooling in °C/h
PC Post cooling, in minutes
PTFE Polytetrafluoroethylene
2
R Thermal resistance in m ∙K/W
ct (torso)
R Correction value for R
ct0 (torso) ct (torso)
RH Relative humidity
SC Sustained cooling, in °C/h
THS Thermal Human Simulator
5 Apparatus
The sweating torso is an upright standing cylindrical test appar
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 18640-1
Première édition
2018-05
Vêtements de protection pour
sapeurs-pompiers — Effet
physiologique —
Partie 1:
Mesurage du transfert couplé de
chaleur et d'humidité à l'aide du torse
transpirant
Protective clothing for firefighters — Physiological impact —
Part 1: Measurement of coupled heat and moisture transfer with the
sweating torso
Numéro de référence
ISO 18640-1:2018(F)
©
ISO 2018
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ISO 18640-1:2018(F)
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publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,
y compris la photocopie, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut
être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
ISO copyright office
Case postale 401 • Ch. de Blandonnet 8
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Tél.: +41 22 749 01 11
Fax: +41 22 749 09 47
E-mail: copyright@iso.org
Web: www.iso.org
Publié en Suisse
ii © ISO 2018 – Tous droits réservés
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ISO 18640-1:2018(F)
Sommaire Page
Avant-propos .v
Introduction .vi
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 2
4 Symboles et abréviations . 4
5 Appareillage . 4
5.1 Torse transpirant . 5
5.1.1 Généralités . 5
5.1.2 Cylindre chauffé . 6
5.1.3 Sections de protection thermique . . 6
5.1.4 Chauffage et régulation de la température . 6
5.1.5 Mesurage de la température . 6
5.1.6 Simulation de la transpiration . 6
5.1.7 Couche drainante . . 7
5.1.8 Balance de mesure de la masse du torse. 7
5.2 Ordinateur, système de commande et acquisition de données . 7
5.2.1 Généralités . 7
5.2.2 Ordinateur et logiciel de mesure. 7
5.2.3 Système de commande . 7
5.2.4 Acquisition de données . 8
5.2.5 Options de maîtrise du mesurage . 8
5.3 Enceinte climatique . 8
5.3.1 Généralités . 8
5.3.2 Capteurs de l'enceinte climatique . 8
5.4 Système de ventilation . 9
5.5 Alimentation en eau simulant la sueur . 9
5.5.1 Système gravimétrique de commande de l'eau simulant la transpiration . 9
5.6 Simulation des couches d'air .10
6 Échantillonnage et éprouvettes d’essai .11
6.1 Généralités .11
6.1.1 Dimensions des échantillons .11
6.1.2 Type d'éprouvette d’essai .12
6.1.3 Spécification du vêtement/ensemble de vêtements .12
6.2 Nombre d'éprouvettes d’essai .12
7 Préparation des éprouvettes .12
7.1 Traitement préalable .12
7.2 Conditionnement .13
8 Mode opératoire de mesurage .13
8.1 Préparation de l'essai .13
8.1.1 Préparation de l'enceinte climatique .13
8.1.2 Vitesse du vent .13
8.2 Essais sur éprouvettes .14
8.2.1 Généralités .14
8.2.2 Habillage du torse .15
8.2.3 Enregistrement de l'identification de l'éprouvette et des observations au
cours de l'essai . .15
8.2.4 Démarrage de l'essai .15
8.2.5 Valeurs calculées .16
9 Rapport d'essai .19
9.1 Généralités .19
© ISO 2018 – Tous droits réservés iii
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ISO 18640-1:2018(F)
9.2 Identification de l'éprouvette .19
9.3 Conditions expérimentales .19
9.4 Résultats calculés .20
10 Maintenance et étalonnage .20
10.1 Maintenance .20
10.1.1 Réservoir d'eau simulant la sueur .20
10.1.2 Vérifications des vannes .20
10.2 Étalonnage .20
10.2.1 Généralités .20
10.2.2 Valeur de correction de la résistance thermique R .
ct0 (torse) 20
10.2.3 Couche drainante . .21
10.2.4 Capteurs de température du torse .21
10.2.5 Puissance de chauffage du torse .21
10.2.6 Débit sudoral du torse . .21
10.2.7 Conditions environnementales .21
10.3 Expériences avec une étoffe étalon (facultatives) .21
Annexe A (informative) Dimensions du torse et définition des matériaux .23
Annexe B (informative) Étalonnage .27
Annexe C (informative) Exemple d'évaluation des données .29
Annexe D (informative) Exemple de liste de contrôle .33
Annexe E (informative) Validation du dispositif de mesurage .34
Annexe F (informative) Exemple de code MATLAB .35
Bibliographie .39
iv © ISO 2018 – Tous droits réservés
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ISO 18640-1:2018(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 propriété et averti de leur existence. 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 www .iso .org/avant -propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 94, Sécurité individuelle, sous-comité
SC 14, Équipements individuels pour les sapeurs-pompiers.
Une liste de toutes les parties de la série ISO 18640 se trouve sur le site Web de l’ISO.
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ISO 18640-1:2018(F)
Introduction
Les principales fonctions des vêtements de protection sont d’assurer une protection contre les
phénomènes dangereux et de préserver la santé et le confort de l'utilisateur. En outre, les vêtements
de protection contre la chaleur et la flamme protègent l'utilisateur des risques pour sa santé ou même
d'une contrainte thermique mettant sa vie en danger dans des conditions environnementales extrêmes.
Les normes actuelles fournissent les exigences relatives aux propriétés de protection des vêtements de
protection contre la chaleur et la flamme. Toutefois, plus les propriétés de protection de ces vêtements
sont élevées, moins la chaleur provenant du corps humain est dissipée. Les sapeurs-pompiers atteignent
2 [5][6]
des métabolismes énergétiques supérieurs à 500 W/m pendant leurs activités . Parmi ceux-ci, 75 %
[7]
à 85 % sont libérés sous forme de chaleur , qui doit être dissipée du corps humain par des processus de
thermorégulation afin d'éviter une augmentation de la température corporelle centrale. Si la dissipation
thermique n'est pas limitée, le corps humain est capable de maintenir sa température dans la plage
[8]
de 36,5 °C à 37,5 °C (normothermie) . Toutefois, dans des conditions environnementales rudes et/ou
lorsque la dissipation thermique est limitée par des vêtements de protection, le corps humain n’est pas
en mesure de maintenir sa température corporelle centrale dans les limites de la normothermie et subit
une contrainte thermique. La performance au travail est réduite progressivement et toute augmentation
[16]
supplémentaire de la température corporelle centrale peut mettre la vie en danger . Pour réduire le
risque de contrainte thermique pendant des activités physiques intenses, il convient que les vêtements
de protection soient également évalués en ce qui concerne leur effet sur la thermorégulation humaine
et la contrainte thermique.
Différentes approches existent pour évaluer l'effet thermo-physiologique. D'une part, des paramètres
normalisés établis tels que la résistance à la vapeur d'eau R et l'isolation thermique R d'échantillons
et ct
d'étoffe sont considérés au regard de l'effet thermorégulateur. Toutefois, ces paramètres ne reflètent pas
totalement l'effet réel des vêtements de protection; par exemple, les propriétés de gestion de l'humidité
et l'effet combiné du transfert de chaleur et d'humidité ne sont pas pris en compte. D'autre part, des essais
réalisés sur des sujets humains mettent en évidence les réactions thermo-physiologiques réelles pour
des conditions environnementales spécifiques et un ensemble de vêtements de protection. Cependant,
le résultat obtenu avec cette méthodologie ne se rapporte pas uniquement aux propriétés intrinsèques
des échantillons de matériau, mais il est également influencé par la conception des vêtements et par
les couches d'air emprisonnées à l'intérieur des vêtements. De plus, les essais réalisés sur des sujets
humains sont très longs et onéreux, limités par des règles éthiques et fournissent des données se
rapportant à l'ensemble des participants. Par conséquent, la reproductibilité entre laboratoires peut
être limitée. L'utilisation de mannequins thermiques permet de surmonter les limitations relatives aux
essais sur des sujets humains. Comme pour les essais sur des sujets humains, les mannequins à corps
entier fournissent des données sur les vêtements de protection prêts à porter, y compris la conception
et la taille. Ainsi, l'attribution aux propriétés intrinsèques de l'étoffe reste difficile.
Une méthodologie se rapportant aux propriétés intrinsèques des vêtements et tenant compte du transfert
[9][10]
combiné de chaleur et d'humidité utilise le torse transpirant . Ce dispositif est un cylindre vertical
[11]
chauffé représentant la surface d'un tronc humain et ayant la capacité de simuler la transpiration .
L'échantillon de vêtement est étudié en enveloppant le torse transpirant avec des éprouvettes. Trois
phases sont exécutées pour mesurer les propriétés d'isolation thermique à sec, de transfert de chaleur à
sec et à l'état humide et de séchage. Les données obtenues à l'aide du torse transpirant ont été validées
par des méthodologies normalisées, telles que la plaque chaude gardée transpirante, et se sont avérées
[11]
hautement reproductibles . De plus, des études de validation ont été menées pour rapprocher ces
mesures thermo-physiologiques humaines des données obtenues au moyen du torse transpirant dans
des conditions environnementales réalistes et des activités de sapeurs-pompiers. À partir de ces
connaissances, des lignes directrices sont fournies pour les propriétés intrinsèques du textile sur la
base des réactions thermo-physiologiques. En plus de la méthode normalisée décrite ci-dessus, l'effet
de systèmes de vêtements de protection plus complexes incluant des sous-vêtements, des couches d'air
et/ou des caractéristiques de conception est étudié à titre facultatif en appliquant le même protocole
expérimental que celui décrit dans le présent document.
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NORME INTERNATIONALE ISO 18640-1:2018(F)
Vêtements de protection pour sapeurs-pompiers — Effet
physiologique —
Partie 1:
Mesurage du transfert couplé de chaleur et d'humidité à
l'aide du torse transpirant
1 Domaine d'application
Le présent document fournit une méthode d'essai permettant d'évaluer l'effet physiologique d'ensembles
d’étoffes de protection et d’ensembles vestimentaires potentiellement protecteurs au cours d'une série
d'activités simulées (phases) dans des conditions ambiantes définies. Cette méthode d'essai normalisée
caractérise les propriétés essentielles des assemblages d'étoffes d'un vêtement ou d'un ensemble de
vêtements représentatifs pour l'évaluation thermo-physiologique:
— isolation thermique à sec;
— propriétés de refroidissement pendant une activité métabolique moyenne et de gestion de l'humidité
(transfert de chaleur à sec et à l'état humide);
— comportement au séchage.
Des mesures par défaut sont réalisées sur des échantillons d’étoffe représentant le vêtement ou la
combinaison de vêtements protecteurs. À titre facultatif et en plus de la méthode d'essai normalisée, le
même protocole d'essai peut être appliqué pour caractériser des ensembles de vêtements de protection
plus complexes, comprenant des sous-vêtements, des couches d'air et certaines caractéristiques de
1)
conception . Des mesures sont en outre réalisables sur des vêtements prêts à porter.
La présente méthode d’essai est destinée à être utilisée pour mesurer et décrire le comportement des
assemblages d'étoffes d'un vêtement ou d'un ensemble de vêtements en réponse à une série d'activités
simulée dans des conditions maîtrisées en laboratoire, les résultats étant utilisés pour optimiser les
combinaisons de vêtements et le choix des matériaux. De plus, le présent document, conjointement
avec l’ISO 18640-2, est destiné à être utilisé pour décrire l'effet thermo-physiologique des vêtements
de protection, mais pas le risque de contrainte thermique dans des conditions réelles d'incendie. Les
résultats de cet essai peuvent être utilisés comme éléments d'une appréciation du risque en fonction de
la charge thermo-physiologique.
2 Références normatives
Les documents suivants cités dans le texte 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 3696, Eau pour laboratoire à usage analytique — Spécification et méthodes d’essai
1) Une étude réalisée par Empa (Laboratoires fédéraux de la Suisse pour les matériaux, la science et la technologie)
a montré une bonne corrélation entre les résultats des essais menés sur un torse normalisé (sans sous-vêtements
ni couches d’air sur les étoffes) et les essais d’étoffes avec sous-vêtements, les essais d’étoffes avec sous-vêtements
et couches d’air et les essais de vêtements prêts à porter (avec sous-vêtements et avec ou sans couches d'air) de la
même composition de matériau. En raison des valeurs ajoutées d’isolation thermique des couches supplémentaires,
une comparaison directe des résultats entre les différentes configurations de mesurage est cependant impossible.
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3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions 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 http: //www .electropedia .org/
3.1
délai de refroidissement
CD
temps nécessaire pour que l'effet de refroidissement par évaporation soit détecté lors d'une phase
expérimentale simulant une activité et la transpiration
Note 1 à l'article: Le délai de refroidissement est exprimé en minutes.
3.2
eau de sueur évaporée
fraction d’eau simulant la sueur fournie, qui s’est évaporée lors d'une phase active avec transpiration
3.3
phase expérimentale
partie d'une expérience avec un débit sudoral et une température de surface ou une puissance de
chauffage définis; une expérience peut comporter plusieurs phases
Note 1 à l'article: Chaque phase simule une situation spécifique avec des réglages définis de température ou de
puissance de chauffage et de débit de l’eau simulant la sueur. Une expérience normalisée comprend trois phases.
3.4
refroidissement initial
IC
vitesse à laquelle la température varie après un délai de refroidissement (CD) lors d'une phase
expérimentale simulant une activité avec transpiration
Note 1 à l'article: Le refroidissement initial est exprimé en degrés (°C) par heure.
3.5
absorption d'humidité
quantité d'humidité stockée dans l'ensemble de vêtements, déterminée par la masse du torse
Note 1 à l'article: L’absorption d'humidité est exprimée en grammes.
3.6
post-refroidissement
PC
fin de la période de refroidissement lors d'une phase expérimentale sans transpiration ni puissance de
chauffage, correspondant à un être humain au repos après une activité simulée
Note 1 à l'article: L'évaporation de l'humidité stockée extraira de l'énergie du torse transpirant qui peut être
détectée par une diminution de la température de surface.
Note 2 à l'article: Le post-refroidissement est exprimé en minutes.
3.7
profil de phases
série de phases expérimentales définissant l'expérience
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3.8
refroidissement entretenu
SC
vitesse à laquelle la température varie vers la fin d'une phase expérimentale simulant une activité avec
transpiration (état stable de refroidissement)
Note 1 à l'article: Le refroidissement entretenu est exprimé en degrés (°C) par heure.
3.9
entretoise
couche d'air
cadre ou réglage visant à ajouter une couche d’air définie entre la surface du torse et le vêtement de
protection à soumettre à l’essai
Note 1 à l'article: Il s'agit d'une simulation des couches d’air qui sont généralement observées en utilisation réelle.
Une couche d'air influe sur la résistance thermique globale et le transport de l'humidité. Une entretoise peut être
utilisée pour simuler une couche d'air définie.
3.10
eau simulant la sueur
alimentation en eau utilisée pour simuler la transpiration
3.10.1
système gravimétrique de distribution d'eau simulant la sueur
maîtrise de la distribution d'eau simulant la sueur, à l'aide d'un réservoir placé sur une balance avec une
différence de hauteur définie par rapport aux buses de transpiration pour distribuer la quantité d'eau
définie, en ouvrant et fermant les vannes dans un intervalle de temps ajusté
Note 1 à l'article: D'autres moyens peuvent être utilisés pour la distribution de l'eau simulant la sueur, dans la
mesure où les exigences du présent document sont satisfaites.
3.11
résistance thermique
R
ct (torse)
valeur calculée à l'état stable à partir de la différence entre la température de surface du torse et la
température ambiante, de la surface du dispositif et de la puissance de chauffage nécessaire pour
maintenir la différence de température
2
Note 1
...
Questions, Comments and Discussion
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