Fire safety engineering -- Selection of design fire scenarios and design fires

This document provides guidance for the specification of design fires for use in fire safety engineering analysis of building and structures in the built environment. The design fire is intended to be used in an engineering analysis to determine consequences in fire safety engineering (FSE) analyses.

Ingénierie de la sécurité incendie -- Sélection de scénarios d'incendie et de feux de dimensionnement

Le présent document fournit des recommandations pour la spécification des feux de dimensionnement utilisés en analyse d’ingénierie de la sécurité incendie des bâtiments et structures de l’ouvrage. Le feu de dimensionnement est destiné à être utilisé en analyse d’ingénierie afin de déterminer des conséquences dans les analyses d’ingénierie de la sécurité incendie (ISI).

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Publication Date
13-May-2021
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Start Date
19-Feb-2021
Completion Date
19-Feb-2021
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Technical specification
ISO/TS 16733-2:2021 - Fire safety engineering -- Selection of design fire scenarios and design fires
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Technical specification
ISO/TS 16733-2:2021 - Ingénierie de la sécurité incendie -- Sélection de scénarios d'incendie et de feux de dimensionnement
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Standards Content (sample)

TECHNICAL ISO/TS
SPECIFICATION 16733-2
First edition
2021-05
Fire safety engineering — Selection
of design fire scenarios and design
fires —
Part 2:
Design fires
Ingénierie de la sécurité incendie — Sélection de scénarios d'incendie
et de feux de dimensionnement —
Partie 2: Feu de dimensionnement
Reference number
ISO/TS 16733-2:2021(E)
ISO 2021
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO/TS 16733-2:2021(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
© ISO 2021

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Published in Switzerland
ii © ISO 2021 – All rights reserved
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO/TS 16733-2:2021(E)
Contents Page

Foreword ..........................................................................................................................................................................................................................................v

Introduction ................................................................................................................................................................................................................................vi

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

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

3 Terms and definitions ..................................................................................................................................................................................... 1

4 Symbols .......................................................................................................................................................................................................................... 3

5 The role of design fires in fire safety design ............................................................................................................................ 6

6 Considerations based on methods of analysis ....................................................................................................................10

7 Elements of a design fire ...........................................................................................................................................................................10

7.1 General ........................................................................................................................................................................................................10

7.2 Incipient stage ......................................................................................................................................................................................12

7.3 Growth stage ..........................................................................................................................................................................................12

7.4 Flashover ...................................................................................................................................................................................................13

7.5 Fully developed stage .....................................................................................................................................................................13

7.6 Events that change a design fire............................................................................................................................................14

7.6.1 General...................................................................................................................................................................................14

7.6.2 Suppression systems .................................................................................................................................................14

7.6.3 Intervention by fire services ...............................................................................................................................14

7.6.4 Changes in ventilation ..............................................................................................................................................15

7.6.5 Enclosure effects ...........................................................................................................................................................15

7.6.6 Combustible construction materials ...........................................................................................................15

7.7 Extinction and decay stage ........................................................................................................................................................15

8 Constructing a design fire curve ........................................................................................................................................................16

8.1 Procedure .................................................................................................................................................................................................16

8.2 Step 1 — Parameters provided by the design fire scenario ..........................................................................17

8.3 Step 2 — Fires involving single or multiple fuels ...................................................................................................18

8.3.1 General...................................................................................................................................................................................18

8.3.2 Develop the design fire curve for first item ...........................................................................................19

8.3.3 Ignition of other items .............................................................................................................................................19

8.3.4 Power law design fire curves .............................................................................................................................20

8.3.5 Wall and ceiling linings............................................................................................................................................21

8.3.6 Smouldering fires .........................................................................................................................................................21

8.4 Step 3 — Flashover ..........................................................................................................................................................................22

8.4.1 General...................................................................................................................................................................................22

8.4.2 Empirical correlations for critical heat release rate for onset of flashover ...............22

8.5 Step 4 — Maximum heat release rate ..............................................................................................................................23

8.5.1 General...................................................................................................................................................................................23

8.5.2 Fuel-controlled fires...................................................................................................................................................23

8.5.3 Ventilation-controlled fires ..................................................................................................................................24

8.5.4 Mechanical ventilation .............................................................................................................................................25

8.6 Step 5 — Modifying the design fire curve.....................................................................................................................25

8.6.1 Suppression systems .................................................................................................................................................25

8.6.2 Fire service intervention ........................................................................................................................................26

8.6.3 Changes in ventilation ..............................................................................................................................................26

8.6.4 Enclosure effects on mass loss rate of fuel .............................................................................................26

8.7 Step 6 — Fire duration ..................................................................................................................................................................27

8.7.1 Duration of the fire growth stage ...................................................................................................................27

8.7.2 Duration of the steady burning stage ..........................................................................................................27

8.8 Step 7 — Decay ....................................................................................................................................................................................28

9 Species production ..........................................................................................................................................................................................28

9.1 Species yields ........................................................................................................................................................................................28

© ISO 2021 – All rights reserved iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO/TS 16733-2:2021(E)

10 Design fires for structural fire engineering ..........................................................................................................................28

10.1 General ........................................................................................................................................................................................................28

10.2 Localized fires .......................................................................................................................................................................................29

10.2.1 Flames not impinging the ceiling....................................................................................................................29

10.2.2 Flames impinging the ceiling .............................................................................................................................30

10.3 Parametric fires ...................................................................................................................................................................................31

10.3.1 Heating phase ..................................................................................................................................................................32

10.3.2 Heating duration and maximum temperature ....................................................................................33

10.3.3 Cooling phase ...................................................................................................................................................................34

10.4 Fires in large compartments (travelling fires) .........................................................................................................34

11 External design fires ......................................................................................................................................................................................37

12 Fire tests .....................................................................................................................................................................................................................38

13 Probabilistic aspects of design fires ..............................................................................................................................................38

13.1 General ........................................................................................................................................................................................................38

13.2 Inclusion of statistical representativeness/distribution characteristics ...........................................39

13.3 Simulations using distributed input and sampling techniques .................................................................39

13.4 Stochastic models ..............................................................................................................................................................................40

13.5 Results of probabilistic analysis and their evaluation .......................................................................................41

14 Documentation ....................................................................................................................................................................................................42

Annex A (informative) Data for development of design fires ..................................................................................................43

Bibliography .............................................................................................................................................................................................................................49

iv © ISO 2021 – All rights reserved
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO/TS 16733-2:2021(E)
Foreword

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

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

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

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

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

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

electrotechnical standardization.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

constitute an endorsement.

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

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

World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see www .iso .org/

iso/ foreword .html.

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

safety engineering.
A list of all parts in the ISO 16733 series can be found on the ISO website.

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

complete listing of these bodies can be found at www .iso .org/ members .html.
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ISO/TS 16733-2:2021(E)
Introduction

This document provides guidance for the specification of design fires for use in fire safety engineering

analysis. A design fire is linked to a specific scenario that is tailored to the fire-safety design objective.

There can be several fire safety objectives being addressed, including safety of life (for occupants

and rescue personnel), conservation of property, protection of the environment and preservation of

heritage. A different set of design fire scenarios and design fires can be required to assess the adequacy

of a proposed design for each objective.

The procedure for the selection of the design fire scenarios is described in ISO 16733-1. The design

fire can be thought of as an engineering representation of a fire or a “load” that is used to determine

the consequences of a given fire scenario. The set of assumed fire characteristics are referred to as

“the design fire”. In this document, various formulae are presented to calculate different phenomena.

Formulae other than those presented here can also be applicable for a given application.

It is important that the design fire be appropriate to the objectives of the fire-safety engineering

analysis. It should challenge the fire safety systems in a specific built environment and result in a final

design solution that satisfies performance criteria associated with all the relevant design objectives.

Users of this document should be appropriately qualified and competent in the field of fire safety

engineering. It is important that users understand the parameters within which specific methodologies

may be used.

ISO 23932-1 provides a performance-based methodology for engineers to assess the level of fire safety

for new or existing built environments. Fire safety is evaluated through an engineered approach

based on the quantification of the behaviour of fire and based on knowledge of the consequences of

such behaviour on life safety, property, heritage and the environment. ISO 23932-1 provides the

process (necessary steps) and essential elements for designing a robust, performance-based fire safety

programme.

ISO 23932-1 is supported by a set of ISO fire safety engineering standards available on the methods and

data needed for the steps in a fire safety engineering design summarized in ISO 23932-1:2018, Clause 4

and shown in Figure 1. This system of standards provides an awareness of the interrelationships

between fire evaluations when using the set of ISO fire safety engineering standards.

Each document includes language in the introductory material of the document to tie it to the steps in

the fire safety engineering design process outlined in ISO 23932-1. Selection of design fire scenarios

and design fires form part of conformance with ISO 23932-1, and all the requirements of ISO 23932-1

apply to any application of this document.

This document provides a more comprehensive treatment of the content of ISO 16733-1:2015, Annex C.

vi © ISO 2021 – All rights reserved
---------------------- Page: 6 ----------------------
TECHNICAL SPECIFICATION ISO/TS 16733-2:2021(E)
Fire safety engineering — Selection of design fire scenarios
and design fires —
Part 2:
Design fires
1 Scope

This document provides guidance for the specification of design fires for use in fire safety engineering

analysis of building and structures in the built environment. The design fire is intended to be used in an

engineering analysis to determine consequences in fire safety engineering (FSE) analyses.

2 Normative references

The following documents, in whole or in part, are normatively referenced in this document. For dated

references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced

document (including any amendments) applies.
ISO 13943, Fire safety — Vocabulary
3 Terms and definitions

For the purposes of this document, the terms and definitions given in 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
combustion efficiency

ratio of the amount of heat release in incomplete combustion to the theoretical heat of complete

combustion

Note 1 to entry: Combustion efficiency can be calculated only for cases where complete combustion can be

defined.

Note 2 to entry: Combustion efficiency is dimensionless and is usually expressed as a percentage.

3.2
design fire

quantitative description of assumed fire characteristics within a design fire scenario (3.3)

Note 1 to entry: Typically, an idealized description of the variation with time of important fire variables, such as

heat release rate and toxic species yields, along with other important input data for modelling such as the fire

load density.
© ISO 2021 – All rights reserved 1
---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO/TS 16733-2:2021(E)
3.3
design fire scenario

specific fire scenario (3.9) on which a deterministic fire safety engineering analysis is conducted

Note 1 to entry: As the number of possible fire scenarios can be very large, it is necessary to select the most

important scenarios (the design fire scenarios) for analysis. The selection of design fire scenarios is tailored to

the fire-safety design objectives, and accounts for the likelihood and consequences of potential scenarios.

3.4
effective heat of combustion

heat released from a burning test specimen in a given time interval divided by the mass lost from the

test specimen in the same time period

Note 1 to entry: This is the same as the net heat of combustion if all the test specimen is converted to volatile

combustion products and if all the combustion products are fully oxidized.
Note 2 to entry: The typical units are kilojoules per gram (kJ⋅g ).
3.5
extinction coefficient

natural logarithm of the ratio of incident light intensity to transmitted light intensity, per unit light

path length
Note 1 to entry: Typical units are reciprocal metres (m ).
3.6
fire growth

stage of fire development during which the heat release rate (3.15) and the temperature of the fire are

increasing
3.7
fire load

quantity of heat which can be released by the complete combustion of all the combustible materials in a

volume, including the facings of all bounding surfaces

Note 1 to entry: Fire load may be based on effective heat of combustion (3.4), gross heat of combustion (3.14), or

net heat of combustion as required by the specifier.

Note 2 to entry: The word “load” can be used to denote force or power or energy. In this context, it is being used

to denote energy.
Note 3 to entry: The typical units are kilojoules (kJ) or megajoules (MJ).
3.8
fire load density
fire load (3.7) per unit area
Note 1 to entry: The typical units are kilojoules per square metre (kJ⋅m ).
3.9
fire scenario

qualitative description of the course of a fire with time, identifying key events that characterize the fire

and differentiate it from other possible fires

Note 1 to entry: The fire scenario description typically includes the ignition and fire growth processes, the fully

developed fire (3.13) stage, the fire decay stage, and the environment and systems that will impact on the course

of the fire. Unlike deterministic fire analysis, where fire scenarios are individually selected and used as design

fire scenarios (3.3), in fire risk assessment, fire scenarios are used as representative fire scenarios (3.10) within

fire scenario clusters.
[SOURCE: ISO 13943:2008, 4.129, modified]
2 © ISO 2021 – All rights reserved
---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO/TS 16733-2:2021(E)
3.10
representative fire scenario

specific fire scenario (3.9) selected from a fire scenario cluster (3.11) such that the consequence of

the representative fire scenario can be used as a reasonable estimate of the average consequence of

scenarios in the fire scenario cluster
3.11
fire scenario cluster

subset of fire scenarios (3.9), usually defined as part of a complete partitioning of the universe of possible

fire scenarios

Note 1 to entry: The subset is usually defined so that the calculation of fire risk as the sum over all fire scenario

clusters of fire scenario cluster frequency multiplied by representative fire scenario (3.10) consequence does not

impose an undue calculation burden.
3.12
flashover

transition to a state of total surface involvement in a fire of combustible materials within an enclosure

3.13
fully developed fire
state of total involvement of combustible materials in a fire
3.14
heat of combustion
thermal energy produced by combustion of unit mass of a given substance
Note 1 to entry: The typical units are kilojoules per gram (kJ⋅g ).
3.15
heat release rate
rate of thermal energy production generated by combustion
Note 1 to entry: The typical units are watts (W).
3.16
target

a person, object or environment intended to be protected from the effects of fire and its effluents

(smoke, corrosive gas, etc.) and/or fire suppression effluents
4 Symbols
A total area of enclosure (walls, ceiling and floor, including openings), m
A total area of enclosure (walls, ceiling and floor, excluding openings), m
A horizontal burning area of the fuel, m
A floor area, m
A area of opening, m
2 1/2
b thermal inertia of linings, J/(m s K)
c distance of target from the centre of the flame, m
c specific heat, J/(kg K)
D fire diameter, m
© ISO 2021 – All rights reserved 3
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ISO/TS 16733-2:2021(E)
e represents the mathematical constant - Euler's number
f flapping length
f flapping angle
fs() probability distribution for RSET
fx probability distribution for ASET
q fire load energy density, MJ/m
f,d
F non-dimensionless form of fire
h heat of gasification of the fuel, kJ/kg
h average effective heat transfer coefficient, kW/(m K)
h' heat flux, W/m
h′ net heat flux, W/m
net
H vertical distance between the fire source and the ceiling, m
H height of an opening, m
L length of the compartment, m
L length of the design area involved in fire, m
L vertical flame height, m
L horizontal flame length, m
m rate of mass loss of fuel, kg/s
m mass loss rate of fuel under well ventilated free burn conditions, kg/s
F,u
m mass of fuel burned during the growth phase, kg
m rate of entry of air outflow from the enclosure, kg/s
out
m mass flow of gases entrained into the fire plume, kg/s
m mass loss rate for smouldering combustion, g/min
m total mass of fuel burned, kg
tot
mass loss rate per unit area, kg/(s m )
1/2
O opening factor, m

q total external heat flux from the smoke and heated enclosure boundary surfaces, kW

ext
q fire load density per unit floor area, MJ/m
f,d
heat flux, kW/m
heat release rate, kW
convective part of the heat release rate, W/m
4 © ISO 2021 – All rights reserved
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ISO/TS 16733-2:2021(E)
minimum heat release rate to cause flashover, kW
non-dimensional heat release rate
maximum heat release rate, kW
max
ventilation-controlled heat release rate, kW
heat release rate per unit area, kW/m

r stoichiometric air requirement for complete combustion of fuel, expressed as the mass ratio

of air to fuel

r horizontal distance between the vertical axis of the fire and the point along the ceiling where

the thermal flux is calculated, m
r radial distance away from the fire, m
s fire spread rate, m/s
t time, s
t burning time, s
t time required to reach the reference heat release rate Q , s
t time at which the heat release rate reaches a maximum value, s
t limiting time, h
lim
t total burning time, s
tot
T room temperature, °C
T reduced near-field temperature due to flapping, °C
T near-field temperature, °C
W width of the compartment, m
§ radiative fraction of the total energy
y dimensionless constant
mass fraction of oxygen in the plume flow, kg/kg
Y mass fraction of oxygen in the gases feeding the flame, kg/kg
ol,
Y mass fraction of oxygen under ambient free-burning conditions, kg/kg
o,∞
z height along the flame axis, m
z virtual origin of the axis, m
z' vertical position of the virtual heat source, m
fire growth coefficient, kW/s
α convective heat transfer coefficient
Γ dimensionless ventilation parameter
© ISO 2021 – All rights reserved 5
---------------------- Page: 11 ----------------------
ISO/TS 16733-2:2021(E)
ΔH chemical heat of combustion, kJ/kg
effective heat of combustion, kJ/kg
eff

ΔH heat of combustion based on oxygen consumption, MJ/kg (~13,1 for hydrocarbons)

ε emissivity of the fire
ε surface emissivity of the member
θ surface te
...

SPÉCIFICATION ISO/TS
TECHNIQUE 16733-2
Première édition
2021-05
Ingénierie de la sécurité incendie —
Sélection de scénarios d'incendie et de
feux de dimensionnement —
Partie 2:
Feu de dimensionnement
Fire safety engineering — Selection of design fire scenarios and
design fires —
Part 2: Design fires
Numéro de référence
ISO/TS 16733-2:2021(F)
ISO 2021
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO/TS 16733-2:2021(F)
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
© ISO 2021

Tous droits réservés. Sauf prescription différente ou nécessité dans le contexte de sa mise en œuvre, aucune partie de cette

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.

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Web: www.iso.org
Publié en Suisse
ii © ISO 2021 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO/TS 16733-2:2021(F)
Sommaire Page

Avant-propos ................................................................................................................................................................................................................................v

Introduction ................................................................................................................................................................................................................................vi

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

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

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

4 Symboles ....................................................................................................................................................................................................................... 3

5 Rôle des feux de dimensionnement dans le dimensionnement en matière de

sécurité incendie .................................................................................................................................................................................................. 6

6 Considérations basées sur des méthodes d’analyse .....................................................................................................10

7 Éléments d’un feu de dimensionnement ..................................................................................................................................10

7.1 Généralités ...............................................................................................................................................................................................10

7.2 Phase de naissance ...........................................................................................................................................................................12

7.3 Phase de croissance .........................................................................................................................................................................12

7.4 Embrasement généralisé .............................................................................................................................................................13

7.5 Phase de feu pleinement développé ..................................................................................................................................14

7.6 Événements influant sur l’évolution d’un feu de dimensionnement.....................................................14

7.6.1 Généralités .........................................................................................................................................................................14

7.6.2 Systèmes d’extinction ...............................................................................................................................................14

7.6.3 Intervention des services de lutte contre l’incendie ......................................................................15

7.6.4 Variations de la ventilation ..................................................................................................................................15

7.6.5 Effets de confinement ...............................................................................................................................................15

7.6.6 Matériaux de construction combustibles ................................................................................................16

7.7 Phase d’extinction et de déclin ...............................................................................................................................................16

8 Élaboration d’une courbe de feu de dimensionnement ...........................................................................................16

8.1 Mode opératoire .................................................................................................................................................................................16

8.2 Étape 1 — Paramètres fournis par le scénario d’incendie de dimensionnement ......................18

8.3 Étape 2 — Feux impliquant des combustibles uniques ou multiples ...................................................19

8.3.1 Généralités .........................................................................................................................................................................19

8.3.2 Développement de la courbe de feu de dimensionnement pour le premier

objet .........................................................................................................................................................................................20

8.3.3 Allumage d’autres objets .......................................................................................................................................20

8.3.4 Courbes de feu de dimensionnement selon une loi en puissance ......................................21

8.3.5 Revêtements des murs et du plafond ..........................................................................................................22

8.3.6 Feux couvants ..................................................................................................................................................................23

8.4 Étapes 3 — Embrasement généralisé ..............................................................................................................................23

8.4.1 Généralités .........................................................................................................................................................................23

8.4.2 Corrélations empiriques du débit calorifique critique pour l’amorce de

l’embrasement généralisé .....................................................................................................................................24

8.5 Étape 4 — Débit calorifique maximum ...........................................................................................................................24

8.5.1 Généralités .........................................................................................................................................................................24

8.5.2 Feux contrôlés par le combustible .................................................................................................................25

8.5.3 Feux contrôlés par la ventilation ....................................................................................................................26

8.5.4 Ventilation mécanique .............................................................................................................................................27

8.6 Étape 5 — Modification de la courbe du feu de dimensionnement .......................................................27

8.6.1 Systèmes d’extinction ...............................................................................................................................................27

8.6.2 Intervention du service de lutte contre l’incendie ...........................................................................28

8.6.3 Variations de la ventilation ..................................................................................................................................28

8.6.4 Effets de confinement sur la vitesse de perte de masse du combustible .....................28

8.7 Étape 6 — Durée du feu ...............................................................................................................................................................29

8.7.1 Durée de la phase de croissance du feu ....................................................................................................29

8.7.2 Durée de la phase de stabilité d’un feu ......................................................................................................29

© ISO 2021 – Tous droits réservés iii
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ISO/TS 16733-2:2021(F)

8.8 Étapes 7 — Déclin .............................................................................................................................................................................30

9 Production d’espèces ....................................................................................................................................................................................30

9.1 Taux de production d’espèces .................................................................................................................................................30

10 Feux de dimensionnement pour l’ingénierie incendie structurale ..............................................................31

10.1 Généralités ...............................................................................................................................................................................................31

10.2 Feux localisés .........................................................................................................................................................................................31

10.2.1 Flammes n’impactant pas le plafond ...........................................................................................................32

10.2.2 Flammes impactant le plafond..........................................................................................................................33

10.3 Feux paramétrés .................................................................................................................................................................................34

10.3.1 Phase de chauffage ......................................................................................................................................................34

10.3.2 Durée de chauffage et température maximale ....................................................................................36

10.3.3 Phase de refroidissement ......................................................................................................................................36

10.4 Incendies dans de grands compartiments (feux mobiles) .............................................................................37

11 Feux de dimensionnement externes .............................................................................................................................................41

12 Essais au feu ...........................................................................................................................................................................................................41

13 Aspects probabilistes des feux de dimensionnement ................................................................................................42

13.1 Généralités ...............................................................................................................................................................................................42

13.2 Intégration des caractéristiques statistiques de la représentativité/distribution ....................42

13.3 Simulations à l’aide de données d’entrée distribuées et de méthodes d’échantillonnage .43

13.4 Modèles stochastiques ..................................................................................................................................................................43

13.5 Résultats de l’analyse probabiliste et évaluation ...................................................................................................44

14 Documentation ....................................................................................................................................................................................................46

Annexe A (informative) Données concernant le développement des feux de dimensionnement .....47

Bibliographie ...........................................................................................................................................................................................................................57

iv © ISO 2021 – Tous droits réservés
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ISO/TS 16733-2:2021(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 92, Sécurité au feu, sous-comité SC 4,

Ingénierie de la sécurité incendie.

Une liste de toutes les parties de la série ISO 16733 se trouve sur le site web de l’ISO.

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

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

se trouve à l’adresse www .iso .org/ fr/ members .html.
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ISO/TS 16733-2:2021(F)
Introduction

Le présent document fournit des recommandations pour la spécification des feux de dimensionnement

à utiliser en analyse d’ingénierie de la sécurité incendie. Un feu de dimensionnement est associé à un

scénario spécifique adapté à l’objectif de dimensionnement en sécurité incendie. Il se peut que plusieurs

objectifs de sécurité incendie soient considérés, tels que la sécurité des personnes (pour les occupants

et personnel de secours), la protection des biens, la protection de l’environnement et la préservation

du patrimoine. Un ensemble distinct de scénarios d’incendie de dimensionnement distincts peut être

requis pour évaluer l’adéquation d’un dimensionnement proposé par rapport à chaque objectif.

Le mode opératoire de la sélection des scénarios d’incendie de dimensionnement est décrit

dans l’ISO 16733-1. Le feu de dimensionnement peut être considéré comme une représentation

d’ingénierie d’un incendie ou d’une «action» utilisé(e) pour déterminer les conséquences d’un scénario

d’incendie donné. L’ensemble des caractéristiques présumées du feu est désigné par le terme «feu

de dimensionnement». Dans le présent document, plusieurs formules sont présentées pour calculer

différents phénomènes. Des formules autres que celles présentées ici peuvent également être applicables

pour une application donnée.

Il est important que le feu de dimensionnement soit approprié aux objectifs de l’analyse en ingénierie

de la sécurité incendie. Il convient qu’il mette à l’épreuve les systèmes de sécurité incendie d’un

ouvrage spécifique et qu’il mène à une solution de dimensionnement finale satisfaisant aux critères de

performance associés à tous les objectifs de dimensionnement pertinents.

Il convient que les utilisateurs du présent document soient dûment qualifiés et compétents dans le

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

paramètres pris en compte dans des méthodologies spécifiques qui peuvent être utilisées.

L’ISO 23932-1 fournit une méthodologie axée sur les performances permettant aux ingénieurs d’évaluer

le niveau de sécurité incendie des environnements bâtis neufs ou existants. La sécurité incendie est

évaluée par une méthode d’ingénierie fondée sur la quantification du comportement du feu et prenant

en compte la connaissance des conséquences d’un tel comportement sur les vies humaines, les biens,

le patrimoine et l’environnement. L’ISO 23932-1 fournit le processus (les étapes nécessaires) ainsi

que les éléments essentiels pour concevoir un programme robuste de sécurité incendie axé sur les

performances.

L’ISO 23932-1 s’appuie sur un ensemble de normes ISO d’ingénierie de la sécurité incendie disponibles

relatives aux méthodes et données requises pour les étapes de dimensionnement en ingénierie de

sécurité incendie résumées dans l’Article 4 de l’ISO 23932-1:2018 et présentées à la Figure 1. Ce système

de normes permet de mieux comprendre les relations entre les évaluations en situation d’incendie

lorsque l’ensemble de normes ISO relatives à l’ingénierie de la sécurité incendie est utilisé.

Chaque document inclut, dans sa partie introductive, un langage permettant de rattacher la norme

aux étapes du processus de dimensionnement en ingénierie de la sécurité incendie présenté dans

l’ISO 23932-1. La sélection de scénarios d’incendie de dimensionnement et de feux de dimensionnement

fait partie de la conformité à l’ISO 23932-1, et toutes les exigences de l’ISO 23932-1 s’appliquent à toute

utilisation du présent document.

Le présent document offre un traitement plus exhaustif du contenu de l'Annexe C de l'ISO 16733-1:2015.

vi © ISO 2021 – Tous droits réservés
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SPÉCIFICATION TECHNIQUE ISO/TS 16733-2:2021(F)
Ingénierie de la sécurité incendie — Sélection de scénarios
d'incendie et de feux de dimensionnement —
Partie 2:
Feu de dimensionnement
1 Domaine d’application

Le présent document fournit des recommandations pour la spécification des feux de dimensionnement

utilisés en analyse d’ingénierie de la sécurité incendie des bâtiments et structures de l’ouvrage. Le feu de

dimensionnement est destiné à être utilisé en analyse d’ingénierie afin de déterminer des conséquences

dans les analyses d’ingénierie de la sécurité incendie (ISI).
2 Références normatives

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

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

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

éventuels amendements).
ISO 13943, Sécurité au feu — Vocabulaire
3 Termes et définitions

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

s’appliquent.

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

normalisation, consultables aux adresses suivantes:

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

— IEC Electropedia: disponible à l’adresse https:// www .electropedia .org/
3.1
taux de combustion

rapport entre la quantité de dégagement de chaleur par une combustion incomplète et la chaleur

théorique dégagée par une combustion complète

Note 1 à l'article: Le taux de combustion ne peut être calculé que si la combustion complète peut être définie.

Note 2 à l'article: Le taux de combustion est une grandeur sans dimension, généralement exprimée en

pourcentage.
3.2
feu de dimensionnement

description quantitative des caractéristiques théoriques d’un incendie dans le cadre d’un scénario

d’incendie de dimensionnement (3.3)

Note 1 à l'article: En général, c’est une description idéale de la variation en fonction du temps des variables

importantes de l’incendie, telles que le débit calorifique et le taux de production d’espèces toxiques, ainsi que

d’autres données d’entrée importantes pour la modélisation, comme la densité de charge calorifique.

© ISO 2021 – Tous droits réservés 1
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ISO/TS 16733-2:2021(F)
3.3
scénario d’incendie de dimensionnement

scénario d’incendie spécifique (3.9) pour lequel sera réalisée une analyse déterministe d’ingénierie de la

sécurité incendie

Note 1 à l'article: Du fait que le nombre de scénarios d’incendie possibles peut être très grand, il est nécessaire

de sélectionner les scénarios les plus importants (les scénarios d’incendie de dimensionnement) pour l’analyse.

La sélection des scénarios d’incendie de dimensionnement est adaptée aux objectifs de dimensionnement en

sécurité incendie et tient compte de la probabilité et des effets des scénarios potentiels.

3.4
chaleur effective de combustion

chaleur dégagée par la combustion d’une éprouvette d’essai dans un intervalle de temps donné divisée

par la perte de masse de l’éprouvette dans la même période de temps

Note 1 à l'article: Elle est équivalente au pouvoir calorifique inférieur si la totalité de l’éprouvette est convertie en

produits de combustion volatils et si tous les produits de combustion sont complètement oxydés.

Note 2 à l'article: Elle est exprimée en kilojoules par gramme (kJ⋅g ).
3.5
coefficient d’extinction

logarithme népérien du rapport de l’intensité lumineuse incidente à l’intensité lumineuse émise, par

unité de longueur de la trajectoire optique
Note 1 à l'article: Il est exprimé en mètre inverse (m ).
3.6
croissance du feu

étape de développement du feu au cours de laquelle le débit calorifique (3.15) et la température du feu

augmentent
3.7
charge calorifique

quantité de chaleur qui peut être produite par la combustion complète de tous les matériaux

combustibles contenus dans un volume, y compris les revêtements de toutes les surfaces périphériques

Note 1 à l'article: La charge calorifique peut être établie à partir de la chaleur effective de combustion (3.4), du

pouvoir calorifique supérieur (3.14), ou du pouvoir calorifique inférieur à la demande du prescripteur.

Note 2 à l'article: Le mot «charge» peut être utilisé pour désigner la force, la puissance ou l’énergie. Dans ce

contexte, il est utilisé pour désigner l’énergie.
Note 3 à l'article: Elle est exprimée en kilojoules (kJ) ou en mégajoules (MJ).
3.8
densité de charge calorifique
charge calorifique (3.7) par unité de surface
Note 1 à l'article: Elle est exprimée en kilojoules par mètre carré (kJ⋅m ).
3.9
scénario d’incendie

description qualitative du déroulement d’un incendie dans le temps, identifiant les événements clés qui

caractérisent l’incendie et le différencient des autres incendies potentiels

Note 1 à l'article: Le scénario d’incendie définit typiquement les processus d’allumage et de croissance du feu,

la phase de feu pleinement développé (3.13), la phase de déclin du feu ainsi que l’environnement et les systèmes

qui interviennent dans le déroulement de l’incendie. Contrairement à une analyse d’incendie déterministe

où les scénarios d’incendie sont individuellement sélectionnés et utilisés en tant que scénarios d’incendie de

dimensionnement (3.3), une évaluation du risque d’incendie utilise les scénarios d’incendie en tant que scénarios

représentatifs (3.10) au sein de groupes de scénarios d’incendie.
2 © ISO 2021 – Tous droits réservés
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ISO/TS 16733-2:2021(F)
[SOURCE: ISO 13943:2008, 4.129, modifiée]
3.10
scénario d’incendie représentatif

scénario d’incendie spécifique (3.9) choisi à partir d’un groupe de scénarios d’incendie (3.11), tel que les

effets du scénario d’incendie représentatif peuvent être utilisés pour donner une estimation raisonnable

des conséquences moyennes des scénarios du groupe de scénarios d’incendie
3.11
groupe de scénarios d’incendie

sous-ensemble de scénarios d’incendie (3.9), habituellement défini comme une partie d’une segmentation

complète de la population des scénarios d’incendie possibles

Note 1 à l'article: Le sous-ensemble est habituellement défini de façon à ce que le calcul du risque d’incendie, c’est-

à-dire la somme pour tous les groupes de scénarios d’incendie de la fréquence de chaque groupe de scénarios

d’incendie multipliée par la conséquence de scénarios d’incendie représentatifs (3.10), n’impose pas un nombre de

calculs excessif.
3.12
embrasement généralisé - flashover

passage à l’état de combustion généralisée en surface des matériaux combustibles exposés à un feu

dans une enceinte
3.13
feu pleinement développé

état dans lequel l’ensemble des matériaux combustibles est impliqué dans un incendie

3.14
chaleur de combustion

énergie thermique dégagée par la combustion d’une unité de masse d’une substance donnée

Note 1 à l'article: Elle est exprimée en kilojoules par gramme (kJ⋅g ).
3.15
débit calorifique
énergie calorifique produite par unité de temps par la combustion
Note 1 à l'article: Il est exprimé en watts (W).
3.16
cible

personne, objet ou environnement destiné(e) à être protégé(e) des effets du feu et de ses effluents

(fumée, gaz corrosif, etc.) et/ou des effluents d’extinction du feu
4 Symboles

A aire totale de l’enceinte (murs, plafond et plancher, incluant les ouvertures), m

A aire totale de l’enceinte (murs, plafond et plancher, à l’exclusion des ouvertures), m

A surface de combustion horizontale du combustible, m
A surface du plancher, m
A aire de l’ouverture, m
2 1/2
b inertie thermique des revêtements, J/(m s K)
c distance d’une cible par rapport au centre de la flamme, m
© ISO 2021 – Tous droits réservés 3
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ISO/TS 16733-2:2021(F)
c chaleur spécifique, J/(kg K)
D diamètre du feu, m
e représente la constante mathématique, le nombre d’Euler
f longueur d’oscillation
f angle d’oscillation
fs() distribution de probabilité pour RSET
fx() distribution de probabilité pour ASET
q densité d’énergie de charge calorifique, MJ/m
f,d
F forme de feu qui n’est pas sans dimension
h chaleur de gazéification du combustible, kJ/kg
h coefficient de transfert thermique efficace moyen, kW/(m K)
h’ flux thermique, W/m
h flux thermique net, W/m
net
H distance verticale entre la source d’incendie et le plafond, m
H hauteur d’une ouverture, m
L longueur du compartiment, m
L longueur de la surface de dimensionnement impliquée dans l’incendie, m
L hauteur verticale de la flamme, m
L longueur de flamme horizontale, m
m vitesse de perte de masse du combustible, kg/s

m vitesse de perte de masse du combustible dans des conditions de combustion libre bien ven-

F,u
tilées, kg/s
m masse du combustible brûlé pendant la phase de croissance, kg
m débit d’apport d’air sortant de l’enceinte, kg/s
out
m flux massique des gaz entraînés dans le panache de flamme, kg/s
m vitesse de perte de masse d’une combustion couvante, g/min
m masse totale du combustible brûlé, kg
...

TECHNICAL ISO/TS
SPECIFICATION 16733-2
First edition
Fire safety engineering — Selection
of design fire scenarios and design
fires —
Part 2:
Design fires
Ingénierie de la sécurité incendie — Sélection de scénarios d'incendie
et de feux de calcul —
Partie 2: Feux de calcul
PROOF/ÉPREUVE
Reference number
ISO/TS 16733-2:2021(E)
ISO 2021
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ISO/TS 16733-2:2021(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
© ISO 2021

All rights reserved. Unless otherwise specified, or required in the context of its implementation, no part of this publication may

be reproduced or utilized otherwise in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting

on the internet or an intranet, without prior written permission. Permission can be requested from either ISO at the address

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Published in Switzerland
ii PROOF/ÉPREUVE © ISO 2021 – All rights reserved
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ISO/TS 16733-2:2021(E)
Contents Page

Foreword ..........................................................................................................................................................................................................................................v

Introduction ................................................................................................................................................................................................................................vi

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

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

3 Terms and definitions ..................................................................................................................................................................................... 1

4 Symbols .......................................................................................................................................................................................................................... 3

5 The role of design fires in fire safety design ............................................................................................................................ 5

6 Considerations based on methods of analysis ....................................................................................................................... 9

7 Elements of a design fire .............................................................................................................................................................................. 9

7.1 General ........................................................................................................................................................................................................... 9

7.2 Incipient stage ......................................................................................................................................................................................11

7.3 Growth stage ..........................................................................................................................................................................................11

7.4 Flashover ...................................................................................................................................................................................................12

7.5 Fully developed stage .....................................................................................................................................................................12

7.6 Events that change a design fire............................................................................................................................................13

7.6.1 General...................................................................................................................................................................................13

7.6.2 Suppression systems ................................................................................................................................................13

7.6.3 Intervention by fire services ...............................................................................................................................13

7.6.4 Changes in ventilation ..............................................................................................................................................14

7.6.5 Enclosure effects ...........................................................................................................................................................14

7.6.6 Combustible construction materials ...........................................................................................................14

7.7 Extinction and decay stage ........................................................................................................................................................14

8 Constructing a design fire curve ........................................................................................................................................................15

8.1 Procedure .................................................................................................................................................................................................15

8.2 Step 1 — Parameters provided by the design fire scenario ..........................................................................16

8.3 Step 2 — Fires involving single or multiple fuels ...................................................................................................17

8.3.1 General...................................................................................................................................................................................17

8.3.2 Develop the design fire curve for first item ...........................................................................................18

8.3.3 Ignition of other items .............................................................................................................................................18

8.3.4 Power law design fire curves .............................................................................................................................19

8.3.5 Wall and ceiling linings............................................................................................................................................20

8.3.6 Smouldering fires .........................................................................................................................................................20

8.4 Step 3 — Flashover ..........................................................................................................................................................................21

8.4.1 General...................................................................................................................................................................................21

8.4.2 Empirical correlations for critical heat release rate for onset of flashover ...............21

8.5 Step 4 — Maximum heat release rate ..............................................................................................................................22

8.5.1 General...................................................................................................................................................................................22

8.5.2 Fuel-controlled fires...................................................................................................................................................22

8.5.3 Ventilation-controlled fires ..................................................................................................................................23

8.5.4 Mechanical ventilation .............................................................................................................................................24

8.6 Step 5 — Modifying the design fire curve.....................................................................................................................24

8.6.1 Suppression systems .................................................................................................................................................24

8.6.2 Fire service intervention ........................................................................................................................................25

8.6.3 Changes in ventilation ..............................................................................................................................................25

8.6.4 Enclosure effects on mass loss rate of fuel .............................................................................................25

8.7 Step 6 — Fire duration ..................................................................................................................................................................26

8.7.1 Duration of the fire growth stage ...................................................................................................................26

8.7.2 Duration of the steady burning stage ..........................................................................................................26

8.8 Step 7 — Decay ....................................................................................................................................................................................27

9 Species production ..........................................................................................................................................................................................27

9.1 Species yields ........................................................................................................................................................................................27

© ISO 2021 – All rights reserved PROOF/ÉPREUVE iii
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ISO/TS 16733-2:2021(E)

10 Design fires for structural fire engineering ..........................................................................................................................27

10.1 General ........................................................................................................................................................................................................27

10.2 Localized fires .......................................................................................................................................................................................28

10.2.1 Flames not impinging the ceiling....................................................................................................................28

10.2.2 Flames impinging the ceiling .............................................................................................................................29

10.3 Parametric fires ...................................................................................................................................................................................30

10.3.1 Heating phase ..................................................................................................................................................................31

10.3.2 Heating duration and maximum temperature ....................................................................................32

10.3.3 Cooling phase ...................................................................................................................................................................32

10.4 Fires in large compartments (travelling fires) .........................................................................................................33

11 External design fires ......................................................................................................................................................................................36

12 Fire tests .....................................................................................................................................................................................................................37

13 Probabilistic aspects of design fires ..............................................................................................................................................37

13.1 General ........................................................................................................................................................................................................37

13.2 Inclusion of statistical representativeness/distribution characteristics ...........................................38

13.3 Simulations using distributed input and sampling techniques .................................................................38

13.4 Stochastic models ..............................................................................................................................................................................38

13.5 Results of probabilistic analysis and their evaluation .......................................................................................40

14 Documentation ....................................................................................................................................................................................................41

Annex A (informative) Data for development of design fires ..................................................................................................42

Bibliography .............................................................................................................................................................................................................................48

iv PROOF/ÉPREUVE © ISO 2021 – All rights reserved
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO/TS 16733-2:2021(E)
Foreword

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

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

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

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

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

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

electrotechnical standardization.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

constitute an endorsement.

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

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

World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see www .iso .org/

iso/ foreword .html.

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

safety engineering.

This first edition, in conjunction with ISO/TS 16733-1:2015 cancels and replaces ISO/TS 16733:2006.

A list of all parts in the ISO 16733 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.
© ISO 2021 – All rights reserved PROOF/ÉPREUVE v
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ISO/TS 16733-2:2021(E)
Introduction

This document provides guidance for the specification of design fires for use in fire safety engineering

analysis. A design fire is linked to a specific scenario that is tailored to the fire-safety design objective.

There can be several fire safety objectives being addressed, including safety of life (for occupants

and rescue personnel), conservation of property, protection of the environment and preservation of

heritage. A different set of design fire scenarios and design fires can be required to assess the adequacy

of a proposed design for each objective.

The procedure for the selection of the design fire scenarios is described in ISO 16733-1. The design

fire can be thought of as an engineering representation of a fire or a “load” that is used to determine

the consequences of a given fire scenario. The set of assumed fire characteristics are referred to as

“the design fire”. In this document, various formulae are presented to calculate different phenomena.

Formulae other than those presented here can also be applicable for a given application.

It is important that the design fire be appropriate to the objectives of the fire-safety engineering

analysis. It should challenge the fire safety systems in a specific built environment and result in a final

design solution that satisfies performance criteria associated with all the relevant design objectives.

Users of this document should be appropriately qualified and competent in the field of fire safety

engineering. It is important that users understand the parameters within which specific methodologies

may be used.

ISO 23932-1 provides a performance-based methodology for engineers to assess the level of fire safety

for new or existing built environments. Fire safety is evaluated through an engineered approach

based on the quantification of the behaviour of fire and based on knowledge of the consequences of

such behaviour on life safety, property, heritage and the environment. ISO 23932-1 provides the

process (necessary steps) and essential elements for designing a robust, performance-based fire safety

programme.

ISO 23932-1 is supported by a set of ISO fire safety engineering standards available on the methods and

data needed for the steps in a fire safety engineering design summarized in ISO 23932-1:2018, Clause 4

and shown in Figure 1. This system of standards provides an awareness of the interrelationships

between fire evaluations when using the set of ISO fire safety engineering standards.

Each document includes language in the introductory material of the document to tie it to the steps in

the fire safety engineering design process outlined in ISO 23932-1. Selection of design fire scenarios

and design fires form part of conformance with ISO 23932-1, and all the requirements of ISO 23932-1

apply to any application of this document.
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TECHNICAL SPECIFICATION ISO/TS 16733-2:2021(E)
Fire safety engineering — Selection of design fire scenarios
and design fires —
Part 2:
Design fires
1 Scope

This document provides guidance for the specification of design fires for use in fire safety engineering

analysis of building and structures in the built environment. The design fire is intended to be used in an

engineering analysis to determine consequences in fire safety engineering analyses.

2 Normative references

The following documents, in whole or in part, are normatively referenced in this document. For dated

references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced

document (including any amendments) applies.
ISO 13943, Fire safety — Vocabulary
3 Terms and definitions

For the purposes of this document, the terms and definitions given in 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
combustion efficiency

ratio of the amount of heat release in incomplete combustion to the theoretical heat of complete

combustion

Note 1 to entry: Combustion efficiency can be calculated only for cases where complete combustion can be

defined.

Note 2 to entry: Combustion efficiency is dimensionless and is usually expressed as a percentage.

3.2
design fire

quantitative description of assumed fire characteristics within a design fire scenario (3.3)

Note 1 to entry: Typically, an idealized description of the variation with time of important fire variables, such as

heat release rate and toxic species yields, along with other important input data for modelling such as the fire

load density.
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ISO/TS 16733-2:2021(E)
3.3
design fire scenario

specific fire scenario (3.9) on which a deterministic fire safety engineering analysis is conducted

Note 1 to entry: As the number of possible fire scenarios can be very large, it is necessary to select the most

important scenarios (the design fire scenarios) for analysis. The selection of design fire scenarios is tailored to

the fire-safety design objectives, and accounts for the likelihood and consequences of potential scenarios.

3.4
effective heat of combustion

heat released from a burning test specimen in a given time interval divided by the mass lost from the

test specimen in the same time period

Note 1 to entry: This is the same as the net heat of combustion if all the test specimen is converted to volatile

combustion products and if all the combustion products are fully oxidized.
Note 2 to entry: The typical units are kilojoules per gram (kJ⋅g ).
3.5
extinction coefficient

natural logarithm of the ratio of incident light intensity to transmitted light intensity, per unit light

path length
Note 1 to entry: Typical units are reciprocal metres (m ).
3.6
fire growth

stage of fire development during which the heat release rate (3.15) and the temperature of the fire are

increasing
3.7
fire load

quantity of heat which can be released by the complete combustion of all the combustible materials in a

volume, including the facings of all bounding surfaces

Note 1 to entry: Fire load may be based on effective heat of combustion (3.4), gross heat of combustion (3.14), or

net heat of combustion as required by the specifier.

Note 2 to entry: The word “load” can be used to denote force or power or energy. In this context, it is being used

to denote energy.
Note 3 to entry: The typical units are kilojoules (kJ) or megajoules (MJ).
3.8
fire load density
fire load (3.7) per unit area
Note 1 to entry: The typical units are kilojoules per square metre (kJ⋅m ).
3.9
fire scenario

qualitative description of the course of a fire with time, identifying key events that characterize the fire

and differentiate it from other possible fires

Note 1 to entry: The fire scenario description typically includes the ignition and fire growth processes, the fully

developed fire (3.13) stage, the fire decay stage, and the environment and systems that will impact on the course

of the fire. Unlike deterministic fire analysis, where fire scenarios are individually selected and used as design

fire scenarios (3.3), in fire risk assessment, fire scenarios are used as representative fire scenarios (3.10) within

fire scenario clusters.
[SOURCE: ISO 13943:2008, 4.129, modified]
2 PROOF/ÉPREUVE © ISO 2021 – All rights reserved
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ISO/TS 16733-2:2021(E)
3.10
representative fire scenario

specific fire scenario (3.9) selected from a fire scenario cluster (3.11) such that the consequence of

the representative fire scenario can be used as a reasonable estimate of the average consequence of

scenarios in the fire scenario cluster
3.11
fire scenario cluster

subset of fire scenarios (3.9), usually defined as part of a complete partitioning of the universe of possible

fire scenarios

Note 1 to entry: The subset is usually defined so that the calculation of fire risk as the sum over all fire scenario

clusters of fire scenario cluster frequency multiplied by representative fire scenario (3.10) consequence does not

impose an undue calculation burden.
3.12
flashover

transition to a state of total surface involvement in a fire of combustible materials within an enclosure

3.13
fully developed fire
state of total involvement of combustible materials in a fire
3.14
heat of combustion
thermal energy produced by combustion of unit mass of a given substance
Note 1 to entry: The typical units are kilojoules per gram (kJ⋅g ).
3.15
heat release rate
rate of thermal energy production generated by combustion
Note 1 to entry: The typical units are watts (W).
3.16
target

a person, object or environment intended to be protected from the effects of fire and its effluents

(smoke, corrosive gas, etc.) and/or fire suppression effluents
4 Symbols
A area of ventilation opening, m
A total interior area of the enclosure excluding opening area, m
A horizontal burning area of the fuel, m
A floor area, m
A area of opening, m
distance of target from the centre of the flame, m
f flapping length
q fire load energy density, MJ/m
f,d
F non-dimensionless form of fire
size
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ISO/TS 16733-2:2021(E)
h height of an opening, m
h average effective heat transfer coefficient, kW/m /K
h' heat flux
h net heat flux
net
H height of ventilation opening, m
heat of gasification of the fuel, kJ/kg
m rate of mass loss of fuel, kg/s
m rate of entry of air outflow from the enclosure, kg/s
out
m mass loss rate for smouldering combustion, g/min
mass loss rate per unit area, kg/s/m
m mass flow of gases entrained into the fire plume, kg/s
mass loss rate of fuel under well ventilated free burn conditions, kg/s
F,u
m mass of fuel burned during the growth phase, kg
growth
m total mass of fuel burned, kg
total
heat release rate, kW
Q convective part of the heat release rate, W
minimum heat release rate to cause flashover, kW
maximum heat release rate, kW
max
Q ventilation-controlled heat release rate, kW
heat release rate per unit area, kW/m
q total external heat flux from the smoke and compartment surfaces (kW)
ext

design value of the fire load density related to the surface area of the floor, A

fd, f
heat flux, kW/m

r stoichiometric air requirement for complete combustion of fuel, expressed as the mass ratio

of air to fuel
s constant fire spread rate
t time, s
t constant burning time, s
time required to reach the reference heat release rate Q , s
t time at which the heat release rate reaches a maximum value, s
grow
t total burning time
total
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ISO/TS 16733-2:2021(E)
T reduced average near-field temperature
radiative fraction of the total energy
Y mass fraction of oxygen in the plume flow, kg/kg
Y mass fraction of oxygen in the gases feeding the flame
ol,
Y mass fraction of oxygen under ambient free-burning conditions
o,∞
z height along the flame axis (m)
z' vertical position of the virtual heat source
fire growth coefficient, kW/s
α convective heat transfer coefficient
combustion efficiency
ΔH effective heat of combustion, kJ/kg
eff
ΔH chemical heat of combustion, kJ/kg

ΔH heat of combustion based on oxygen consumption, MJ/kg (~13,1 for hydrocarbons)

ε emissivity of the fire
duration of the growing fire stage, s
grow
τ duration of the steady burning stage, s
steady
τ duration of the decay burning stage, s
decay
Stefan Boltzmann constant
θ surface temperature of the member (°C) [see Formula (21)]
λ thermal conductivity
5 The role of design fires in fire safety design

Design fire specifications play a critical role in fire safety engineering. It is important that the

procedures described in ISO 23932-1 be followed. This means that the fire safety objectives and

performance criteria are stated and the relevant design scenarios are identified using ISO 16733-1 for

fire scenarios and ISO/TS 29761 for behavioural scenarios.

Figure 1, taken from ISO 23932-1, illustrates the fire safety design process. The specification of design

fires follows the scenario selection step and provides input data for the selected engineering methods.

Following identification of the design fire scenarios in accordance with ISO 16733-1,

...

Questions, Comments and Discussion

Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.