ISO/TR 19867-3:2018
(Main)Clean cookstoves and clean cooking solutions — Harmonized laboratory test protocols — Part 3: Voluntary performance targets for cookstoves based on laboratory testing
Clean cookstoves and clean cooking solutions — Harmonized laboratory test protocols — Part 3: Voluntary performance targets for cookstoves based on laboratory testing
This document provides voluntary performance targets for cookstoves and is intended to supplement ISO 19867-1. These voluntary performance targets are intended for use with the results of the laboratory testing specified in ISO 19867-1. These voluntary performance targets are provided as informative guidance, and are not intended as normative requirements for the testing of cookstoves. Performance targets can be considered as an approach to benchmarking potential performance of cookstoves and clean cooking solutions, and provide guidance to help organizations and countries with international collaboration and trade in household energy technologies, fuels, and related products. This document is therefore not intended to serve as the sole basis for decisions about which technologies/fuels to promote for a given setting, since the performance of a given technology will likely differ under real-use conditions. The best way to assess real-world impacts of a stove intervention or program is through field studies, see ISO 19869[1], as well as other existing methods[2][3]. In addition to the limitations arising from differences from real-word performance, laboratory test metrics (efficiency, emissions, safety, and durability) do not inform other factors that are critical to the impacts a product, program, or intervention may achieve. These factors include, but are not limited to geographic/cultural suitability, price-affordability, acceptability to the target user group, and other socio-economic factors. These voluntary performance targets for emissions are intended to evaluate cookstoves used for small-scale household applications, with maximum firepower of up to 10 kW. Cookstoves that have firepower above 10 kW could emit substantially more overall pollutants into the household environment than those under 10 kW, while still meeting targets based on grams emitted per megajoule of useful energy delivered. [1] Under preparation. Stage at the time of publication ISO/DIS 19869:2018.
Fourneaux et foyers de cuisson propres — Protocoles d’essai en laboratoire harmonisés — Partie 3: Objectifs de performances volontaires pour les foyers sous essais en laboratoire
Le présent document établit des objectifs de performances volontaires et est destiné à servir de complément à l'ISO 19867-1. Ces objectifs de performances volontaires sont destinés à être utilisés avec les résultats des essais en laboratoire spécifiés dans l'ISO 19867-1. Ces objectifs de performances volontaires sont fournis à titre de recommandations et pour information, et ne sont pas destinés à servir d'exigences normatives pour les essais des foyers. Les objectifs de performances peuvent être interprétés comme une approche visant à comparer les performances potentielles de fourneaux et foyers de cuisson propres, et à fournir des recommandations pour aider les organismes et les pays qui s'engagent, à l'échelle internationale, dans une collaboration et un commerce autour de technologies d'énergie domestique, de combustibles et de produits connexes. Le présent document n'est donc pas destiné à servir de base exclusive pour les décisions relatives aux technologies/combustibles à promouvoir pour un environnement donné, étant donné que les performances d'une technologie donnée sont susceptibles d'être différentes dans les conditions réelles d'utilisation. Le meilleur moyen d'évaluer les impacts réels d'une intervention ou d'un programme de foyers consiste à mener des études de terrain, voir l'ISO 19869[1] ainsi que les autres méthodes existantes[2][3]. Outre les limites liées aux différences constatées par rapport aux performances du monde réel, les indicateurs d'essais en laboratoire (rendement, émissions, sécurité et durabilité) ne donnent aucune information sur d'autres facteurs essentiels pour les impacts que peut avoir un produit, un programme ou une intervention. Ces facteurs comprennent, sans toutefois s'y limiter, l'adéquation sur le plan géographique/culturel, l'accessibilité financière, l'acceptabilité pour le groupe d'utilisateurs visés et d'autres facteurs socio-économiques. Ces objectifs de performances volontaires relatifs aux émissions sont destinés à évaluer les foyers utilisés dans des applications domestiques à faible échelle, avec une puissance de feu maximale de 10 kW. Les foyers ayant une puissance de feu supérieure à 10 kW peuvent produire dans l'environnement domestique un niveau global de polluants sensiblement supérieur à celui généré par les foyers d'une puissance inférieure à 10 kW, tout en atteignant les valeurs cibles en grammes d'émissions par mégajoule d'énergie utile fournie. [1] En cours d'élaboration. Stade à la date de publication: ISO/DIS 19869:2018.
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TECHNICAL ISO/TR
REPORT 19867-3
First edition
2018-10
Clean cookstoves and clean cooking
solutions — Harmonized laboratory
test protocols —
Part 3:
Voluntary performance targets for
cookstoves based on laboratory testing
Fourneaux et foyers de cuisson propres — Protocoles d’essai en
laboratoire harmonisés —
Reference number
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be reproduced or utilized otherwise in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting
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Published in Switzerland
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ISO/TR 19867-3:2018(E)
Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Symbols and abbreviated terms . 2
5 Default target values . 2
5.1 General . 2
5.2 Default performance tiers . 3
5.3 Reporting the tiers . 3
6 Technical basis and guidance for implementation . 5
6.1 General . 5
6.2 Thermal efficiency . 5
6.2.1 Definition of tier categories for thermal efficiency . 5
6.2.2 Empirical basis for tiers . 5
6.2.3 Fuel efficiency based on thermal efficiency . 6
6.3 Pollutant emissions . 6
6.3.1 Linking emissions rates of PM and CO to health risks: the emissions model . 6
2,5
6.3.2 Fine particulate matter (PM ) . 8
2,5
6.3.3 Carbon monoxide (CO) .11
6.4 Safety .14
6.4.1 Application of targets.14
6.4.2 Definition of tier categories for safety .14
6.4.3 Empirical basis for tiers .14
6.5 Durability .14
6.5.1 Definition of tiers for durability .14
6.5.2 Empirical basis for tiers .14
6.6 Selecting relevant tiers and customizing performance targets .15
6.6.1 Strategy for selecting or customizing tiered health-based performance
targets across diverse communities .15
6.6.2 Option for changing inputs to model .15
Bibliography .16
© ISO 2018 – All rights reserved iii
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ISO/TR 19867-3:2018(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation on the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the
World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see the following
URL: www .iso .org/iso/foreword .html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 285, Clean cookstoves and clean cooking
solutions.
A list of all parts in the ISO 19867 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/TR 19867-3:2018(E)
Introduction
It is recognized that performance assessed through laboratory testing does not always accurately
represent performance when the device/fuel combination is in actual use. Although field performance is
often worse than laboratory-based performance, it is still valuable to assess the performance and progress
of improved cookstoves through laboratory testing, because laboratory tests can provide guidance for
best practices in design that can be translated into better cookstove performance in the field.
Differences between performance as measured in the laboratory and in the field arise for a number of
reasons, including the test protocols and actual conditions, variations in the type and characteristics of
the fuel (e.g., moisture of wood), deterioration of the cookstove over time, user behaviour, etc., which
can impact multiple aspects of cookstove performance.
These benchmarks are based on laboratory test results, thus their validity for real performance
estimation of cookstoves and cooking solutions in the field is limited. Guidance on how the targets may
be implemented is provided in this document.
Countries and organizations can use these voluntary performance targets as examples and might
prefer to develop performance targets based on their own priorities, needs, and markets. Readers are
reminded that these voluntary performance targets are only provided as examples.
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TECHNICAL REPORT ISO/TR 19867-3:2018(E)
Clean cookstoves and clean cooking solutions —
Harmonized laboratory test protocols —
Part 3:
Voluntary performance targets for cookstoves based on
laboratory testing
1 Scope
This document provides voluntary performance targets for cookstoves and is intended to supplement
ISO 19867-1. These voluntary performance targets are intended for use with the results of the
laboratory testing specified in ISO 19867-1.
These voluntary performance targets are provided as informative guidance, and are not intended
as normative requirements for the testing of cookstoves. Performance targets can be considered as
an approach to benchmarking potential performance of cookstoves and clean cooking solutions, and
provide guidance to help organizations and countries with international collaboration and trade in
household energy technologies, fuels, and related products.
This document is therefore not intended to serve as the sole basis for decisions about which technologies/
fuels to promote for a given setting, since the performance of a given technology will likely differ under
real-use conditions. The best way to assess real-world impacts of a stove intervention or program is
1) [2][3]
through field studies, see ISO 19869 , as well as other existing methods .
In addition to the limitations arising from differences from real-word performance, laboratory test
metrics (efficiency, emissions, safety, and durability) do not inform other factors that are critical to
the impacts a product, program, or intervention may achieve. These factors include, but are not limited
to geographic/cultural suitability, price-affordability, acceptability to the target user group, and other
socio-economic factors.
These voluntary performance targets for emissions are intended to evaluate cookstoves used for small-
scale household applications, with maximum firepower of up to 10 kW. Cookstoves that have firepower
above 10 kW could emit substantially more overall pollutants into the household environment than
those under 10 kW, while still meeting targets based on grams emitted per megajoule of useful energy
delivered.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For
undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 19867-1, Clean cookstoves and clean cooking solutions — Harmonized laboratory test protocols —
Part 1: Standardized test sequence for emissions and performance, safety and durability
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 19867-1 apply.
1) Under preparation. Stage at the time of publication ISO/DIS 19869:2018.
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ISO/TR 19867-3:2018(E)
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https: //www .iso .org/obp
— IEC Electropedia: available at http: //www .electropedia .org/
4 Symbols and abbreviated terms
ACH air changes per hour
ALRI acute lower respiratory infection
CI confidence interval
CO carbon monoxide
g gramme
h hour
HAP household air pollution
IER integrated exposure-response function
J joule
m metre
min minute
mg milligramme
MJ megajoule
MJ megajoules delivered
d
PM particulate matter with an aerodynamic diameter ≤2,5 µm
2,5
ppm parts per million
RR relative risk
SD standard deviation
WHO World Health Organization
µg microgramme
5 Default target values
5.1 General
Tiered performance targets provide a set of reference values against which to monitor and assess
progress on five criteria: efficiency, emissions of fine particulate matter (PM ), emissions of
2,5
carbon monoxide, safety, and durability. The tiers range from the lowest level, Tier 0, representing
the performance typical of open fires and the simplest types of solid-fuel cookstoves, to the highest
level, Tier 5, which represents high levels of performance sought for each of these five characteristics.
Distributed between these lower and upper levels are tiers representing intermediate goals that can be
used to assess progress along a continuum of performance.
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5.2 Default performance tiers
Voluntary performance targets and associated tiers are shown in Table 1. For unvented devices (no
chimney or flue), emissions listed represent total emissions. For vented devices (with flue or chimney),
emissions represent ‘fugitive’ emissions that are not captured by the device-venting system.
For emissions of PM and CO, default tier levels are shown in Table 1; two alternative sets of tier levels
2,5
for these same emissions are provided in 6.3 for conditions with ventilation rates assumed at higher
and lower values.
NOTE Ventilation rate refers to air changes per hour (ACH) and can include natural and mechanical
ventilation. The term “ventilation rate” is synonymous with the terms “air change rate” and “air exchange rate.”
These alternative scenarios demonstrate how the targets may change based on conditions that can
vary between regions and settings.
Clause 6 provides more information on sources of tiered targets, the basis for selection of tiers,
interpretation of tiers, further detail on default and alternative scenarios, and how users of these
standards can customize performance targets.
a
Table 1 — Voluntary performance targets – default values
Emissions
Thermal
Safety Durability
b
Tier efficiency
CO PM mg/
2,5 c d
(score) (score)
%
g/MJ MJ
d d
Better 5 ≥50 ≤3,0 ≤5 ≥95 <10
performance
4 ≥40 ≤4,4 ≤62 ≥86 <15
3 ≥30 ≤7,2 ≤218 ≥77 <20
2 ≥20 ≤11,5 ≤481 ≥68 <25
1 ≥10 ≤18,3 ≤1030 ≥60 <35
0 <10 >18,3 >1030 <60 >35
a
For non-default values, see Clause 6.
b
The tier level for each performance metric should be reported separately. See example in Table 2.
c
Safety protocols (see ISO 19867-1:2018, Clause 7) cover solid-fuel stoves and solar cookers only.
d
Durability protocols (see ISO 19867-1:2018, Clause 8) evaluate common material failures in biomass
cookstoves. The protocol is not comprehensive of all failures that might be found in the field, nor are
the tests found in the durability protocol applicable for all cookstoves. Instead the durability protocol
seeks to cover the most prevalent durability concerns found across a range of cookstove technologies and
construction materials.
For PM and CO, equivalent kitchen concentrations at each level of emissions performance (tier)
2,5
under the assumptions of the model used to derive these values are provided in 6.3, along with further
description of the model and references.
5.3 Reporting the tiers
Test conditions (e.g., fuel burning rate, fuel moisture, cookstove operating procedure) should be
reported when reporting results against targets (tiers). A simple average of the values obtained from
testing at different power levels should be used when reporting results against targets, unless there are
demonstrable data from the field, in which case a weighted average can be used. See ISO 19867-1.
The tier ratings for thermal efficiency should be determined by the lower bounds of the 90 % confidence
intervals for the combined results. See example in Table 2.
The tier ratings for PM and CO emissions should be determined by the upper bounds of the 90 %
2,5
confidence intervals for the combined results. See example in Table 2.
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ISO/TR 19867-3:2018(E)
Cookstove performance should be reported separately for all tier categories including CO, PM ,
2,5
thermal efficiency, safety, and durability, further described in Clause 6. See example in Table 2.
EXAMPLE A cookstove with emissions of PM of 336 mg/MJ on the upper bound of the 90 % confidence
2,5 d
interval for the combined result would be Tier 2 for PM , and emissions of CO of 0,9 g/MJ on the upper bound of
2,5 d
the 90 % confidence interval for the combined result would be Tier 5 for CO. See example in Table 2.
For CO, PM , and thermal efficiency, performance should be reported based on individual test-phase-
2,5
wise reporting and averaging (see example results table, Table 2).
Table 2 — Example table of reported results
Test Sequence Phase Performance
Metric against target
b
High Medium Low Combined
(e.g., tier rating)
Thermal efficiency Mean 31,4 34,7 35,1 33,7
a
without char (%)
SD 1,9 1,7 2,1 1,9 3
90 % CI 29,6-33,2 33,1-36,3 33,1-37,1 31,9-35,5
Thermal efficiency Mean 33,6 37,0 39,8 36,8
a
with char (%)
SD 2,2 1,6 2,0 1,9 3
90 % CI 31,5-35,7 35,5-38,5 37,9-41,7 35,0-38,6
Char energy produc- Mean 4,1 3,3 2,7 3,4
n.a.
tivity (%)
SD 0,9 0,7 0,5 0,7
Char mass produc- Mean 2,2 1,3 0,7 1,4
n.a.
tivity (%)
SD 0,6 0,3 0,1 0,3
Cooking power (kW) Mean 1,6 1,2 0,7
n.a.
SD 0,2 0,1 0,1
Fuel burning rate Mean 16,5 12,8 8,9
n.a.
(g/min)
SD 1,9 1,1 0,7
PM per useful Mean 497 203 216 305
2,5
energy (mg/MJ )
d
SD 55 19 22 32 2
90 % CI 445-549 185-221 195-237 274-336
CO per useful energy Mean 0,6 0,8 1,1 0,8
(g/MJ )
d
SD 0,1 0,2 0,1 0,1 5
90 % CI 0,5-0,7 0,6-1,0 1,0-1,2 0,7-0,9
Safety Score 88 4
Durability Score 18 3
a
For solid-fuel stoves that produce char, thermal efficiency should be reported both 1) without energy credit and 2) with
energy credit for remaining char. Thermal efficiency without char is applicable when users do not use the char remaining
after cooking as fuel. Thermal efficiency with char is applicable when users use the char remaining after cooking as fuel.
b
Values in bold are the conservative bounds of the 90 % confidence intervals for determining the tier level, as
described in 5.3.
Some of the fuels/technologies that fall within the general scope of ISO 19867-1, including gas/liquid-
fuelled cookstoves, are not covered by the safety testing protocol (see ISO 19867-1:2018, Clause 7) that
serves as the basis for the tiered targets in Table 1. Accordingly, test results obtained from other safety
testing protocols should be reported separately.
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6 Technical basis and guidance for implementation
6.1 General
This clause provides information on the technical basis for the tiered performance targets, and guidance
on how these targets may be implemented, covering the following:
a) definitions of the tier levels for thermal efficiency and emissions (PM and CO);
2,5
b) the empirical basis for selection of the tiers, including:
— the emissions model used for PM and CO,
2,5
— description of the integrated exposure-response function (IER) providing the basis for
PM tiers,
2,5
— application of evidence of both chronic and acute toxic effects for CO, and
— laboratory test data used as the basis for safety and durability tiers;
c) default and alternative sets of targets for PM and CO, with equivalent kitchen pollutant
2,5
concentrations as predicted by the emissions model, and percentages of homes meeting key criteria
at each tier level; and
d) guidance on selecting relevant tiers for different settings.
6.2 Thermal efficiency
6.2.1 Definition of tier categories for thermal efficiency
Based on the ratio of useful energy delivered to fuel energy used during controlled laboratory testing,
tier categories are defined as follows in Table 3 for each tier:
Table 3 — Definitions of thermal efficiency tier categories
Tier category Tier Definition
Highest 5 The thermal efficiency that is at a level representative of the best existing
technology for fuel-combustion cookstoves
Intermediate 1-4 Mathematical division of range based on even spacing with five levels, with
Tier 1 set to reflect performance observed with simple cookstove technology
improvements
Lowest 0 The thermal efficiency observed with open fires and other simple solid fuel
cookstove technologies
6.2.2 Empirical basis for tiers
Tiers for thermal efficiency are multiples of 10 % from 10 % to 50 %. These tiers were chosen because
published test results show that the most advanced cookstoves approach or exceed a thermal efficiency
[4]
of 50 %, while open fires and rudimentary cookstoves achieve an efficiency around 10 % or less .
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ISO/TR 19867-3:2018(E)
6.2.3 Fuel efficiency based on thermal efficiency
Region-specific fuel efficiency targets for cookstoves that do not produce char used as fuel can be
ascertained by determining the thermal efficiency of the relevant baseline technologies and then
calculating the fuel savings using Formula (1).
Percent fuel savings = [1 – (η /η )] × 100 % (1)
T x
where
η is the traditional cookstove thermal efficiency, %;
T
η is the intervention cookstove thermal efficiency, %.
x
The implied fuel savings per baseline cookstove event displaced with an intervention cookstove,
[5]
assuming a traditional cookstove thermal efficiency of 10 % , are as follows in Table 4, provided only
as an example.
Table 4 — Example of anticipated fuel savings based on thermal efficiency for cookstoves that
do not produce char
Tier Thermal Efficiency Fuel Savings
Better 5 >50 % >80 %
performance
4 >40 % >75 %
3 >30 % >67 %
2 >20 % >50 %
1 >10 % >0 %
0 <10 % —
NOTE This example table is for a baseline cookstove with a thermal efficiency of 10 %.
EXAMPLE If thermal efficiency >50 %, then compared with a baseline thermal efficiency of 10 %, anticipated
fuel savings >80 %.
Similar tables with tiers corresponding to fuel savings targets could be developed for specific regions
where the baseline technologies have well-characterized thermal efficiencies.
6.3 Pollutant emissions
6.3.1 Linking emissions rates of PM and CO to health risks: the emissions model
2,5
The voluntary performance targets for emissions of PM and CO are based on evidence of health risks
2,5
of exposure to these pollutants, compiled and evaluated by the World Health Organization in its air
[6][7][8]
quality guidelines . A single box model has been used to link emission rates to indoor air quality
concentrations, and hence to health risks. The methodology is briefly summarized below and described
[8]
in detail in the WHO Guidelines for indoor air quality: household fuel combustion . Relationships between
emissions and health risks are based on a set of assumptions that are defined in the document.
The simple box model used to model relationships between emissions of PM and CO and predicted
2,5
indoor air concentration for the two pollutants is shown in Figure 1. As is the case with all models,
there are uncertainties and limitations associated with their assumptions and estimates, as noted
above, and thus the modelled linkages between emissions, indoor air quality, and health are not meant
as a substitute for field studies. Field studies are recommended as the best way to assess real-world
impacts of a stove intervention or program.
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ISO/TR 19867-3:2018(E)
a
A vented (chimney) cookstove is illustrated; for this type of cookstove, some (usually most) of the
emissions are vented to the exterior, and some are ‘fugitive’ (emitted directly into the kitchen);
these fugitive emissions are used for the emission rate values. For unvented stoves, total emissions
are used for the emission rate values.
Figure 1 — Box model used to predict indoor pollutant concentrations
based on emission rates and the other data inputs shown
This model incorporates three characteristics of the kitchen and the devices to relate emission rates
to pollutant concentrations, namely kitchen volume and air exchange rate, and the duration of the use
of the device each day. Values for these input variables for the default targets have been derived from a
wide range of studies, listed in Table 5 (full reference information in the Bibliography).
Table 5 — Studies providing model input data for the default set of targets
for duration of cooking, air exchange rate, and kitchen volume
Region Source data
(References in Bibliography)
South Asia [9][10][11][12][13][14][15][16][17]
East Asia [18]
Latin America [19][20][21][22][23][24]
Note that, for vented devices, emissions that are directed to the exterior of the kitchen by the chimney
or flue are not counted. Only the fugitive emissions (which are measured using the laboratory test
protocol of ISO 19867-1) are assumed to contribute to indoor air pollution. It is recognized that this is a
simplifying assumption as some of the vented emission may re-enter the home. Indoor deposition rate
is not included in the model. At typical indoor concentrations, indoor deposition amounts are negligible.
To reflect the distribution of values of these input variables seen in practice (and shown by the range
and standard deviations in Table 8), the model uses Monte Carlo simulation. As a consequence, the
output of the model is also a distribution, and is expressed in terms of the percentage of homes that
achieve a given concentration of pollutant.
Based on the set of assumptions defined in this document, the box model allows calculation of an
estimated indoor average concentration of the pollutant of interest, namely PM or CO, based on a
2,5
specified emission rate, and using the specified distributions of air exchange rate, kitchen volume, and
duration of device use per day. This same model can be used—in effect by running it backwards—
to determine what emission rate would be needed to achieve a specified indoor concentration of the
pollutant. This is how the emission factors (and rates) provided for the targets have been derived:
pollutant concentrations have been selected (based on health risk evidence), and the emission rates
required to meet these concentration levels then determined. As noted, with the model, the emission
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ISO/TR 19867-3:2018(E)
rates depend on values chosen for air exchange, kitchen volume, and duration of device use per day, and
these values are provided alongside the targets in 6.3.2 (for PM ) and 6.3.3 (for CO).
2,5
6.3.2 Fine particulate matter (PM )
2,5
6.3.2.1 Definition of tier categories for PM
2,5
The tier categories for PM emissions are defined as follows in Table 6:
2,5
Table 6 — Definition of PM tier categories
2,5
Tier category Tier Definition
Highest 5 The highest tier for PM is the emission rate that, under the stated emis-
2,5
sion model
...
RAPPORT ISO/TR
TECHNIQUE 19867-3
Première édition
2018-10
Fourneaux et foyers de cuisson
propres — Protocoles d’essai en
laboratoire harmonisés —
Partie 3:
Objectifs de performances volontaires
pour les foyers sous essais en
laboratoire
Clean cookstoves and clean cooking solutions — Harmonized
laboratory test protocols —
Part 3: Voluntary performance targets for cookstoves based on
laboratory testing
Numéro de référence
ISO/TR 19867-3:2018(F)
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Publié en Suisse
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Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 2
4 Symboles et termes abrégés . 2
5 Valeurs cibles par défaut. 2
5.1 Généralités . 2
5.2 Niveaux de performances par défaut . 3
5.3 Déclaration des niveaux . 4
6 Base technique et recommandations pour la mise en œuvre . 5
6.1 Généralités . 5
6.2 Rendement thermique . 6
6.2.1 Définition des catégories de niveaux pour le rendement thermique . 6
6.2.2 Base empirique utilisée pour les niveaux. 6
6.2.3 Rendement des combustibles dérivé du rendement thermique . 6
6.3 Émissions polluantes . 7
6.3.1 Corrélation entre les taux d'émission de PM et de CO et les risques pour
2,5
la santé: le modèle d'émissions . 7
6.3.2 Fines matières particulaires (PM ) . 9
2,5
6.3.3 Monoxyde de carbone (CO) .13
6.4 Sécurité .16
6.4.1 Application des valeurs cibles .16
6.4.2 Définition des catégories de niveaux pour la sécurité .16
6.4.3 Base empirique utilisée pour les niveaux.16
6.5 Durabilité .16
6.5.1 Définition des niveaux pour la durabilité .16
6.5.2 Base empirique utilisée pour les niveaux.17
6.6 Choix des niveaux appropriés et personnalisation des objectifs de performances .17
6.6.1 Stratégie de choix ou de personnalisation des objectifs de performances
par niveaux fondés sur la santé dans diverses communautés . .17
6.6.2 Possibilité de modification des entrées du modèle .17
Bibliographie .18
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Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux.
L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents
critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www
.iso .org/ directives).
L'attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l'ISO (voir www .iso .org/ brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l'intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion
de l'ISO aux principes de l'Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: www .iso .org/ iso/ fr/ avant -propos .html.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 285, Fourneaux et foyers de cuisson
propres.
Une liste de toutes les parties de la série ISO 19867 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/TR 19867-3:2018(F)
Introduction
Il est établi que les performances évaluées dans le cadre d'essais en laboratoire ne représentent pas
toujours avec exactitude les performances de l'ensemble appareil/combustible en conditions d'utilisation
réelle. Bien que les performances sur le terrain soient souvent moins bonnes que celles obtenues en
laboratoire, il est toujours intéressant d'évaluer par des essais en laboratoire les performances et les
progrès de foyers qui ont bénéficié d'améliorations, car les essais en laboratoire peuvent fournir des
recommandations pour définir de bonnes pratiques de conception qui peuvent contribuer à améliorer
les performances des foyers sur le terrain.
Les différences observées entre les performances mesurées en laboratoire et celles mesurées sur le
terrain sont imputables à différentes raisons, notamment les protocoles d'essai et les conditions
réelles, les variations de type et de caractéristiques du combustible (par exemple, humidité du bois),
détérioration du foyer au fil du temps, comportement des utilisateurs, etc., qui peuvent avoir une
incidence sur divers aspects liés aux performances des foyers.
Ces comparatifs étant fondés sur les résultats d'essais en laboratoire, leur validité dans le cadre d'une
estimation des performances réelles des fourneaux et foyers de cuisson sur le terrain s'en trouve limitée.
Le présent document fournit des recommandations sur la manière dont les valeurs cibles peuvent être
mises en œuvre.
Les pays et organismes peuvent utiliser ces objectifs de performances volontaires à titre d'exemples
et peuvent préférer élaborer leurs propres objectifs de performances compte tenu de leurs priorités,
de leurs besoins et de leurs marchés spécifiques. Il est rappelé aux lecteurs que ces objectifs de
performances volontaires sont donnés uniquement à titre d'illustration.
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RAPPORT TECHNIQUE ISO/TR 19867-3:2018(F)
Fourneaux et foyers de cuisson propres — Protocoles
d’essai en laboratoire harmonisés —
Partie 3:
Objectifs de performances volontaires pour les foyers sous
essais en laboratoire
1 Domaine d'application
Le présent document établit des objectifs de performances volontaires et est destiné à servir de
complément à l'ISO 19867-1. Ces objectifs de performances volontaires sont destinés à être utilisés avec
les résultats des essais en laboratoire spécifiés dans l'ISO 19867-1.
Ces objectifs de performances volontaires sont fournis à titre de recommandations et pour information,
et ne sont pas destinés à servir d'exigences normatives pour les essais des foyers. Les objectifs de
performances peuvent être interprétés comme une approche visant à comparer les performances
potentielles de fourneaux et foyers de cuisson propres, et à fournir des recommandations pour aider les
organismes et les pays qui s'engagent, à l'échelle internationale, dans une collaboration et un commerce
autour de technologies d'énergie domestique, de combustibles et de produits connexes.
Le présent document n'est donc pas destiné à servir de base exclusive pour les décisions relatives
aux technologies/combustibles à promouvoir pour un environnement donné, étant donné que les
performances d'une technologie donnée sont susceptibles d'être différentes dans les conditions réelles
d'utilisation. Le meilleur moyen d'évaluer les impacts réels d'une intervention ou d'un programme
1)
de foyers consiste à mener des études de terrain, voir l'ISO 19869 ainsi que les autres méthodes
[2][3]
existantes .
Outre les limites liées aux différences constatées par rapport aux performances du monde réel, les
indicateurs d'essais en laboratoire (rendement, émissions, sécurité et durabilité) ne donnent aucune
information sur d'autres facteurs essentiels pour les impacts que peut avoir un produit, un programme
ou une intervention. Ces facteurs comprennent, sans toutefois s'y limiter, l'adéquation sur le plan
géographique/culturel, l'accessibilité financière, l'acceptabilité pour le groupe d'utilisateurs visés et
d'autres facteurs socio-économiques.
Ces objectifs de performances volontaires relatifs aux émissions sont destinés à évaluer les foyers
utilisés dans des applications domestiques à faible échelle, avec une puissance de feu maximale de 10 kW.
Les foyers ayant une puissance de feu supérieure à 10 kW peuvent produire dans l'environnement
domestique un niveau global de polluants sensiblement supérieur à celui généré par les foyers d'une
puissance inférieure à 10 kW, tout en atteignant les valeurs cibles en grammes d'émissions par
mégajoule d'énergie utile fournie.
2 Références normatives
Les documents suivants cités dans le texte constituent, pour tout ou partie de leur contenu, des
exigences du présent document. Pour les références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les
références non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les éventuels
amendements).
ISO 19867-1, Fourneaux et foyers de cuisson propres — Protocoles d’essai en laboratoire harmonisés —
Partie 1: Séquence générale d’essais en laboratoire
1) En cours d'élaboration. Stade à la date de publication: ISO/DIS 19869:2018.
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3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l'ISO 19867-1 s'appliquent.
L'ISO et l'IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l'adresse https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: disponible à l'adresse http:// www .electropedia .org/
4 Symboles et termes abrégés
ACH renouvellements d'air par heure (air changes per hour)
ALRI infection aigüe des voies respiratoires inférieures (acute lower respiratory infection)
CI intervalle de confiance (confidence interval)
CO monoxyde de carbone
g gramme
h heure
HAP pollution de l'air domestique (household air pollution)
IER fonction intégrée exposition-réponse (integrated exposure-response)
J Joule
m mètre
min minute
mg milligramme
MJ mégajoule
MJ mégajoules fournis
d
PM matières particulaires dont le diamètre aérodynamique est ≤ 2,5 µm
2,5
ppm parties par million
RR risque relatif
SD écart-type (standard deviation)
OMS Organisation mondiale de la santé
µg microgramme
5 Valeurs cibles par défaut
5.1 Généralités
Des valeurs cibles de performances hiérarchisées par niveaux permettent d'établir un ensemble de
valeurs de référence à partir desquelles surveiller et évaluer les progrès sur la base de cinq critères:
rendement, émissions de matières particulaires (PM ), émissions de monoxyde de carbone, sécurité
2,5
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et durabilité. Les niveaux vont du niveau le plus faible, le Niveau 0, qui représente les performances
habituelles des foyers ouverts et des types de foyers à combustibles solides les plus simples, jusqu'au
niveau le plus élevé, le Niveau 5, qui représente les hauts niveaux de performances recherchés pour
chacune de ces cinq caractéristiques. Entre ce niveau le plus faible et ce niveau le plus élevé se trouvent
des niveaux représentant des valeurs cibles intermédiaires qui peuvent être utilisées pour évaluer les
progrès dans un continuum de performances.
5.2 Niveaux de performances par défaut
Le Tableau 1 décrit les objectifs de performances volontaires et les niveaux associés. Pour les dispositifs
non ventilés (sans cheminée ni conduit), les émissions répertoriées représentent les émissions totales.
Pour les dispositifs ventilés (avec cheminée ou conduit), les émissions représentent les «émissions
fugitives» qui ne sont pas captées par le système de ventilation du dispositif.
Pour les émissions de PM et de CO, les niveaux par défaut sont indiqués dans le Tableau 1; deux
2,5
ensembles de niveaux alternatifs pour ces mêmes émissions sont donnés en 6.3 dans des conditions
prenant pour hypothèse des débits de ventilation aux valeurs plus élevées et plus faibles.
NOTE Le débit de ventilation renvoie aux renouvellements d'air par heure (ACH) et peut englober à la fois une
ventilation naturelle et une ventilation mécanique. L'expression «débit de renouvellement d'air» est synonyme de
«débit de renouvellement d'air» et de «débit d'échange d'air».
Ces autres scénarios montrent de quelle manière les valeurs cibles peuvent évoluer en fonction de
conditions pouvant varier selon les régions et les environnements.
L'Article 6 fournit des informations supplémentaires sur les sources de valeurs cibles hiérarchisées par
niveaux, sur la base utilisée pour le choix de ces niveaux et sur leur interprétation; il décrit également
plus en détails les scénarios par défaut et alternatifs, et explique de quelle manière les utilisateurs de la
présente norme peuvent adapter les objectifs de performances.
a
Tableau 1 — Objectifs de performances volontaires — Valeurs par défaut
Émissions
Rendement
Sécurité Durabilité
b
Niveau thermique
CO PM mg/
c d
2,5 (score) (score)
%
g/MJ MJ
d d
Meilleures 5 ≥ 50 ≤ 3,0 ≤ 5 ≥ 95 < 10
performances
4 ≥ 40 ≤ 4,4 ≤ 62 ≥ 86 < 15
3 ≥ 30 ≤ 7,2 ≤ 218 ≥ 77 < 20
2 ≥ 20 ≤ 11,5 ≤ 481 ≥ 68 < 25
1 ≥ 10 ≤ 18,3 ≤ 1030 ≥ 60 < 35
0 < 10 > 18,3 > 1030 < 60 > 35
a
Pour d'autres valeurs que celles par défaut, voir l'Article 6.
b
Il convient de déclarer séparément le niveau attribué à chaque indicateur de performances. Voir l'exemple au Tableau 2.
c
Les protocoles de sécurité (voir l'ISO 19867-1:2018, Article 7) couvrent uniquement les foyers à combustibles solides et
les cuisinières solaires.
d
Les protocoles de durabilité (voir l'ISO 19867-1:2018, Article 8) évaluent les défaillances matérielles courantes dans les
foyers à biomasse. Le protocole ne couvre pas toutes les défaillances pouvant être constatées sur le terrain, de même que
les essais indiqués dans le protocole de durabilité ne s'appliquent pas à tous les foyers. Le protocole de durabilité vise plutôt
à aborder les principales préoccupations en matière de durabilité exprimées pour diverses technologies de foyers et divers
matériaux de construction.
Pour les PM et le CO, le paragraphe 6.3 donne les concentrations équivalentes en cuisine à chaque
2,5
niveau de performances d'émissions, en appliquant les hypothèses du modèle utilisé pour dériver ces
valeurs, ainsi qu'une description plus détaillée du modèle et des références.
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5.3 Déclaration des niveaux
Il convient de déclarer les conditions d'essai (par exemple, vitesse de combustion du combustible,
humidité du combustible, mode opératoire de fonctionnement du foyer) lors du compte rendu des
résultats par rapport aux valeurs cibles (niveaux). Lors du compte rendu des résultats par rapport
aux valeurs cibles, il convient d'utiliser une simple moyenne des valeurs obtenues à partir des essais
à différents niveaux de puissance, sauf si des données démontrables sont disponibles sur le terrain,
auquel cas une moyenne pondérée peut être utilisée. Voir l'ISO 19867-1.
Pour le rendement thermique, il convient de déterminer les classements par niveaux en utilisant les
limites inférieures des intervalles de confiance de 90 % pour les résultats combinés. Voir l'exemple au
Tableau 2.
Pour les émissions de PM et de CO, il convient de déterminer les classements par niveaux en utilisant
2,5
les limites supérieures des intervalles de confiance de 90 % pour les résultats combinés. Voir l'exemple
au Tableau 2.
Il convient de déclarer séparément les performances des foyers pour toutes les catégories de niveaux,
notamment CO, PM , rendement thermique, sécurité et durabilité, comme décrit plus en détail à
2,5
l'Article 6. Voir l'exemple au Tableau 2.
EXEMPLE Un foyer produisant 336 mg/MJ d'émissions de PM à la limite supérieure de l'intervalle de
d 2,5
confiance de 90 % pour le résultat combiné obtiendrait le Niveau 2 pour les émissions de PM , et ce même foyer
2,5
produisant 0,9 g/MJ d'émissions de CO à la limite supérieure de l'intervalle de confiance de 90 % pour le résultat
d
combiné obtiendrait le Niveau 5 pour les émissions de CO. Voir l'exemple au Tableau 2.
Pour le CO, les PM et le rendement thermique, il convient de déclarer les performances sur la base d'un
2,5
rapport d'essai à l'échelle de chaque phase d'essai individuelle et d’un moyennage (voir les exemples de
résultats dans le Tableau 2).
Tableau 2 — Exemple de tableau de résultats déclarés
Phase de la séquence d'essai Performances obte-
nues par rapport à
Indicateur la valeur cible (par
b
Élevée Moyenne Faible Combinée
exemple, classement
par niveau)
Rendement thermique Moyenne 31,4 34,7 35,1 33,7
sans résidus charbon-
SD 1,9 1,7 2,1 1,9 3
a
neux (%)
90 % CI 29,6-33,2 33,1-36,3 33,1-37,1 31,9-35,5
Rendement thermique Moyenne 33,6 37,0 39,8 36,8
avec résidus charbon-
SD 2,2 1,6 2,0 1,9 3
a
neux (%)
90 % CI 31,5-35,7 35,5-38,5 37,9-41,7 35,0-38,6
Productivité éner- Moyenne 4,1 3,3 2,7 3,4
gétique des résidus s.o.
SD 0,9 0,7 0,5
0,7
charbonneux (%)
Productivité massique Moyenne 2,2 1,3 0,7 1,4
des résidus charbon- s.o.
SD 0,6 0,3 0,1
0,3
neux (%)
Puissance de cuisson Moyenne 1,6 1,2 0,7
s.o.
(kW)
SD 0,2 0,1 0,1
a
Pour les foyers à combustibles solides qui produisent des résidus charbonneux, il convient de déclarer le rendement
thermique à la fois 1) sans crédit énergie et 2) avec crédit énergie pour les résidus charbonneux restants. Le rendement
thermique sans résidus charbonneux s'applique lorsque les utilisateurs n'utilisent pas comme combustibles les résidus
charbonneux qui demeurent après la cuisson. Le rendement thermique avec résidus charbonneux s'applique lorsque les
utilisateurs utilisent comme combustibles les résidus charbonneux qui demeurent après la cuisson.
b
Les valeurs en gras représentent les limites prudentes des intervalles de confiance de 90 % pour la détermination du
niveau, comme indiqué en 5.3.
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ISO/TR 19867-3:2018(F)
Tableau 2 (suite)
Phase de la séquence d'essai Performances obte-
nues par rapport à
Indicateur la valeur cible (par
b
Élevée Moyenne Faible Combinée
exemple, classement
par niveau)
Vitesse de combustion Moyenne 16,5 12,8 8,9
du combustible s.o.
SD 1,9 1,1 0,7
(g/min)
PM par énergie utile Moyenne 497 203 216 305
2,5
(mg/MJ )
d
SD 55 19 22 32 2
90 % CI 445-549 185-221 195-237 274-336
CO par énergie utile (g/ Moyenne 0,6 0,8 1,1 0,8
MJ )
d
SD 0,1 0,2 0,1 0,1 5
90 % CI 0,5-0,7 0,6-1,0 1,0-1,2 0,7-0,9
Sécurité Score 88 4
Durabilité Score 18 3
a
Pour les foyers à combustibles solides qui produisent des résidus charbonneux, il convient de déclarer le rendement
thermique à la fois 1) sans crédit énergie et 2) avec crédit énergie pour les résidus charbonneux restants. Le rendement
thermique sans résidus charbonneux s'applique lorsque les utilisateurs n'utilisent pas comme combustibles les résidus
charbonneux qui demeurent après la cuisson. Le rendement thermique avec résidus charbonneux s'applique lorsque les
utilisateurs utilisent comme combustibles les résidus charbonneux qui demeurent après la cuisson.
b
Les valeurs en gras représentent les limites prudentes des intervalles de confiance de 90 % pour la détermination du
niveau, comme indiqué en 5.3.
Certains combustibles/certaines technologies qui relèvent du domaine d'application de l'ISO 19867-1,
y compris les foyers à combustibles gazeux/liquides, ne sont pas couverts par le protocole d'essai de
sécurité (voir l'ISO 19867-1:2018, Article 7) servant de base aux valeurs cibles par niveaux données
dans le Tableau 1. Il convient donc de consigner séparément les résultats d'essai obtenus à partir
d'autres protocoles d'essais de sécurité.
6 Base technique et recommandations pour la mise en œuvre
6.1 Généralités
Le présent article fournit des informations sur la base technique servant aux objectifs de performances
par niveaux, ainsi que des recommandations sur la manière dont ceux-ci peuvent être mis en œuvre, et
qui couvrent les aspects suivants:
a) définitions des niveaux pour le rendement thermique et les émissions (PM et CO);
2,5
b) base empirique pour le choix des niveaux, y compris:
— le modèle d'émissions utilisé pour les PM et le CO;
2,5
— une description de la fonction intégrée exposition-réponse (IER) servant de base aux niveaux
de PM ;
2,5
— l'application de preuves des effets toxiques d’une exposition au CO, qu’elle soit chronique ou aiguë;
— les données d'essais en laboratoire utilisées comme base pour les niveaux de sécurité et de
durabilité;
c) ensembles de valeurs cibles par défaut et alternatifs pour les PM et le CO, avec les concentrations
2,5
de polluants équivalentes en cuisine, d'après les estimations du modèle d'émissions, ainsi que les
pourcentages de domiciles qui satisfont aux principaux critères à chaque niveau; et
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d) recommandations relatives au choix des niveaux appropriés pour différents environnements.
6.2 Rendement thermique
6.2.1 Définition des catégories de niveaux pour le rendement thermique
À partir du rapport entre l'énergie utile fournie et l'énergie combustible utilisée au cours des essais en
laboratoire contrôlés, les catégories de niveaux sont définies comme indiqué dans le Tableau 3 pour
chaque niveau:
Tableau 3 — Définition des catégories de niveaux pour le rendement thermique
Catégorie de Niveau Définition
niveau
Maximal 5 Rendement thermique se trouvant à un niveau représentatif de la meilleure
technologie existante pour les foyers à combustible
Intermédiaire 1-4 Division mathématique de la plage sur la base d'un espacement régulier sur
cinq niveaux, où le Niveau 1 est défini pour refléter les performances obser-
vées avec de simples améliorations de la technologie de foyer
Minimal 0 Rendement thermique observé avec des foyers ouverts et d'autres technolo-
gies simples de foyers à combustible solide
6.2.2 Base empirique utilisée pour les niveaux
Les niveaux attribués au rendement thermique sont des multiples de 10 % entre 10 % et 50 %. Ces
niveaux ont été choisis car les résultats d'essais publiés révèlent que les foyers les plus sophistiqués
approchent ou dépassent un rendement thermique de 50 %, alors que des foyers ouverts et des foyers
[4]
rudimentaires atteignent un rendement d'environ 10 %, voire moins .
6.2.3 Rendement des combustibles dérivé du rendement thermique
Les valeurs cibles de rendement des combustibles propres à chaque région pour des foyers qui ne
produisent pas de résidus charbonneux utilisés comme combustibles peuvent être confirmées en
déterminant le rendement thermique des technologies de référence applicables, puis en calculant les
économies de combustibles à l'aide de la Formule (1).
Pourcentage d'économies de combustibles = [1 – (η /η )] × 100 % (1)
T x
où
η est le rendement thermique d'un foyer traditionnel, en %;
T
η est le rendement thermique d'un foyer d'intervention, en %.
x
Les économies de combustibles tacitement obtenues par foyer de référence déplacé avec un foyer
[5]
d'intervention, en prenant pour hypothèse un rendement thermique de 10 % pour un foyer
traditionnel, sont telles qu'indiquées dans le Tableau 4, lequel est fourni uniquement à titre d'exemple.
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Tableau 4 — Exemple d'économies de combustibles anticipées sur la base du rendement
thermique de foyers qui ne produisent pas de résidus charbonneux
Niveau Rendement thermique Économies de combustibles
Meilleures 5 > 50 % > 80 %
performances
4 > 40 % > 75 %
3 > 30 % > 67 %
2
...
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