ISO/TS 5660-5:2020

Reaction-to-fire tests - Heat release, smoke production and mass loss rate - Part 5: Heat release rate (cone calorimeter method) and smoke production rate (dynamic measurement) under reduced oxygen atmospheres

This document specifies the apparatus and procedure for measuring reaction to fire behaviour under reduced oxygen atmospheres. Continuous measurements are made to calculate heat release rates, smoke and specific gas production rates, and mass loss rates. Ignition time measurements are also made and ignition behaviour is obtained. Pyrolysis parameters of specimens exposed to controlled levels of irradiance and controlled levels of oxygen supply can be determined as well. Different reduced oxygen atmospheres in the test environment are achieved by controlling the oxygen volume concentration of input gas fed into the chamber (vitiation) or by controlling the total volume of atmosphere fed into the chamber (ventilation). Ranges of oxygen volume concentration below 20,95 % of oxygen can be studied. The apparatus is not intended to control enriched oxygen conditions above atmospheric 20,95 % oxygen concentration. The measurement system prescribed in this document is based on the cone calorimeter apparatus described in ISO 5660-1. Therefore, this document is intended to be used in conjunction with ISO 5660-1.

Essais de réaction au feu — Débit calorifique, taux de dégagement de fumée et taux de perte de masse — Partie 5: Débit calorifique (méthode au calorimètre à cône) et taux de dégagement de fumée (mesurage dynamique) dans des atmosphères pauvres en oxygène

Le présent document spécifie l'appareillage et le mode opératoire permettant de mesurer le comportement de réaction au feu dans des atmosphères appauvries en oxygène. Des mesurages continus sont réalisés pour calculer les débits calorifiques, les taux de dégagement de fumée et de gaz spécifiques, ainsi que les vitesses de perte de masse. Des mesurages du délai d'allumage sont également réalisés et le comportement à l'allumage est également déterminé. Les paramètres de pyrolyse des éprouvettes exposées à des niveaux contrôlés d'éclairement énergétique et d'alimentation en oxygène peuvent aussi être déterminés. Il est possible d'obtenir les différentes atmosphères appauvries en oxygène dans l'environnement d'essai en contrôlant la concentration en volume d'oxygène du gaz qui est introduit dans la chambre (viciation) ou en contrôlant le débit de l'atmosphère qui est introduite dans la chambre (ventilation). Les plages avec une concentration en volume d'oxygène inférieure à 20,95 % peuvent être étudiées. En revanche, l'appareillage n'est pas destiné à contrôler les atmosphères enrichies en oxygène dont la concentration d'oxygène dépasse la concentration atmosphérique de 20,95 %. Le système de mesure décrit dans le présent document est basé sur le calorimètre à cône décrit dans l'ISO 5660‑1. Par conséquent, le présent document est destiné à être utilisé conjointement avec l'ISO 5660‑1.

General Information

• Status: Published
• Publication Date: 30-Mar-2020
• ICS: 13.220.50 - Fire-resistance of building materials and elements
• Technical Committee: ISO/TC 92/SC 1 - Fire initiation and growth
• Drafting Committee: ISO/TC 92/SC 1/WG 5 - Small and bench scale fire test methods
• Current Stage: 9092 - International Standard to be revised
• Start Date: 22-Feb-2024
• Completion Date: 13-Dec-2025

Overview

ISO/TS 5660-5:2020 - Reaction-to-fire tests - Part 5 extends the cone calorimeter method to reduced oxygen atmospheres. Built on the ISO 5660-1 cone calorimeter, this Technical Specification defines the apparatus and procedural controls for measuring heat release rate, smoke production rate, mass loss rate and ignition behaviour when specimens are exposed to controlled irradiance and sub-atmospheric oxygen levels. The method supports studies of vitiation (reduced O2 concentration) and limited-ventilation conditions (restricted fresh-air supply) for oxygen concentrations below the ambient 20.95 %.

Key topics and technical requirements

• Test system basis: Cone calorimeter configuration as per ISO 5660-1, with an enclosed chamber, chimney and dynamic smoke measurement.
• Reduced-oxygen control:
  • Vitiation-controlled: adjust input gas oxygen concentration.
  • Ventilation-controlled: limit total supplied atmosphere flow rate.
• Measured parameters:
  • Continuous heat release rate (oxygen-consumption calorimetry).
  • Smoke production rate (dynamic light-transmission measurement).
  • Exhaust gas composition (O2, CO2, CO and optional species), exhaust flow, and specimen mass loss.
  • Ignition time and pyrolysis parameters under controlled irradiance (0 to 50 kW/m²).
• Principle: Heat release is derived from oxygen consumption (approx. 13.1 MJ released per kg O2 consumed) with stated uncertainties (≈±5% for complete combustion, greater for incomplete combustion); corrections from CO/CO2/soot measurements are included.
• Calibration and validation: Requirements for analyser calibration, flow-rate checks, heater calibration, and timing delay corrections. Annexes include operator guidance, configuration notes and gas flow tables.
• Limits: Designed for reduced oxygen (<20.95 %); not intended to control oxygen-enriched (>20.95 %) atmospheres.

Applications and users

ISO/TS 5660-5:2020 is applicable for:

• Fire testing laboratories conducting reaction-to-fire assessments under non-ambient oxygen conditions.
• Product manufacturers and materials developers evaluating flammability, pyrolysis behaviour, and smoke performance in oxygen-depleted environments.
• Fire safety engineers and researchers studying ventilation-limited fires, tunnel/underground scenarios, aircraft/spacecraft materials, or enclosed-space fire dynamics.
• Regulators and certification bodies requiring standardized data on heat release, smoke yield and mass loss under reduced oxygen scenarios.

Related standards

• ISO 5660-1:2015 - Cone calorimeter (base method)
• ISO 13927:2015 - Simple heat release test (conical heater)
• ISO 13943 - Fire safety vocabulary

Keywords: ISO/TS 5660-5:2020, reaction-to-fire tests, cone calorimeter, reduced oxygen atmospheres, heat release rate, smoke production rate, mass loss rate, vitiation, ventilation-controlled.

Standards Content (Sample)

TECHNICAL ISO/TS
SPECIFICATION 5660-5
First edition
2020-03
Reaction-to-fire tests — Heat release,
smoke production and mass loss
rate —
Part 5:
Heat release rate (cone calorimeter
method) and smoke production
rate (dynamic measurement) under
reduced oxygen atmospheres
Reference number
©
ISO 2020
© ISO 2020
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be reproduced or utilized otherwise in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting
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CP 401 • Ch. de Blandonnet 8
CH-1214 Vernier, Geneva
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Fax: [phone]
Email: [e-mail]
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Published in Switzerland
ii © ISO 2020 – All rights reserved

Contents Page
Foreword .iv
1 Scope .1
2 Normative references .1
3 Terms and definitions .1
4 Symbols . 2
5 Principle .3
6 Apparatus .4
6.1 General . 5
6.2 Heater and enclosure and chimney arrangement with cone calorimeter as per
ISO 5660-1 . 5
6.2.1 Enclosure . 5
6.3 Water-cooling for weighing device . 6
6.4 Chimney . 6
6.5 Air- and gas-supply system . 7
6.6 Enclosure oxygen analyser . 7
6.7 Data collection and analysis system . 7
7 Suitability of product for testing .7
8 Specimen construction and preparation.7
9 Test environment .7
10 Calibration .8
10.1 Operating calibrations . 8
10.1.1 Enclosure oxygen analyser . 8
10.1.2 Enclosure flow rate measurement. 8
10.1.3 Heater calibration . 8
11 Test procedure .8
11.1 General precautions . . 8
11.2 Initial preparation . 8
11.3 Procedure . 8
11.4 Criteria to consider a test as successful .10
12 Calculations.11
12.1 General .11
12.2 Calibration constant for oxygen consumption analysis .11
12.3 Correct time delay .11
12.4 Heat release rate .11
13 Test report .13
Annex A (informative) Commentary and guidance notes for operators .17
Annex B (informative) Additional information for using the linked configuration .18
Annex C (informative) Additional information for using the enclosure as standalone device
with ISO 13927 controls .19
Annex D (informative) Gas flow rates .20
Bibliography .23
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 1, Fire
initiation and growth.
A list of all parts in the ISO 5660 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.
iv © ISO 2020 – All rights reserved

TECHNICAL SPECIFICATION ISO/TS 5660-5:2020(E)
Reaction-to-fire tests — Heat release, smoke production
and mass loss rate —
Part 5:
Heat release rate (cone calorimeter method) and smoke
production rate (dynamic measurement) under reduced
oxygen atmospheres
1 Scope
This document specifies the apparatus and procedure for measuring reaction to fire behaviour under
reduced oxygen atmospheres. Continuous measurements are made to calculate heat release rates,
smoke and specific gas production rates, and mass loss rates. Ignition time measurements are also
made and ignition behaviour is obtained. Pyrolysis parameters of specimens exposed to controlled
levels of irradiance and controlled levels of oxygen supply can be determined as well.
Different reduced oxygen atmospheres in the test environment are achieved by controlling the oxygen
volume concentration of input gas fed into the chamber (vitiation) or by controlling the total volume of
atmosphere fed into the chamber (ventilation). Ranges of oxygen volume concentration below 20,95 %
of oxygen can be studied. The apparatus is not intended to control enriched oxygen conditions above
atmospheric 20,95 % oxygen concentration.
The measurement system prescribed in this document is based on the cone calorimeter apparatus
described in ISO 5660-1. Therefore, this document is intended to be used in conjunction with ISO 5660-1.
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 5660-1:2015, Reaction-to-fire tests — Heat release, smoke production and mass loss rate — Part 1:
Heat release rate (cone calorimeter method) and smoke production rate (dynamic measurement)
ISO 13927:2015, Plastics — Simple heat release test using a conical radiant heater and a thermopile
detector
ISO 13943, Fire safety — Vocabulary
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 5660-1, ISO 13943 and the
following apply.
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
ambient atmosphere
atmosphere with an oxygen volume concentration of approximately 20,95 % in a control volume and
unrestricted air flow into the same control volume
3.2
reduced oxygen atmosphere
atmosphere with either one of the following conditions that differ from ambient atmospheres:
a) vitiated atmosphere: atmosphere with less oxygen molecules than in ambient air in the same
volume at same temperature and pressure levels (oxygen concentration below 20,95 %; vitiated
conditions), with the remaining molecules balanced by inert gas molecules
b) under ventilated atmosphere: atmosphere with a limited air supply that leads to fewer oxygen
molecules per time supplied to a combustion reaction than needed to allow stoichiometric reactions
to take place (under-ventilated conditions)
3.3
vitiation-controlled conditions
conditions under which the volume concentration of oxygen is intentionally controlled or reduced in
the combustion environment
Note 1 to entry: Vitiation-controlled conditions represent an oxygen depleted fire environment.
3.4
ventilation-controlled conditions
conditions in which the supply rate of (ambient or vitiated) air to the combustion environment is
intentionally controlled or limited
Note 1 to entry: Ventilation-controlled conditions represent a fire environment with limited fresh air supply.
4 Symbols
For the purposes of this document, the symbols given in ISO 5660-1 and the following apply.
Table 1 — Symbols and their designations and units
Symbol Designations Unit
initially exposed surface area of the specimen m
A
S
½ ½ ½
C orifice flow meter calibration constant m g K
γ
thermal expansion factor (dimensionless)

γ thermal changeable dilution factor (dimensionless)
−1
net heat of combustion kJ g
Δh
c
−1
 mass flow rate in the exhaust duct during the test kg s
m
e
−1
0 initial mass flow rate in the exhaust duct kg s

m
e
−1
 mass flow rate of fuel, burning rate of the specimen kg s
m
f
−1
E mass flow rate of the incoming gas mixture to the enclosure kg s

m
g
Δp orifice meter pressure differential Pa
heat release rate kW

qt()
−2
 heat release rate per unit area kW m
qt()
A
oxygen depletion factor (dimensionless)
φ
2 © ISO 2020 – All rights reserved

Table 1 (continued)
Symbol Designations Unit
global equivalence ratio (dimensionless)
φ
GER
absolute temperature of gas at the orifice meter K
T
e

volume flow rate of Air L/min
V
A
E volume flow rate of Gas to the enclosure L/min

V
g

volume flow rate of Nitrogen gas L/min
V
N
oxygen concentration in air (bottled, pressurized) (dimensionless)
X
O ,Air
1 value of combustion gas oxygen analyser reading, before delay time (dimensionless)
X
O
2 correction
A actual value of combustion gas oxygen analyser reading (dimensionless)
X
O
initial baseline value of combustion gas oxygen analyser reading (with (dimensionless)
A
X
O enclosure environment established)
S
surrounding baseline value of oxygen analyser reading (before enclosure (dimensionless)
A
X
O
environment established – enclosure door open)
A actual value of combustion gas carbon monoxide analyser reading (dimensionless)
X
CO
A actual value of combustion gas carbon dioxide analyser reading (dimensionless)
X
CO
E oxygen concentration in the enclosure (dimensionless)
X
O
S
surrounding baseline value of combustion gas carbon dioxide analyser (dimensionless)
A
X
CO
reading (before enclosure environment established – enclosure door open)
S surrounding value of water vapor (dimensionless)
X
HO
5 Principle
The principle of this test method is based on the observation that, generally, both thermal and
chemical products of a combustion reaction vary in quantity and quality depending on the atmospheric
environmental conditions in which the reactions occurs. This test method provides a controlled
environment to assess the contribution that a product under test can make to the rate of heat release,
the production rate of gaseous products, and the smoke production rate, in different reduced oxygen
atmospheres and/or differently ventilated atmospheres during the product’s involvement in fire.
The properties are determined on small representative specimens. Specimens in the test are burned
in ambient atmospheres or predetermined reduced oxygen atmospheres, while being subjected to a
−2 −2
predetermined external irradiance within the range of 0 kW m to 50 kW m . Measurements are
made of oxygen and other gas concentrations in the exhaust, light transmission, exhaust gas flow rates,
and specimen mass.
Heat release rate measurement is based on the observation that the net heat of combustion is
proportional to the amount of oxygen required for combustion. The relationship is that approximately
13,1 × 10 kJ of heat are released per kilogram of oxygen consumed. This is accurate within ±5 % for
complete combustion and differs by ±20 % considerably for incomplete combustion. Measurements
of oxygen concentrations and total exhaust gas flow rates are conventionally made. Enhanced
measurements of carbon dioxide concentrations, carbon monoxide concentrations, other species
concentrations, soot, water vapor, and unburnt fuel allow application of appropriate corrections
depending on stoichiometries of the combustion reactions. These measurements are used to calculate
the mass of oxygen consumed. Results are reported as heat release rate and total heat release,
both normalized to exposed specimen surface area. The heat release rate of a burning specimen is
calculated as the product of the oxygen mass consumed by the fire and the averaged proportionality
3 −1
13,1 × 10 kJ kg with corrections for incomplete combustion. The enhanced measurements for carbon
dioxide, carbon monoxide, and water vapor are applied for general corrections in this document. Where
available, specific values for the proportionality can be used as quotient of the heat of combustion of
a burning fuel and its stochiometric oxygen to fuel mass ratio. The total heat release is calculated by
numerical integration of the heat release rate over the time interval being considered. Both variables
are normalized to area because heat release is proportional to the burning surface area.
The principle of the smoke measurement is based on the observation that, generally, the intensity of light
that is transmitted through a volume of combustion products is an exponentially decreasing function
of distance. Measurements are made of exhaust gas obscuration, exhaust gas flow rate, and mass loss
rate of the specimen. Exhaust gas obscuration is measured as the fraction of laser light intensity that
is transmitted through the mixture of gases, aerosols, and particles in the exhaust duct. This fraction
is used to calculate the extinction coefficient according to Bouguer’s law. In particular, with non-
flaming and anaerobic pyrolysis processes, extinction coefficients differ from extinction values for
combustion smoke. The test results are reported in terms of smoke production and smoke production
rate, both normalized to exposed specimen surface area. Smoke production rate is calculated as the
product of the extinction coefficient and the volumetric flow rate of the smoke in the exhaust duct.
Smoke production is calculated by numerical integration of the smoke production rate over the time
interval being considered. The variables reported are normalized to area because smoke production is
proportional to area.
Gas production measurements are performed by measuring gas concentrations in the exhaust duct. Gas
production rates are calculated from those concentration measurements utilizing general equations
and relations. Species yields are derived from the specific gas mass flow rate divided by the actual fuel
mass loss rate at the same time interval.
Atmospheric environmental conditions may range from approximately 1 % to 20,95 % of oxygen and
10 L/min to 180 L/min volume flow rate. They are predetermined and controlled within the combustion
environment by maintaining the ratio and volume flow rate of air and nitrogen gas respectively. The
oxygen concentration in the atmospheric conditions and the total gas flow rate to the environment are
monitored with relevant measurement devices. Air and nitrogen gas shall be provided either as bottled
gases or as oil free pressurized air from a compressor, and liquid nitrogen vaporizer respectively.
NOTE Atmospheric environmental conditions can be characterised in terms of the Global Equivalence Ratio.
Details are given in Annex A.
6 Apparatus
The apparatus described in this document allows measurement of reaction to fire behaviour under
reduced oxygen atmospheres. Ranges of oxygen volume concentration below 20,95 % of oxygen can be
studied. For those conditions above 15 % of oxygen, flaming combustion is usually expected. For those
below 15 % of oxygen, flaming may occur but is generally not expected to occur for many products.
Anaerobic pyrolysis experiments at close to 0 % of oxygen can be carried out in absence of the oxygen
depletion measurements.
The apparatus utilizes the components and controls of the apparatus specified in ISO 5660-1
supplemented by apparatus modification detailed in this document to facilitate testing under reduced
oxygen atmospheres. This principally consists of replacing the standard cone heater assembly by
a second unit housed in a chamber that can by supplied with metered mixtures of air and nitrogen.
Measurements are otherwise similar to those made in ISO 5660-1.
Optional gas measurement equipment shall be used as detailed in ISO 5660-1:2015, Annex G.
An apparatus exclusively for anaerobic pyrolysis experiments may alternatively utilize components
and controls of the apparatus specified in ISO 13927.
A schematic representation of the apparatus required for this document is given in Figure 1. Components
described in ISO 5660-1 are marked. Components specific to reduced oxygen atmosphere testing are
specified in 6.1 to 6.7 of this document.
4 © ISO 2020 – All rights reserved

6.1 General
The conical shaped radiant heater described in ISO 5660-1:2015, 6.1 shall be integrated into the top face
of an enclosure described in in 6.2.1. The cabinet shall also include the radiation shield (ISO 5660-1:2015,
6.3), the weighing device (ISO 5660-1:2015, 6.4) with an additional cooling shield as described in 6.3,
the specimen holder (ISO 5660-1:2015, 6.5), and the ignition circuit (ISO 5660-1:2015, 6.9). The heat
flux meter and housing (ISO 5660-1:2015, 6.12) and the calibration burner (ISO 5660-1:2015, 6.13) shall
be provided as well. Appropriate mountings shall be available to perform calibration measurements
using the heat flux meter and calibration inside the enclosure. A gas mixing and supply system shall be
connected to the enclosure to allow adjusting the atmospheric conditions.
6.2 Heater and enclosure and chimney arrangement with cone calorimeter as per
ISO 5660-1
The test enclosure described in 6.3 replaces the standard cone heater assembly in the ISO 5660-1
apparatus. It shall be centred underneath the exhaust hood and can be used in each of the following
configurations using a chimney on top of the enclosure as described in 6.5.
1) When testing with an enclosure gas supply rate lower than the exhaust flow rate, the enclosure
and chimney should not be linked directly to the exhaust hood. Air from the surroundings shall be
allowed to enter the exhaust hood.
NOTE 1 The effect of the chimney in the unlinked configuration on various results are discussed in
Reference [2].
NOTE 2 An exhaust flow rate that exceeds the enclosure supply rate would cause under pressure,
leakages, and potentially uncontrolled conditions in the enclosure.
2) When undertaking anaerobic pyrolysis experiments these can be carried out in either unlinked
or linked apparatus depending on the applicable gas supply rate or if the enclosure is stand-alone
without the oxygen depletion measurement equipment running. Annex C specifies more details
about the stand-alone arrangement.
Regardless of the configuration or the enclosure inlet gas flow rate, the exhaust flow rate in the duct
shall be sufficiently high to reliably entrain all combustion/pyrolysis products released during the
process. The minimum exhaust flow rate at the beginning of the test shall be at least 0,012 ± 0,002 m /s.
6.2.1 Enclosure
A stainless steel enclosure shall have internal dimensions of W × D × H (370 ± 20) mm ×
(300 ± 20) mm × (320 ± 20) mm. A door shall be mounted on the front of the enclosure to provide
access to all inner parts and to allow specimen loading. When opened for specimen loading, a door
may allow significant amounts of air entering the enclosure. This may unintentionally change the
predetermined controlled atmosphere. An alternative opening scheme may be used if it allows only
minimum air entering the enclosure during specimen loading. At least one wall or door element shall
contain a window to allow the specimen to be observed during a test. At least one gas connection port
shall be mounted at the level of the sample that allows gas sampling of the enclosure atmosphere.
Additional ports may be present for cooling water entry, additional gas sampling, and/or temperature
measurement as well as extinguishing, and radiation measurement equipment.
All connections of wall assemblies, ports and openings shall be tightly sealed to prevent surrounding
air from penetrating in the enclosure during the test.
The conical heater, specified in ISO 5660-1:2015, 6.1 shall be mounted in the centre of the top face of the
−2
enclosure. It shall be capable of producing an irradiance level on the surface of the specimen of 0 kW m
−2
to 50 kW m . Higher heat flux levels may be possible if the equipment is suitable for high temperature
conditions. A water-cooled collar should be mounted between the heater and the top of the enclosure
to minimize warping of the top plate due to the hot electrical heater. Heat resistant sealing material
shall be used for sealing the cone heater openings against unintended air diffusion/penetration into the
enclosure.
In accordance with applicable sections of ISO 5660-1, the enclosure shall contain a radiation
shield (ISO 5660-1:2015, 6.3), an ignition circuit (ISO 5660-1:2015, 6.10), and a specimen holder
(ISO 5660-1:2015, 6.6). The enclosure shall be capable of incorporating and operating the weighing
device per ISO 5660-1:2015, 6.5 as well. The weighing device may be located outside the enclosure if
proper sealing of the connection rod is ensured and accurate sample mass measurement is provided.
Two local entry points or a mesh of points shall be provided in the base of the enclosure to feed the
enclosure with a pre-mixed mixture of air and gases in a suitable ratio to create the desired test
atmosphere. The entry points shall be designed in a way that minimizes high local flow rates inside
the enclosure. A baffle design that has been used to meet these requirements is shown in Figure 3.
Alternative equipment, such as screens and beads, or similar may be used if it minimizes high local flow
rates. Screens and beads at the bottom of the enclosure are expected to provide uniformly consistent
and upward inlet flow velocity. Baffles as per Figure 3 shall be used. When using an alternative to the

baffles in Figure 3, comparative tests between
...

SPÉCIFICATION ISO/TS
TECHNIQUE 5660-5
Première édition
2020-03
Essais de réaction au feu — Débit
calorifique, taux de dégagement de
fumée et taux de perte de masse —
Partie 5:
Débit calorifique (méthode au
calorimètre à cône) et taux de
dégagement de fumée (mesurage
dynamique) dans des atmosphères
pauvres en oxygène
Reaction-to-fire tests — Heat release, smoke production and mass
loss rate —
Part 5: Heat release rate (cone calorimeter method) and smoke
production rate (dynamic measurement) under reduced oxygen
atmospheres
Numéro de référence
©
ISO 2020
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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.
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CH-1214 Vernier, Genève
Tél.: [phone]
Fax: [phone]
E-mail: [e-mail]
Web: www.iso.org
Publié en Suisse
ii © ISO 2020 – Tous droits réservés

Sommaire Page
Avant-propos .iv
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Symboles . 2
5 Principe . 3
6 Appareillage . 5
6.1 Généralités . 5
6.2 Disposition du dispositif de chauffage, de l’enceinte et de la cheminée avec le
calorimètre à cône selon l’ISO 5660-1 . 5
6.2.1 Enceinte . 6
6.3 Refroidissement à l’eau du dispositif de pesage . 7
6.4 Cheminée . 7
6.5 Système d’alimentation en air et en gaz . 7
6.6 Analyseur d’oxygène dans l’enceinte . 8
6.7 Système de collecte et d’analyse des données . 8
7 Aptitude du produit aux essais . 8
8 Construction et préparation des éprouvettes . 8
9 Environnement d’essai . 8
10 Étalonnage . 8
10.1 Étalonnages pendant les essais . 9
10.1.1 Analyseur d’oxygène dans l’enceinte . 9
10.1.2 Mesurage du débit dans l’enceinte . 9
10.1.3 Étalonnage du dispositif de chauffage. 9
11 Mode opératoire d’essai. 9
11.1 Précautions générales . 9
11.2 Préparation initiale . 9
11.3 Mode opératoire . 9
11.4 Critères à prendre en compte pour la réussite d’un essai .12
12 Calculs .12
12.1 Généralités .12
12.2 Constante d’étalonnage pour l’analyse de la consommation d’oxygène .12
12.3 Délai d’attente correct .12
12.4 Débit calorifique .13
13 Rapport d’essai .14
Annexe A (informative) Commentaires et notes explicatives à l’attention des opérateurs .18
Annexe B (informative) Informations supplémentaires pour utiliser la configuration reliée .19
Annexe C (informative) Informations supplémentaires pour utiliser l’enceinte comme
dispositif autonome avec les systèmes de contrôle de l’ISO 13927 .20
Annexe D (informative) Débits de gaz .21
Bibliographie .24
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 le lien suivant: www .iso .org/ iso/ fr/ avant -propos .html.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 92, Sécurité au feu, sous-comité SC 1,
Amorçage et développement du feu.
Une liste de toutes les parties de la série ISO 5660 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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SPÉCIFICATION TECHNIQUE ISO/TS 5660-5:2020(F)
Essais de réaction au feu — Débit calorifique, taux de
dégagement de fumée et taux de perte de masse —
Partie 5:
Débit calorifique (méthode au calorimètre à cône) et taux
de dégagement de fumée (mesurage dynamique) dans des
atmosphères pauvres en oxygène
1 Domaine d’application
Le présent document spécifie l’appareillage et le mode opératoire permettant de mesurer le
comportement de réaction au feu dans des atmosphères appauvries en oxygène. Des mesurages
continus sont réalisés pour calculer les débits calorifiques, les taux de dégagement de fumée et de gaz
spécifiques, ainsi que les vitesses de perte de masse. Des mesurages du délai d’allumage sont également
réalisés et le comportement à l’allumage est également déterminé. Les paramètres de pyrolyse des
éprouvettes exposées à des niveaux contrôlés d’éclairement énergétique et d’alimentation en oxygène
peuvent aussi être déterminés.
Il est possible d’obtenir les différentes atmosphères appauvries en oxygène dans l’environnement
d’essai en contrôlant la concentration en volume d’oxygène du gaz qui est introduit dans la chambre
(viciation) ou en contrôlant le débit de l’atmosphère qui est introduite dans la chambre (ventilation).
Les plages avec une concentration en volume d’oxygène inférieure à 20,95 % peuvent être étudiées.
En revanche, l’appareillage n’est pas destiné à contrôler les atmosphères enrichies en oxygène dont la
concentration d’oxygène dépasse la concentration atmosphérique de 20,95 %.
Le système de mesure décrit dans le présent document est basé sur le calorimètre à cône décrit
dans l’ISO 5660-1. Par conséquent, le présent document est destiné à être utilisé conjointement avec
l’ISO 5660-1.
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 5660-1:2015, Essais de réaction au feu — Débit calorifique, taux de dégagement de fumée et taux de
perte de masse — Partie 1: Débit calorifique (méthode au calorimètre à cône) et taux de dégagement de
fumée (mesure dynamique)
ISO 13927:2015, Plastiques — Essai simple pour la détermination du débit calorifique au moyen d’un
radiateur conique et d’une sonde à thermopile
ISO 13943, Sécurité au feu — Vocabulaire
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l’ISO 5660-1 et 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 http:// www .electropedia .org/
3.1
atmosphère ambiante
atmosphère dont la concentration en volume d’oxygène est d’environ 20,95 % dans un volume contrôlé
et avec une circulation d’air non restreinte dans le même volume de contrôle
3.2
atmosphère appauvrie en oxygène
atmosphère pour laquelle l’une des conditions suivantes diffère des atmosphères ambiantes:
a) atmosphère viciée: atmosphère contenant moins de molécules d’oxygène que l’air ambiant dans
le même volume et les mêmes conditions de température et de pression (concentration d’oxygène
inférieure à 20,95 %; conditions viciées), les molécules restantes étant compensées par des
molécules de gaz inerte;
b) atmosphère sous-ventilée: atmosphère ayant une alimentation en air limitée qui fait que le nombre
de molécules d’oxygène par unité de temps qui alimentent une réaction de combustion est inférieur
au nombre nécessaire pour que des réactions stœchiométriques se produisent (conditions sous-
ventilées).
3.3
conditions de viciation contrôlée
conditions dans lesquelles la concentration en volume d’oxygène est volontairement contrôlée ou
réduite dans l’environnement de combustion
Note 1 à l'article: Les conditions de viciation contrôlée représentent un environnement au feu appauvri en
oxygène.
3.4
conditions de ventilation contrôlée
conditions dans lesquelles le débit d’alimentation en air (ambiant ou vicié) de l’environnement de
combustion est volontairement contrôlé ou limité
Note 1 à l'article: Les conditions de ventilation contrôlée représentent un environnement au feu avec une
alimentation en air frais limitée.
4 Symboles
Pour les besoins du présent document, les symboles donnés dans l’ISO 5660-1 ainsi que les suivants,
s’appliquent.
Tableau 1 — Symboles et leurs désignations et unités
Symbole Désignations Unité
aire de la surface initialement exposée de l’éprouvette m
A
S
1/2 1/2 1/2
constante d’étalonnage du débitmètre à diaphragme m g K
C
γ
facteur de dilatation thermique (sans dimension)
γ facteur de dilution thermique modifiable (sans dimension)
−1
pouvoir calorifique inférieur kJ g
Δh
c
−1
débit massique dans le conduit d’évacuation pendant l’essai kg s
m
e
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Tableau 1 (suite)
Symbole Désignations Unité
−1
0 débit massique initial à l’intérieur du conduit d’évacuation kg s

m
e
−1
débit massique de combustible, vitesse de combustion de l’éprouvette kg s

m
f
−1
E débit massique du mélange de gaz qui entre dans l’enceinte kg s

m
g
pression différentielle du débitmètre à diaphragme Pa
Δp
 débit calorifique kW
qt
()
−2
débit calorifique par unité de surface kW m

qt()
A
φ facteur d’appauvrissement en oxygène (sans dimension)
rapport d’équivalence global (sans dimension)
φ
GER
température absolue du gaz au niveau du débitmètre à diaphragme K
T
e
 débit volumétrique de l’air L/min
V
A
E débit volumétrique du gaz qui entre dans l’enceinte L/min
V
g
 débit volumétrique de l’azote gazeux L/min
V
N
concentration d’oxygène dans l’air (embouteillé, sous pression) (sans dimension)
X
O ,Air
1 valeur indiquée par l’analyseur d’oxygène dans les gaz de combustion (sans dimension)
X
O
avant la correction du temps de retard
A valeur réelle indiquée par l’analyseur d’oxygène dans les gaz de combustion (sans dimension)
X
O
valeur de base initiale indiquée par l’analyseur d’oxygène dans les gaz de (sans dimension)
A
X
O
combustion (une fois l’environnement dans l’enceinte établi)
S
valeur de base ambiante indiquée par l’analyseur d’oxygène (avant d’éta- (sans dimension)
A
X
O blir l’environnement dans l’enceinte – porte de l’enceinte ouverte)
A valeur réelle indiquée par l’analyseur de monoxyde de carbone dans les (sans dimension)
X
CO
gaz de combustion
A valeur réelle indiquée par l’analyseur de dioxyde de carbone dans les gaz (sans dimension)
X
CO
de combustion
E concentration d’oxygène dans l’enceinte (sans dimension)
X
O
S
valeur de base ambiante indiquée par l’analyseur de dioxyde de car- (sans dimension)
A
X
CO
bone dans les gaz de combustion (avant d’établir l’environnement dans
l’enceinte – porte de l’enceinte ouverte)
S valeur de vapeur d’eau ambiante (sans dimension)
X
HO
5 Principe
Le principe de cette méthode d’essai est basé sur l’observation suivante: généralement, les produits
thermiques et chimiques d’une réaction de combustion varient en quantité et en qualité en fonction
des conditions environnementales atmosphériques dans lesquelles se produit la réaction. Cette
méthode d’essai fournit un environnement contrôlé pour évaluer la contribution que le produit
soumis à essai peut apporter au débit calorifique, au taux de dégagement de produits gazeux et au
taux de dégagement de fumée, dans différentes atmosphères appauvries en oxygène et/ou dans des
atmosphères ventilées différemment au cours d’un feu dans lequel il est impliqué. Ces propriétés sont
déterminées sur de petites éprouvettes représentatives. Lors de l’essai, les éprouvettes sont brûlées
dans des atmosphères ambiantes ou dans des atmosphères appauvries en oxygène prédéterminées,
−2
tout en étant soumises à un éclairement énergétique externe prédéterminé compris entre 0 kW m et
−2
50 kW m . Les concentrations d’oxygène et d’autres gaz sont mesurées au niveau de l’évacuation, ainsi
que la transmission lumineuse, les débits de gaz évacués et la masse de l’éprouvette.
Le mesurage du débit calorifique est basé sur l’observation suivante: le pouvoir calorifique inférieur
est proportionnel à la quantité d’oxygène requise pour la combustion. La relation est la suivante:
environ 13,1 × 10 kJ de chaleur sont libérés par kilogramme d’oxygène consommé. Cette relation est
exacte à ± 5 % dans le cas d’une combustion complète et elle diffère considérablement, de ± 20 %, dans
le cas d’une combustion incomplète. Des mesurages des concentrations d’oxygène et des débits de gaz
évacués totaux sont conventionnellement réalisés. Des mesurages complémentaires des concentrations
de dioxyde de carbone, de monoxyde de carbone et d’autres espèces, de la suie, de la vapeur d’eau
et du combustible non brûlé permettent d’appliquer des corrections appropriées en fonction de la
stœchiométrie des réactions de combustion. Ces mesurages sont utilisés pour calculer la masse
d’oxygène consommée. Les résultats sont consignés en termes de débit calorifique et de chaleur totale
dégagée, tous deux rapportés à l’aire de la surface exposée de l’éprouvette. Le débit calorifique d’une
éprouvette qui brûle est calculé sous la forme du produit de la masse d’oxygène consommée par le feu et
3 −1
la proportionnalité moyennée 13,1 × 10 kJ kg avec des corrections pour tenir compte de la combustion
incomplète. Les mesurages complémentaires du dioxyde de carbone, du monoxyde de carbone et de la
vapeur d’eau sont appliqués en guise de corrections générales dans le présent document. Lorsqu’elles
sont disponibles, des valeurs spécifiques peuvent être utilisées pour la proportionnalité comme
quotient de la chaleur de combustion d’un combustible qui brûle et son rapport stœchiométrique de
masse oxygène/combustible. La chaleur totale dégagée est calculée par intégration numérique du débit
calorifique sur l’intervalle de temps considéré. Les deux variables sont rapportées par unité de surface
parce que la quantité de chaleur dégagée est proportionnelle à l’aire de la surface qui brûle.
Le principe du mesurage de la fumée est basé sur l’observation suivante: l’intensité de la lumière
transmise à travers un volume de produits de combustion est généralement une fonction exponentielle
décroissante de la distance. L’obscurcissement par les gaz évacués, le débit de gaz évacués et la vitesse
de perte de masse de l’éprouvette sont mesurés. L’obscurcissement par les gaz évacués est mesuré
en tant que fraction de l’intensité de la lumière laser qui est transmise à travers le mélange de gaz,
d’aérosols et de particules dans le conduit d’évacuation. Cette fraction est utilisée pour calculer le
coefficient d’extinction selon la loi de Bouguer. En particulier, avec des processus de pyrolyse sans
flammes et anaérobie, les coefficients d’extinction diffèrent des valeurs d’extinction pour la fumée
de combustion. Les résultats d’essai sont consignés en termes de dégagement de fumée et de taux de
dégagement de fumée, tous deux rapportés à l’aire de la surface exposée de l’éprouvette. Le taux de
dégagement de fumée est calculé comme le produit du coefficient d’extinction par le débit volumétrique
de fumée dans le conduit d’évacuation. La production de fumée est calculée par intégration numérique
du taux de dégagement de fumée sur l’intervalle de temps considéré. Les variables sont rapportées par
unité de surface parce que la production de fumée est proportionnelle à l’aire.
Des mesurages de la production de gaz sont réalisés en mesurant les concentrations de gaz dans le
conduit d’évacuation. Les taux de dégagement de gaz sont calculés à partir de ces mesurages de
concentration en utilisant les équations et relations générales. Les taux de production d’espèces sont
dérivés du débit massique du gaz spécifique divisé par la vitesse réelle de perte de masse du combustible
dans le même intervalle de temps.
Les conditions environnementales atmosphériques peuvent aller d’environ 1 % à 20,95 % d’oxygène
et de 10 L/min à 180 L/min de débit volumétrique. Elles sont prédéterminées et contrôlées dans
l’environnement de combustion en maintenant le rapport et le débit volumétrique de l’air et de l’azote
gazeux, respectivement. La concentration d’oxygène dans les conditions atmosphériques et le débit total
de gaz dans l’environnement sont surveillés avec des dispositifs de mesure appropriés. L’air et l’azote
gazeux doivent être fournis en bouteilles ou sous forme d’air sous pression exempt d’huile provenant
d’un compresseur et d’un vaporisateur d’azote liquide, respectivement.
NOTE Les conditions environnementales atmosphériques peuvent être caractérisées en termes de rapport
d’équivalence global. Des détails sont donnés à l’Annexe A.
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6 Appareillage
L’appareil décrit dans le présent document permet de mesurer le comportement de réaction au feu
dans des atmosphères appauvries en oxygène. Les plages avec une concentration en volume d’oxygène
inférieure à 20,95 % peuvent être étudiées. Dans des conditions avec plus de 15 % d’oxygène, une
combustion avec flammes est généralement attendue. À moins de 15 % d’oxygène, il peut y avoir des
flammes, mais ce ne sera généralement pas le cas pour la plupart des produits. Les expériences de
pyrolyse anaérobie à une concentration proche de 0 % d’oxygène peuvent être réalisées en l’absence de
mesures d’appauvrissement en oxygène.
L’appareillage utilise les composants et les systèmes de contrôle de l’appareillage spécifiés dans
l’ISO 5660-1 avec la modification détaillée dans le présent document, afin de faciliter les essais dans
des atmosphères appauvries en oxygène. Cette modification consiste principalement à remplacer le
dispositif de chauffage conique normalisé par une seconde unité logée dans une chambre pouvant être
alimentée avec des mélanges contrôlés d’air et d’azote. Les mesurages sont par ailleurs similaires à ceux
réalisés dans l’ISO 5660-1.
Un équipement de mesure de gaz facultatif doit être utilisé comme indiqué en détail dans l’Annexe G de
l’ISO 5660-1:2015.
Sinon, un appareillage exclusivement conçu pour les expériences de pyrolyse anaérobie peut utiliser les
composants et les systèmes de contrôle de l’appareillage spécifiés dans l’ISO 13927.
Une représentation schématique de l’appareillage requis pour le présent document est fournie à la
Figure 1. Les composants décrits dans l’ISO 5660-1 sont marqués. Les composants spécifiques des
essais dans une atmosphère appauvrie en oxygène sont spécifiés de 6.1 à 6.7 du présent document.
6.1 Généralités
Le dispositif conique de chauffage par rayonnement décrit en 6.1 de l’ISO 5660-1:2015 doit être
intégré sur la face supérieure d’une enceinte décrite en 6.2.1. L’enceinte doit également inclure l’écran
antirayonnement (ISO 5660-1:2015, 6.3), le dispositif de pesage (ISO 5660-1:2015, 6.4) avec un écran
de refroidissement additionnel tel que décrit en 6.3, le support d’éprouvette (ISO 5660-1:2015, 6.5) et
le circuit d’allumage (ISO 5660-1:2015, 6.9). Le fluxmètre thermique et son logement (ISO 5660-1:2015,
6.12) et le brûleur d’étalonnage (ISO 5660-1:2015, 6.13) doivent également être fournis. Des
dispositifs de montage appropriés doivent être disponibles pour réaliser les mesurages d’étalonnage
à l’aide du fluxmètre thermique et l’étalonnage à l’intérieur de l’enceinte. Un système de mélange de
gaz et d’alimentation en gaz doit être connecté à l’enceinte pour permettre d’ajuster les conditions
atmosphériques.
6.2 Disposition du dispositif de chauffage, de l’enceinte et de la cheminée avec le
calorimètre à cône selon l’ISO 5660-1
L’enceinte d’essai décrite en 6.2.1 remplace le dispositif de chauffage conique normalisé de l’appareillage
décrit dans l’ISO 5660-1. Elle doit être centrée sous la hotte d’évacuation et peut être utilisée dans chacune
des configurations suivantes utilisant une cheminée au-dessus de l’enceinte comme décrit en 6.5.
1) Lorsque les essais portent sur un débit d’alimentation en gaz de l’enceinte inférieur au débit
d’évacuation, il convient que l’enceinte et la cheminée ne soient pas raccordées directement à la
hotte d’évacuation. De l’air venant de l’extérieur doit pouvoir être admis dans la hotte d’évacuation.
NOTE 1 La référence [2] traite de l’effet de la cheminée sur les différents résultats dans la configuration
non reliée.
NOTE 2 Un débit d’évacuation supérieur au débit d’alimentation de l’enceinte causerait une sous-pression, des
fuites et des conditions potentiellement non contrôlées dans l’enceinte.
2) Pour les expériences de pyrolyse anaérobie, les essais peuvent être réalisés sur un appareillage
relié ou non en fonction du débit d’alimentation en gaz applicable ou, si l’enceinte est autonome,
sans mettre en marche l’équipement de mesure d’appauvrissement en oxygène. L’Annexe C spécifie
de manière plus détaillée la configuration autonome.
Quels que soient la configuration ou le débit d’alimentation en gaz de l’enceinte, le débit d’évacuation
dans le conduit doit être suffisamment élevé pour entrainer de manière fiable tous les produits de
combustion/pyrolyse libérés pendant le processus. Le débit minimal d’évacuation au début de l’essai
doit être au moins égal à 0,012 ± 0,002 m /s.
6.2.1 Enceinte
Une enceinte en acier inoxydable doit avoir des dimensions internes L × P × H égales à
(370 ± 20) mm × (300 ± 20) mm × (320 ± 20) mm. Une porte doit être installée sur l’avant de l’enceinte
pour donner accès aux parties intérieures et permettre le chargement de l’éprouvette. Lorsqu’elle est
ouverte pour charger l’éprouvette, la porte peut laisser passer des quantités importantes d’air dans
l’enceinte. Cela peut involontairement modifier l’atmosphère contrôlée prédéterminée. Une autre
solution d’ouverture peut être utilisée si elle permet à une quantité minimale d’air de pénétrer dans
l’enceinte pendant le chargement de l’éprouvette. Au moins un élément de paroi ou de porte doit
comporter une fenêtre pour permettre d’observer l’éprouvette pendant l’essai. Au moins un orifice de
raccordement de gaz doit être installé au niveau de l’échantillon pour permettre d’échantillonner le gaz
dans l’atmosphère de l’enceinte. Il peut également y avoir des orifices supplémentaires pour l’entrée de
l’eau de refroidissement, l’échantillonnage de gaz supplémentaire et/ou le mesurage de la température,
ainsi qu’un équipement de mesure d’extinction et de rayonnement.
Toutes les connexions des panneaux muraux, des orifices et des ouvertures doivent être étanches pour
empêcher l’air environnant de pénétrer dans l’enceinte pendant l’essai.
Le dispositif de chauffage conique spécifié en 6.1 de l’ISO 5660-1:2015 doit être monté au centre de la
face supérieure de l’enceinte. Il doit être capable de produire un niveau d’éclairement énergétique sur
−2 −2
la surface de l’éprouvette compris entre 0 kW m et 50 kW m . Des niveaux d’éclairement énergétique
plus élevés peuvent être possibles si l’équipement est adapté aux températures élevées. Il convient
de monter un collier refroidi à l’eau entre le dispositif de chauffage et le sommet de l’enceinte pour
minimiser le gauchissement de la plaque supérieure dû au dispositif de chauffage électrique lorsqu’il
est chaud. Un matériau d’étanchéité résistant à la chaleur doit être utilisé pour sceller les ouvertures
du dispositif de chauffage conique afin d’empêcher la diffusion/pénétration involontaire d’air dans
l’enceinte.
Conformément aux sections applicables de l’ISO 5660-1, l’enceinte doit contenir un écran
antirayonnement (ISO 5660-1:2015, 6.3), un circuit d’allumage (ISO 5660-1:2015, 6.10) et un support
d’éprouvette (ISO 5660-1:2015, 6.6). L’enceinte doit également pouvoir contenir le dispositif de pesage
et permettre de l’utiliser selon 6.5 de l’ISO 5660-1:2015. Le dispositif de pesage peut être situé hors de
l’enceinte si l’étanchéification appropriée de la barre de connexion est assurée et si une mesure exacte
de la masse de l’échantillon est fournie.
Deux points d’entrée locaux ou un maillage de points doivent être fournis à la base de l’enceinte
pour alimenter cette dernière avec un prémélange d’air et de gaz selon un rapport adapté pour créer
l’atmosphère d’essai souhaitée. Les points d’entrée doivent être conçus de manière à minimiser les débits
locaux élevés à l’intérieur de l’enceinte. Une conception en chicanes qui a été utilisée pour satisfaire à
ces exigences est illustrée à la Figure 3. Il est admis d’utiliser d’autres équipements, comme des écrans
et des billes, ou autres équipements similaires, s’ils minimisent les débits locaux élevés. La présence
d’écrans et de billes au fond de l’enceinte permet d’assurer une vitesse d’entrée ascendante uniforme.
Les chicanes utilisées doivent être conformes à la Figure 3. En cas de recours à une autre solution que
les chicanes de la Figure 3, des essais comparatifs entre un appareillage conforme à l’ISO 5660-1 et
l’appareillage décrit dans le présent document doivent être réalisés avec le même produit à un taux
de 20,95 % d’oxygène. Les résultats de mesure du temps d’allumage et du débit calorifique doivent être
comparés.
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6.3 Refroidissement à l’eau du dispositif de pesage
Un écran refroidi à l’eau ou un logement doit être prévu sur le dessus ou autour du dispositif de pesage
pour assurer un mesurage approprié du poids tout en protégeant le dispositif de pesage de la chaleur
régnant à l’intérieure de l’enceinte pendant un essai. La barre de connexion du dispositif peut aussi
être refroidie. Cependant, le refroidissement à l’eau ne doit pas avoir d’incidence sur le mesurage de la
masse à un moment quelconque avant ou pendant l’essai. Les dispositifs de pesage qui sont situés hors
de l’enceinte ne nécessitent pas de refroidissement à l’eau.
6.4 Cheminée
Une cheminée de section circulaire doit être montée sur le dessus de la plaque supérieure du dispositif
de chauffage conique. L’axe de la cheminée doit coïncider avec celui du dispositif de chauffage. La
cheminée doit avoir une longueur de (600 ± 2) mm et un diamètre interne de (115 ± 2) mm en fonction
de la conception de la cheminée selon 6.4 de l’ISO 13927:2015.
NOTE Le diamètre interne de 115 mm est un compromis empirique acceptable qui assure des débits de
gaz évacués et des longueurs de flammes appropriés pour la plage attendue des résultats de débit calorifique.
Les grands diamètres font chuter le débit de gaz dans la cheminée et retardent le transport du gaz vers le point
d’échantillonnage, ce qui fausse la résolution dans le temps du comportement en combustion. Des diamètres plus
petits augmentent le débit de gaz et la longueur des flammes, ce qui peut conduire à l’apparition involontaire de
flammes dans des conditions atmosphériques non contrôlées au-dessus de la cheminée (combustion secondaire;
voir l’Annexe A).
La cheminée doit être en acier inoxydable ou en verre de 1 mm d’épaisseur. Son extrémité supérieure
doit empiéter sur le fond de la hotte d’évacuation et pénétrer à l’intérieur de celle-ci sur une distance de
(45 ± 5) mm. La hauteur de l’enceinte doit être positionnée correctement.
Le but de la cheminée est de limiter toute combustion secondaire potentielle lorsque les flammes sont
en contact avec l’air ambiant. Si une combustion secondaire est observée au-dessus de la cheminée,
l’essai doit être considéré comme non concluant selon 11.4 du présent document et les données d’essai
doivent être non valides. Les données des essais en atmosphère contrôlée réalisés avec une cheminée
plus longue ou avec une configuration à liaison directe selon 6.2 peuvent être prises en compte.
Cependant, la longueur de la cheminée doit être limitée de manière à ne pas dépasser les critères de
chevauchement mentionnés ci-dessus. Il convient également de ne pas positionner l’enceinte trop près
du sol afin d’éviter tout conflit avec les réglementations d’hygiène et de sécurité au travail.
Pour empêcher les gaz d’évacuation de s’échapper de la hotte d’évacuation, l’extrémité de la cheminée
doit être conçue pour assurer une vitesse d’écoulement et une direction d’écoulement adaptées pour
recueillir tous les gaz qui passent dans la hotte. Un réducteur de débit qui réduit le diamètre de la
cheminée s’est révélé efficace pour assurer une vitesse d’écoulement suffisante pour que la fumée
atteigne la hotte. La Figure 4 illustre un réducteur de débit avec des dimensions adaptées. D’autres
conceptions peuvent également être utilisées. Ce dispositif ne doit pas être inclus dans la longueur
de 600 mm de la cheminée. Il ne doit toutefois pas ajouter plus de (40 ± 5) mm à la longueur de la
cheminée.
6.5 Système d’alimentation en air et en gaz
Le prémélange d’air ou de gaz doit être créé dans une unité de mélange et d’alimentation en gaz. Cette
unité doit comprendre au moins les éléments suivants:
— des robinets d’arrêt pour chaque composant gazeux connecté;
— des régulateurs de débit manuels ou électriques précis dans une plage de 5 L/min à 200 L/min;
— des débitmètres pour surveiller le débit de chaque composant gazeux (précis dans la même plage);
— des dispositifs stabilisateurs d’écoulement pour chaque composant gazeux;
— une chambre de mélange de gaz;
— un débitmètre pour lire le débit total d’alimentation en gaz de l’enceinte. Le débit total d’alimentation
en gaz de l’enceinte doit être mesuré et surveillé pendant l’essai.
Le système d’alimentation en gaz doit être capable de délivrer des mélanges d’air ou de gaz avec une
concentration d’oxygène allant d’environ 1 % d’oxygène à 20,95 % d’oxygène, à chaque débit compris
entre 10 L/min et 180 L/min. Pour les études de pyrolyse, des concentrations d’oxygène d’environ 1 %
d’oxygène doivent pouvoir être obtenues.
Idéalement, les conditions environnementales commencent à partir de 0 % d’oxygène. Comme ces
conditions sont techniquement difficiles à obtenir et que cela n’ajoute pas de valeur dans le contexte
des essais en atmosphère contrôlée prévus dans le présent document, la formulation ci-dessus
« environ 1 % » a été choisie. Il convient que la capacité réelle de l’appareillage soit aussi proche de 0 %
que possible en déployant des efforts raisonnables.
6.6 Analyseur d’oxygène dans l’enceinte
Les niveaux d’oxygène dans l’enceinte doivent être mesurés et surveillés pendant l’essai afin de faciliter
le réglage et le contrôle de la concentration. Un analyseur d’oxygène gazeux paramagnétique ayant une
plage de 0 % d’oxygène à 25 % d’oxygène et une exactitude de 0,1 % doit être utilisé à cet effet.
L’échantillonnage est effectué via une sonde située à l’intérieur de l’enceinte à la hauteur de la surface
de l’échantillon et à une distance de (20 ± 5) mm de celui-ci sur le plan horizontal. La sonde doit être
connectée à un orifice de gaz dans l’enveloppe de l’enceinte.
6.7 Système de collecte et d’analyse des données
Le système de collecte et d’analyse des données doit être équipé d’un dispositif permettant de lire le
débit total d’alimentation en gaz de l’enceinte indiqué par le débitmètre comme spécifié en 6.6 et la
valeur indiquée par l’analyseur d’oxygène dans l’enceinte comme spécifié en 6.7 du présent document.
Ce système de collecte des données doit être intégré au système de collecte et d’analyse des données
décrit en 6.15 de l’ISO 5660-1:2015.
7 Aptitude du produit aux essais
Voir l’Article 7 de l’ISO 5660-1:2015.
8 Construction et préparation des éprouvettes
Voir l’Article 8 de l’ISO 5660-1:2015. Ce qui suit s’applique également.
Trois éprouvettes différentes doivent être soumises à essai dans chaque condition atmosphérique
(viciation et/ou ventilation).
9 Environnement d’essai
Voir l’Article 9 de l’ISO 5660-1:2015.
10 Étalonnage
Les étalonnages doivent être effectués conformément à l’Article 10 de l’ISO 5660-1:2015, et ce qui suit
s’applique en plus. Tous les étalonnages doivent être effectués sans alimentation en gaz de l’enceinte. La
porte de l’enceinte doit être ouverte pendant les processus d’étalonnage.
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10.1 Étalonnages pendant les essais
10.1.1 Analyseur d’oxygène dans l’enceinte
L’analyseur d’oxygène dans l’enceinte doit être étalonné pour le zéro et pour l’étendue de mesure,
conformément aux exigences indiquées en 10.2.3 de l’ISO 5660-1:2015. Contrairement à cette norme,
la réponse doit être ajustée à (0,00 ± 0,1) % et à (20,95 ± 0,1) % respectivement. Lorsque toutes les
éprouvettes ont été soumises à essai, la porte de l’enceinte doit être ouverte et l’alimentation en gaz non
ambiant doit être arrêtée. Un niveau de réponse de (20,95 ± 0,1) % d’oxygène doit être obtenu dans un
délai raisonnable, mais au maximum au bout de 120 s.
10.1.2 Mesurage du débit dans l’enceinte
Étalonner le débitmètre de l’enceinte, si cela est applicable, en fonction du manuel du fabricant.
10.1.3 Étalonnage du dispositif de chauffage
Une durée suffisante doit être prévue pour permettre à la température de l’enceinte en acier d’atteindre
l’équilibre pendant l’étalonnage du dispositif de chauffage. Lorsque le point de consigne est stabilisé,
faire fonctionner le dispositif de chauffage conique pendant une durée minimale de 30 min avant de
collecter les données d’étalonnage de l’éclairement énergétique.
11 Mode opératoire d’essai
11.1 Précautions générales
AVERTISSEMENT — Afin de prendre des précautions convenables pour la protection de la santé,
l’attention de toutes les personnes concernées par les essais au feu est attirée sur la possibilité
de dégagement de gaz inflammables, toxiques ou nocifs pendant l’exposition des éprouvettes.
Une alimentation en air de combustion insuffisante peut conduire à la libération et à l’accumulation
de produits issus d’une combustion incomplète, par exemple des gaz inflammables, à l’intérieur de
l’enceinte. Il peut donc y a avoir un risque de retard à l’allumage et de combustion instantanée (contre-
explosion) une fois que l’oxygène alimente l’enceinte (aussi dû à une alimentation accidentelle et
involontaire). L’accumulation de produits de combustion non brûlés dans l’enceinte doit, par conséquent,
être empêchée.
11.2 Préparation initiale
Il faut se conformer à 10.2 et 11.2 de l’ISO 5660-1:2015 pour la préparation initiale.
En variante des exigences en 11.2.4 de l’ISO 5660-1:2015, le débit d’évacuation peut être réglé à une
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valeur quelconque dans la plage de (0,012 ± 0,002) m /s à (0,024 ± 0,002) m /s.
11.3 Mode opératoire
En cas d’utilisation d’une configuration telle que celle décrite en 6.2.1 du présent document (cheminée
non reliée à la hotte d’évacuation), le mode opératoire d’essai détaillé de 11.3.1 à 11.3.14 doit être suivi
pour collecter toutes les données nécessaires pour le calcul.
NOTE La référence [2] donne des détails sur le mode opératoire.
En cas d’utilisation d’une configuration telle que celle décrite en 6.2.1 du présent document
(cheminée/enceinte reliées à la hotte d’évacuation), le mode opératoire d’essai normalisé selon 11.3
de l’ISO 5660-1:2015 peut être utilisé avec de légers ajustements décrits dans l’Annexe B du présent
document.
11.3.1 Conditions avant l’essai
— Appareillage étalonné selon les exigences mentionnées à l’Article 10 du présent document.
— Écran antirayonnement ouvert et barrière thermique placée au-dessus du dispositif de pesage.
— Circuit d’allumage arrêté.
— Porte de l’enceinte ouverte.
— Alimentation en gaz de l’enceinte arrêtée.
— Pompes d’échantillonnage et unités d’analyse de gaz en marche.
11.3.2 Démarrer la collecte des données. Collecter les données de base de l’environnement pendant 60 s.
L’intervalle de collecte normalisé est de 5 s, sauf si un faible temps de combustion
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