ISO 15831:2004
(Main)Clothing — Physiological effects — Measurement of thermal insulation by means of a thermal manikin
Clothing — Physiological effects — Measurement of thermal insulation by means of a thermal manikin
ISO 15831:2004 describes the requirements of the thermal manikin and the test procedure used to measure the thermal insulation of a clothing ensemble, as it becomes effective for the wearer in practical use in a relatively calm environment, with the wearer either standing or moving.
Vêtements — Effets physiologiques — Mesurage de l'isolation thermique à l'aide d'un mannequin thermique
L'ISO 15831:2004 décrit les exigences relatives au mannequin thermique ainsi qu'au mode opératoire d'essai permettant de mesurer l'isolation thermique d'une tenue vestimentaire au moment où elle devient efficace pour le porteur au cours d'une utilisation courante dans un environnement relativement calme, le porteur se tenant debout ou étant en mouvement.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 15831
First edition
2004-02-01
Clothing — Physiological effects —
Measurement of thermal insulation by
means of a thermal manikin
Vêtements — Effets physiologiques — Mesurage de l'isolation
thermique à l'aide d'un mannequin thermique
Reference number
©
ISO 2004
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Contents Page
Foreword. iv
1 Scope. 1
2 Terms and definitions. 1
3 Symbols and units . 2
4 Principle . 2
5 Apparatus. 3
5.1 Manikin. 3
5.2 Controlled climatic chamber. 4
6 Selection and preparation of test garments. 5
7 Test procedure . 5
8 Recalibration of the manikin system . 6
9 Calculation of test results . 6
9.1 General. 6
9.2 Serial model — Surface area weighted thermal insulation. 6
9.3 Parallel model — Surface area averaged thermal insulation . 6
10 Precision of results. 7
11 Test report. 7
Annex A (informative) Calculation of test results . 8
Bibliography . 11
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.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
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.
ISO 15831 was prepared by Technical Committee ISO/TC 38, Textiles.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 15831:2004(E)
Clothing — Physiological effects — Measurement of thermal
insulation by means of a thermal manikin
1 Scope
This International Standard describes the requirements of the thermal manikin and the test procedure used to
measure the thermal insulation of a clothing ensemble, as it becomes effective for the wearer in practical use
in a relatively calm environment, with the wearer either standing or moving.
NOTE This thermal insulation, among other parameters, can be used to determine the physiological effect of clothing
on the wearer in specific climate/activity scenarios.
2 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
2.1
clothing ensemble
group of garments worn together on the body at the same time
2.2
thermal insulation of clothing
temperature difference between the wearer's skin surface and ambient atmosphere divided by the resulting
dry heat flow per unit area in the direction of the temperature gradient where the dry heat flow consists of
conductive, convective and radiant components
NOTE Depending on the end use of the clothing, different thermal insulation values can apply.
2.2.1
total thermal insulation of clothing
I
t
total thermal insulation from skin to ambient atmosphere, including clothing and boundary air layer, under
defined conditions measured with a stationary manikin
2.2.2
resultant total thermal insulation of clothing
I
tr
total thermal insulation from skin to ambient atmosphere, including clothing and boundary air layer, under
defined conditions measured with a manikin moving its legs and arms
3 Symbols and units
a surface area of the body segment i of the manikin m
i
A total body surface area of the manikin m
f fraction of the total manikin surface area represented by the surface area of segment i
i
H total heating power supplied to the manikin W
c
H heating power supplied to the body segment i of the manikin W
ci
mK
I total thermal insulation of the clothing ensemble with the manikin stationary
t
W
mK
I resultant total thermal insulation of the clothing ensemble with the manikin moving
tr
W
RH relative humidity of the air within the climatic chamber %
T air temperature within the climatic chamber °C
a
T mean skin surface temperature of the manikin °C
s
T skin surface temperature of the body segment i of the manikin °C
si
v air speed in the climatic chamber m/s
a
4 Principle
The components of the clothing ensemble to be tested are placed on the manikin in the same arrangement as
in practical use.
The manikin, in the shape and size of an adult human body and, for the measurement of I , with movable legs
tr
and arms, is internally heated to a constant skin surface temperature, uniform over its body. The manikin is
placed in a climatic chamber where defined air temperature and air speed can be set, and air humidity
controlled.
There will be a dry heat flow from the manikin's skin surface area through the clothing into the ambient air,
which is measured after steady-state conditions have been reached. From this heat flow, related to the nude
manikin's body surface area, the clothing ensemble's thermal insulation can be calculated, considering the
temperature difference between the manikin's skin surface and the ambient air.
The measurement is performed with the manikin stationary and/or moving its legs and arms, with a defined
number of movements per minute and a defined stride length.
The insulation values obtained include the thermal insulation provided by the clothing and the adhering air
layer around the body. They apply only to the particular clothing ensemble, as tested, and to the specific
conditions of the test, particularly with respect to the air movement around the manikin.
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5 Apparatus
5.1 Manikin
5.1.1 Size and shape
The manikin, made from metal or plastic, shall be constructed to simulate the body of an adult human, i.e. it
shall consist of an anatomically formed head, chest, abdomen, back, buttocks, arms, hands (preferably with
fingers extended to allow gloves to be worn), legs and feet. The manikin shall consist of at least 15 body
segments, each independently controlled with regard to surface temperature and monitored for heat flow.
These 15 body segments shall be arranged as shown in Figure 1. If the manikin consists of more than
20 body segments, in the evaluation of the measured data, adjacent segments shall be combined using
Equation (3), in order to approximate the segment arrangement shown in Figure 1.
Figure 1 — Schematic arrangement of the manikin's body segments
The body height of the manikin shall be (1,70 ± 0,15) m, with a body surface area of (1,7 ± 0,3) m .
The manikin's body proportions should correspond to those required for standard sizes of garments, because
deviations in fit will affect the results.
For the measurement of I the manikin's arms and legs shall be movable, with joints at the shoulder, hip and
t
knee. For the measurement of the clothing ensemble's resultant total thermal insulation, I , the manikin,
tr
mechanically driven, shall perform (45 ± 2) double steps per min, and (45 ± 2) double arm movements per min
cross walking. The stride length, measured from toe to toe, shall be (63 ± 10) cm, and the length of the arm
movements, measured between the wrists at the base of the thumbs, (53 ± 10) cm.
5.1.2 Surface temperature
The manikin shall be constructed so as to maintain the same average constant temperature of (34,0 ± 0,2) °C
measured at all segment surfaces of its nude body.
The surface temperatures of the manikin shall be measured by at least one appropriate temperature sensor
(e.g. thermocouples, thermistors, resistance temperature devices) per body segment. The sensors shall not
protrude more than 0,5 mm from the manikin's surface and shall be well bonded, both mechanically and
thermally, to the manikin's surface. Lead wires shall be bonded to the surface, or preferably pass through the
interior of the manikin.
When calculating the mean skin surface temperature of the manikin's body, each sensor temperature shall be
area-weighted, considering the portion of the body surface area covered by the sensor.
5.1.3 Heating equipment and power measurement
Each body segment of the manikin shall be equipped with an independently controlled heating system, whose
capacity is sufficiently high to guarantee a constant surface temperature of (34,0 ± 0,2) °C in the nude manikin
at each body segment.
The dry heat flow from the manikin's body through the clothing can be determined by measuring the heating
power necessary to maintain a constant surface temperature, supplied to each of the manikin's body
segments during the test period.
The power measuring equipment shall be capable of giving an accurate average over the test period. Its
accuracy shall be within ± 2 % of the value for the average power supplied to each body segment of the
manikin during the test period.
5.2 Controlled climatic chamber
5.2.1 General
The manikin shall be placed in a controlled climatic chamber, at least 2 m × 2 m × 2 m
(length × width × height). The air flow in the chamber may be horizontal or vertical.
In the chamber, spatial variations within 0,5 m of the manikin's surface shall not exceed the following:
a) air temperature ± 1,0 °C;
b) relative humidity ± 10 %;
c) air speed ± 50 % of the mean value;
d) temperature of the walls, floor and ceiling shall not differ more than 1 K from the mean air temperature.
In the chamber, temporal variations during the test period shall not exceed the following:
e) air temperature ± 0,5 °C;
f) relative humidity ± 10 %;
g) air speed ± 20 % of the mean value for data averaged over 3 min.
5.2.2 Air temperature sensor(s)
To monitor the air temperature in the chamber during the test, a single sensor with an overall accuracy of
± 0,15 °C and a time constant not exceeding 1 min may be used. However, multiple sensors are preferable.
4 © ISO 2004 – All rights reserved
The temperature sensor(s) shall be placed at a distance of (0,5 ± 0,1) m from the manikin. If a single sensor is
use
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 15831
Première édition
2004-02-01
Vêtements — Effets physiologiques —
Mesurage de l'isolation thermique à l'aide
d'un mannequin thermique
Clothing — Physiological effects — Measurement of thermal insulation
by means of a thermal manikin
Numéro de référence
©
ISO 2004
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Publié en Suisse
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Sommaire Page
Avant-propos. iv
1 Domaine d'application. 1
2 Termes et définitions . 1
3 Symboles et unités . 1
4 Principe. 2
5 Appareillage. 2
5.1 Mannequin. 2
5.2 Enceinte climatique contrôlée . 4
6 Choix et préparation des articles d'habillement soumis à l'essai . 5
7 Mode opératoire. 5
8 Nouvel étalonnage du système du mannequin . 6
9 Calcul des résultats d'essai . 6
9.1 Généralités. 6
9.2 Modèle en série — Isolation thermique pondérée en fonction de l'aire de la surface. 6
9.3 Modèle parallèle — Isolation thermique moyennée en fonction de l'aire de la surface . 6
10 Fidélité des résultats . 7
11 Rapport d'essai. 7
Annexe A (informative) Calcul des résultats d'essai . 8
Bibliographie . 11
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 (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
L'attention est appelée 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.
L'ISO 15831 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 38, Textiles.
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NORME INTERNATIONALE ISO 15831:2004(F)
Vêtements — Effets physiologiques — Mesurage de l'isolation
thermique à l'aide d'un mannequin thermique
1 Domaine d'application
La présente Norme internationale décrit les exigences relatives au mannequin thermique, ainsi qu’au mode
opératoire d’essai, permettant de mesurer l’isolation thermique d’une tenue vestimentaire au moment où elle
devient efficace pour le porteur, au cours d’une utilisation courante dans un environnement relativement
calme, le porteur se tenant debout ou étant en mouvement.
NOTE Cette isolation thermique, parmi d’autres paramètres, peut être utilisée pour déterminer l’effet physiologique
du vêtement sur le porteur dans des scénarios d’activité/climatiques spécifiques.
2 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s'appliquent.
2.1
tenue vestimentaire
groupe d’articles d’habillement portés en même temps sur le corps
2.2
isolation thermique du vêtement
différence de température entre la surface de la peau du porteur et l’atmosphère ambiante, divisée par le flux
de chaleur sèche résultant par unité de surface dans la direction du gradient de température, le flux de
chaleur sèche comportant des composantes conductives, convectives et radiantes
NOTE En fonction de l’utilisation finale du vêtement, différentes valeurs d’isolation thermique s’appliquent.
2.2.1
isolation thermique totale du vêtement
I
t
isolation thermique totale entre la peau et l’atmosphère ambiante, comprenant les vêtements et les couches
limites d’air, sous des conditions définies et mesurées avec un mannequin immobile
2.2.2
isolation thermique totale résultante du vêtement
I
tr
isolation thermique totale entre la peau et l’atmosphère ambiante, comprenant les vêtements et les couches
limites d’air, sous des conditions définies et mesurées avec un mannequin muni de bras et de jambes mobiles
3 Symboles et unités
a aire de la surface d’un segment i du corps du mannequin m
i
A aire de la surface totale du corps du mannequin m
f fraction de l'aire de la surface totale du mannequin représentée par l'aire
i
de la surface du segment i
H puissance de chauffe totale fournie au mannequin W
c
H puissance de chauffe fournie au segment i du corps du mannequin W
ci
mK
I isolation thermique totale de la tenue vestimentaire, le mannequin étant immobile
t
W
I isolation thermique totale résultante de la tenue vestimentaire, le mannequin étant
tr
mK
en mouvement
W
HR humidité relative de l’air dans l’enceinte climatique %
T température de l’air dans l’enceinte climatique °C
a
T température moyenne de la surface de la peau du mannequin °C
s
T température de la surface de la peau du segment i du corps du mannequin °C
si
v vitesse de l’air dans la chambre climatique m/s
a
4 Principe
Les composants de la tenue vestimentaire à soumettre à l'essai sont disposés sur le mannequin comme pour
un usage courant.
L’intérieur du mannequin, de la forme et de la taille d’un corps humain adulte et, pour le mesurage de I , muni
tr
de jambes et de bras mobiles, est chauffé jusqu’à obtention d’une température constante et uniforme de la
surface de la peau du mannequin sur tout le corps. Le mannequin est placé dans une enceinte climatique
dans laquelle la température et la vitesse de l’air définies peuvent être réglées, et l’humidité de l’air contrôlée.
Un flux de chaleur sèche, qui émane de la surface de la peau du mannequin et traverse le vêtement jusqu’à
l’air ambiant, est mesuré après que les conditions d'équilibre sont atteintes. À partir de ce flux de chaleur, lié à
l'aire de la surface du corps du mannequin non vêtu, il est possible de calculer l’isolation thermique de la
tenue vestimentaire en tenant compte de la différence de température entre la surface de la peau du
mannequin et l’air ambiant.
Le mesurage est effectué avec le mannequin immobile et/ou effectuant des mouvements avec ses jambes et
ses bras, le nombre de mouvements par minute et la longueur d’enjambée étant définis.
Les valeurs d’isolation obtenues incluent l’isolation thermique fournie par le vêtement et la couche d’air
adhérente autour du corps. Elles s’appliquent uniquement à la tenue vestimentaire particulière telle qu'elle est
soumise à l'essai, et aux conditions spécifiques de l’essai, particulièrement en ce qui concerne le mouvement
d’air autour du mannequin.
5 Appareillage
5.1 Mannequin
5.1.1 Taille et forme
Le mannequin, en métal ou en plastique, doit être construit de manière à simuler le corps d’un humain adulte,
c'est-à-dire qu’il doit être composé d’une tête, d’une poitrine, d’un abdomen, d’un dos, de fesses, de bras, de
mains (de préférence munies de doigts pour permettre le port de gants), de jambes et de pieds anatomiques.
Le mannequin doit être constitué d’au moins 15 segments de corps, la température de la surface de chacun
d’eux étant contrôlée de manière indépendante, et le flux de chaleur enregistré. Ces 15 segments du corps
doivent être disposés comme le montre la Figure 1. Si le mannequin est composé de plus de 20 segments,
lors de l’évaluation des données mesurées, les segments adjacents doivent être combinés, à l’aide de
l'Équation (3), afin de donner une disposition approximative des segments donnée à la Figure 1.
2 © ISO 2004 – Tous droits réservés
Figure 1 — Arrangement schématique des segments du corps du mannequin
Le corps du mannequin doit avoir une hauteur de (1,70 ± 0,15) m, l'aire de la surface du corps étant de
(1,7 ± 0,3) m .
Il convient que les proportions du corps du mannequin correspondent à celles requises pour les tailles
normalisées d’articles d’habillement, car des écarts entre les tailles affecteront les résultats.
Pour le mesurage de l’isolation thermique totale résultante de la tenue vestimentaire, I , les bras et les
tr
jambes du mannequin doivent être mobiles, avec des articulations aux épaules, aux hanches et aux genoux.
Le mannequin, actionné mécaniquement, doit effectuer (45 ± 2) doubles pas par minute et (45 ± 2) doubles
mouvements de bras par minute de marche. La longueur de l’enjambée, mesurée d’orteil à orteil, doit être de
(63 ± 10) cm et la longueur des mouvements des bras, mesurée entre les poignets à la base des pouces, de
(53 ± 10) cm.
5.1.2 Température de surface
Le mannequin doit être construit de manière à maintenir la même température moyenne constante de
(34,0 ± 0,2) °C mesurée sur toutes les surfaces des segments de son corps non vêtu.
Les températures de surface du mannequin doivent être mesurées à l’aide d’au moins un capteur de
température approprié (par exemple thermocouples, thermistors, dispositifs de température à résistance) par
segment de corps. Les capteurs ne doivent pas dépasser de plus de 0,5 mm de la surface du mannequin et
doivent être correctement fixés, à la fois mécaniquement et thermiquement, à la surface du mannequin. Des
fils de plomb doivent être fixés à la surface ou, de préférence, passer par l’intérieur du mannequin.
Lors du calcul de la température moyenne de la surface de la peau du corps du mannequin, chaque capteur
de température doit être pondéré en fonction de l'aire, en tenant compte de la partie de l'aire de la surface du
corps couverte par le capteur.
5.1.3 Équipement de chauffe et mesurage de la puissance
Chaque segment du corps du mannequin doit être équipé d’un système de chauffe indépendamment contrôlé
et dont la capacité doit être suffisamment élevée pour garantir une température de surface constante de
(34,0 ± 0,2) °C en tout segment du corps du mannequin non vêtu.
Le flux de chaleur sèche émanant du corps du mannequin et traversant le vêtement peut être déterminé en
mesurant la puissance de chauffe fournie à chacun des segments du corps du mannequin pendant la période
d’essai et nécessaire pour maintenir une température de surface constante.
L’équipement de mesurage de la puissance doit permettre de don
...
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