ISO 13571:2012
(Main)Life-threatening components of fire — Guidelines for the estimation of time to compromised tenability in fires
Life-threatening components of fire — Guidelines for the estimation of time to compromised tenability in fires
ISO 13571:2012 is one of many tools available for use in fire safety engineering. It is intended to be used in conjunction with models for analysis of the initiation and development of fire, fire spread, smoke formation and movement, chemical species generation, transport and decay, and people movement, as well as fire detection and suppression. ISO 13571:2012 is to be used only within this context. ISO 13571:2012 is intended to address the consequences of human exposure to the life-threatening components of fire. The time-dependent concentrations of fire effluents and the thermal environment of a fire are determined by the rate of fire growth, the yields of the various fire gases produced from the involved fuels, the decay characteristics of those fire gases and the ventilation pattern. Once these are determined, the methodology presented in ISO 13571:2012 can be used for the estimation of the time at which individuals can be expected to experience compromised tenability. With care, this guidance can also be applied to estimation of the time limit for rescuing people who are immobile due to injury, medical condition, etc. ISO 13571:2012 establishes procedures to evaluate the life-threatening components of fire hazard analysis in terms of the status of exposed human subjects at discrete time intervals. It makes possible the estimation of the time at which occupants can experience compromised tenability. It enables estimation of a compromised tenability endpoint for each of the fire effluent components, with the most important endpoint being the earliest to occur. Although the concept of compromised tenability is consistent with the definition of incapacitation (see ISO 13943), the latter term is not used in ISO 13571:2012 due to its potentially broad interpretation to include many effects, including collapse and unconsciousness, that are not addressed. ISO 13571:2012 focuses specifically on compromised tenability as influenced by both physiological and behavioural responses resulting from exposure to a fire's life-threatening components. The life-threatening components addressed include fire-effluent toxicity, heat, and visual obscuration due to smoke. In cases where the effluent composition is available, the toxic gas model is to be used for assessment of fire-effluent toxicity. For those cases where the effluent composition is unknown, an additional mass-loss model using generic toxic potency values is provided.
Composants dangereux du feu — Lignes directrices pour l'estimation du temps disponible avant que les conditions de tenabilité ne soient compromises
L'ISO 13571:2012 constitue l'un des nombreux outils pouvant être utilisés en ingénierie de la sécurité incendie. Elle est destinée à être utilisée conjointement à des modèles pour l'analyse du déclenchement et du développement du feu, de la propagation du feu, de la formation et du déplacement des fumées, de la génération, du transport et de la décroissance des espèces chimiques, et du déplacement des personnes, ainsi que pour la détection et la suppression de l'incendie. Elle ne doit être utilisée que dans ce contexte. L'ISO 13571:2012 est destinée à traiter des conséquences d'une exposition humaine aux composants dangereux du feu. Les concentrations des effluents du feu en fonction du temps et l'environnement thermique d'un feu sont déterminées par la vitesse de développement du feu, les taux de production des divers gaz de combustion produits par les combustibles impliqués, les caractéristiques de décroissance de ces gaz de combustion et le modèle de ventilation (voir A.1). Une fois ces paramètres déterminés, la méthodologie présentée dans l'ISO 13571:2012 peut être utilisée pour estimer le temps dont les individus peuvent disposer avant que les conditions de tenabilité ne soient compromises. En prenant des précautions, ces lignes directrices peuvent également s'appliquer à l'estimation du délai imparti pour le sauvetage de personnes immobilisées par des blessures, un état pathologique, etc. L'ISO 13571:2012 établit des procédures permettant d'évaluer les composants dangereux lors d'une analyse des dangers du feu en termes d'état des êtres humains exposés à des intervalles de temps discrets. Elle permet d'estimer le temps dont disposent les occupants avant que les conditions de tenabilité ne soient compromises (voir A.2). Elle permet d'estimer l'effet de conditions de tenabilité compromises pour chacun des composants des effluents du feu, l'effet le plus important étant celui qui se manifeste en premier. Bien que le concept de conditions de tenabilité compromises soit compatible avec la définition de l'incapacitation (voir l'ISO 13943), ce dernier terme n'est pas utilisé dans l'ISO 13571:2012 en raison de son interprétation potentiellement large permettant d'inclure de nombreux effets, y compris un collapsus cardiovasculaire et une perte de connaissance qui ne sont pas traités. L'ISO 13571:2012 se concentre spécifiquement sur les conditions de tenabilité compromises qui sont influencées par les réponses physiologiques et comportementales engendrées par une exposition aux composants dangereux du feu. Les composants dangereux traités comprennent la toxicité des effluents du feu, la chaleur et l'obscurcissement par la fumée. Lorsque la composition des effluents est disponible, le modèle de gaz toxique doit être utilisé pour l'évaluation de la toxicité des effluents du feu. Lorsque la composition des effluents est inconnue, un modèle supplémentaire de perte de masse utilisant des valeurs génériques de potentiel toxique est fourni.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 13571
Second edition
2012-09-15
Life-threatening components of fire —
Guidelines for the estimation of time to
compromised tenability in fires
Composants dangereux du feu — Lignes directrices pour
l’estimation du temps disponible avant que les conditions de
tenabilité ne soient compromises
Reference number
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ISO 2012
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ISO 13571:2012(E)
Contents Page
Foreword .iv
Introduction . v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 General principles . 2
4.1 Time to compromised tenability . 2
4.2 Toxic-gas model . 2
4.3 Mass-loss model . 3
4.4 Heat and radiant energy model . 3
4.5 Smoke-obscuration model . 3
4.6 Assumptions and exclusions . 3
5 Significance and use . 4
6 Toxic-gas models . 5
6.1 Asphyxiant-gas model . 5
6.2 Irritant-gas model . 7
7 Mass-loss model . 8
8 Heat . 9
9 Smoke-obscuration model . 11
10 Report .12
Annex A (informative) Context and mechanisms of toxic potency .13
Bibliography .19
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ISO 13571:2012(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.
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 13571 was prepared by Technical Committee ISO/TC 92, Fire safety, Subcommittee SC 3, Fire threat to
people and environment.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 13571:2007), which has been technically revised.
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ISO 13571:2012(E)
Introduction
Estimation of occupants’ tenability when exposed to a fire environment ultimately involves their ability to perform
cognitive and motor-skill functions at an acceptable level. Generally, acceptable performance may include any
of a number of desirable outcomes, including escape to a place of refuge, or if escape is not a viable option,
continued functioning in place as necessary. The latter situation includes occupants who are not mobile or
whose egress is prohibited for a variety of reasons, e.g., from an aircraft in flight. The time from initiation of a
fire to the point when tenability is compromised such that acceptable performance is not possible is a central
component of fire safety design.
The time required to reach compromised tenability may depend upon each occupant’s location and movement,
along with numerous other characteristics specific to the occupant (see A.2.2). As a result, each occupant may
have a different time to compromised tenability. Guidance for consideration of these factors is provided in other
sources, e.g., ISO/TR 13387-8 and ISO/TR 16738.
Each occupant may also have a different time to compromised tenability, depending on their particular exposure
to heat and fire effluent combustion products and their individual susceptibility to such exposures (see A.2.3).
The purpose of the methodology described in this International Standard is to provide a framework for use in
estimating the time at which compromised tenability may occur.
The methodology described cannot be used alone to evaluate the overall fire safety performance of specific
materials or products and cannot, therefore, constitute criteria for a test method. Rather, the equations are
to be used as input to a fire hazard or risk analysis [see ISO/TR 13387 (all parts)]. In such an analysis, the
estimated time to compromised tenability also depends on the nature both of the fire (e.g. heat release rate,
quantity and types of combustibles, fuel chemistry) and of the enclosure (e.g. dimensions, ventilation). These
determine the toxic-gas concentrations, the gas and wall temperatures and the density of smoke throughout
the enclosure as a function of time. Furthermore, estimation of exposure is determined, in part, by assumptions
regarding the position of the occupants’ heads relative to the hot smoke layer that forms near ceilings and
descends as the fire grows.
The guidance in this International Standard is based on the best available scientific judgment in using a state-
of-the-art but less-than-complete knowledge base of the consequences of human exposure to fire effluents. For
ethical reasons, much of the methodology described has not been and cannot be validated experimentally with
humans. However, for carbon monoxide, the major contributor to prevention of escape and the most frequent
cause of fire fatalities, the database is actually quite extensive and well-validated with human experience.
As with all predictive methodology, uncertainty exists in the application of this International Standard. An
estimation of the uncertainty for each procedure is provided, with the user being encouraged to determine the
significance of these uncertainties in the estimation of the outcome of a given fire scenario.
© ISO 2012 – All rights reserved v
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 13571:2012(E)
Life-threatening components of fire — Guidelines for
the estimation of time to compromised tenability in fires
1 Scope
This International Standard is one of many tools available for use in fire safety engineering. It is intended to
be used in conjunction with models for analysis of the initiation and development of fire, fire spread, smoke
formation and movement, chemical species generation, transport and decay, and people movement, as well as
fire detection and suppression. This International Standard is to be used only within this context.
This International Standard is intended to address the consequences of human exposure to the life-threatening
components of fire. The time-dependent concentrations of fire effluents and the thermal environment of a fire
are determined by the rate of fire growth, the yields of the various fire gases produced from the involved fuels,
the decay characteristics of those fire gases and the ventilation pattern (see A.1). Once these are determined,
the methodology presented in this International Standard can be used for the estimation of the time at which
individuals can be expected to experience compromised tenability.
With care, this guidance can also be applied to estimation of the time limit for rescuing people who are immobile
due to injury, medical condition, etc.
This International Standard establishes procedures to evaluate the life-threatening components of fire hazard
analysis in terms of the status of exposed human subjects at discrete time intervals. It makes possible the
estimation of the time at which occupants can experience compromised tenability (see A.2). It enables estimation
of a compromised tenability endpoint for each of the fire effluent components, with the most important endpoint
being the earliest to occur.
Although the concept of compromised tenability is consistent with the definition of incapacitation (see
ISO 13943), the latter term is not used in this International Standard due to its potentially broad interpretation
to include many effects, including collapse and unconsciousness, that are not addressed. This International
Standard focuses specifically on compromised tenability as influenced by both physiological and behavioural
responses resulting from exposure to a fire’s life-threatening components.
The life-threatening components addressed include fire-effluent toxicity, heat, and visual obscuration due to
smoke. In cases where the effluent composition is available, the toxic gas model is to be used for assessment
of fire-effluent toxicity. For those cases where the effluent composition is unknown, an additional mass-loss
model using generic toxic potency values is provided.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application 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 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.
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ISO 13571:2012(E)
3.1
tenability
ability of humans to perform cognitive and motor-skill functions at an acceptable level when exposed to a
fire environment
NOTE If exposed individuals are able to perform cognitive and motor-skill functions at an acceptable level, the
exposure is said to be tenable. If not, the exposure is said to result in compromised tenability.
4 General principles
4.1 Time to compromised tenability
The time to compromised tenability for individuals is the shortest of four distinct times estimated from
consideration of asphyxiant fire gases, irritant fire gases, heat, and visual obscuration due to smoke.
The context and mechanisms of the fire-effluent toxicity component of life threat are discussed in Annex A.
Effects of the asphyxiant toxicants, carbon monoxide and hydrogen cyanide (see A.3), as well as those of eye
and upper-respiratory tract sensory irritants (see A.4), are described in detail.
Responses to these exposures involve functions of the human cardiovascular, respiratory and neurological
systems that are dependent upon inherent physical characteristics (e.g., age, body weight, pre-existing
cardiopulmonary conditions), along with environmental considerations and physical activity at the time of
exposure. As a result, individual human responses can be highly variable and, therefore, not readily reduced
to usable engineering equations for prediction of compromised tenability without considerable simplification,
application of numerous assumptions, and exclusion of unusual circumstances.
With regard to the susceptibilities of individuals to the insults of fire exposure, a primary assumption of this
International Standard is that all occupant responses are treated as an a priori log-normal statistical distribution
with respect to a median time, with half of the population experiencing a tenable exposure and half experiencing
compromised tenability (see 5.3). Other statistical distributions are possible, but in the absence of actual data,
the log-normal is the most defensible.
4.2 Toxic-gas model
4.2.1 The toxic-gas models described in this International Standard address effects that are considered
detrimental to human tenability. Because they are physiologically unrelated and mechanistically independent,
asphyxiant toxicants and irritant toxicants are treated separately (see A.3 and A.4).
With irritant toxicants, only those that cause eye and upper-respiratory tract sensory irritation are considered in
this International Standard as having effects on tenability (see A.4.2). Serious effects of pulmonary irritation are
manifested from a few hours up to several days after exposure and are not normally expected to have a direct
impact on tenability (see A.4.3).
4.2.2 The basic principle for estimating the asphyxiant component of toxic hazard analysis involves the
exposure dose of each toxicant, i.e. the integrated area under each concentration-time curve. Fractional effective
doses (FEDs) are determined for each asphyxiant at each discrete increment of time. The time at which their
accumulated sum exceeds a specified threshold value represents the time to compromised tenability relative to
chosen safety criteria.
4.2.3 The basic principle for estimating the eye and upper respiratory tract sensory irritant component of toxic
hazard analysis involves the concentration of each irritant. Fractional effective concentrations (FECs) are
determined for each irritant at each discrete increment of time. The time at which their sum exceeds a specified
threshold value represents the time to compromised tenability relative to the chosen safety criteria.
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ISO 13571:2012(E)
4.3 Mass-loss model
The mass-loss model provides for a simplified estimation of the time to occupants’ compromised tenability by
using total fire-effluent lethal toxic potency data obtained from laboratory test methods (ISO 13344). However, it
does not distinguish between the toxic effects of different fire effluent components. The basic principle involves
the exposure doses of the fire effluents produced from materials and products, i.e. the integrated areas under
their concentration-time curves. FEDs are determined for fire effluents at each discrete increment of time. The
time at which their accumulated sum exceeds a specified threshold value represents the time to compromised
tenability relative to chosen safety criteria.
4.4 Heat and radiant energy model
Heat and radiant energy are assessed using an FED model analogous to that used for fire gases. The time at
which the accumulated sum of fractional doses of heat and radiant energy exceeds a specified threshold value
represents the time to compromised tenability relative to chosen safety criteria.
4.5 Smoke-obscuration model
At some degree of smoke density, occupants can no longer visually discern boundaries and become unaware
of their location relative to doors, walls, windows, etc., even if they are familiar with the premises. When
this occurs, occupants who may be attempting to escape or perform tasks can become so disoriented that
their tenability is compromised. The model is based on the concept of minimum detectable contrast, i.e. the
minimum visible brightness difference between an object and a background.
NOTE For occupants who are not engaged in cognitive or motor-skill activity, smoke obscuration, alone, should not
compromise tenability.
4.6 Assumptions and exclusions
a) Asphyxiant toxicants, irritants, heat and visual obscuration are each considered as acting independently. Some
degrees of interaction between these insults are known to occur (see A.6), but are considered secondary.
b) Asphyxiant toxicants are known to increase somewhat the respiratory rate of exposed occupants, followed
by a decrease in respiratory rate as narcosis begins to occur. Resulting fluctuations of toxicant uptake due
to these effects are considered secondary.
c) Exposed occupants are considered to be at relatively normal ambient environmental conditions and at
altitudes below which reduced oxygen could be a factor, and performing at a moderate level of physical
activity. Deviation from these conditions can affect susceptibility, but supporting quantitative data are scarce.
d) The effects of aerosols and particulates and any interactions with gaseous fire-effluent components are
not considered. The physical form of toxic effluents is known to have some influencing effects, but in this
International Standard they are considered secondary to the direct effects of vapour-phase effluents.
e) Adverse health effects subsequent to exposure to fire atmospheres are not considered, although it
is recognized that they occur. Pre-existing health conditions may be exacerbated and potentially life-
threatening sequelae may develop from exposure both to asphyxiants and to pulmonary irritants (see A.3
and A.4.3). Lower respiratory tract effects are typically manifested at time scales much longer than those
of the actual fire and, although noted, are not considered in the requirements of this International Standard.
f) The early impacts of visual obscuration due to smoke (e.g., recognition that a fire exists, seeing exit paths
clearly) are behavioural in nature and are not included. However, smoke obscuration of such severity that
occupants become disoriented places a limitation on the time during which escape may be attempted and
is considered.
The equations in the methodology described in this International Standard enable estimation of the status of
exposed occupants at discrete time intervals throughout the progress of a fire scenario, up to the time at which
such exposure can result in compromised tenability. Should the estimated time be deemed excessively limiting,
a variety of protection strategies then require consideration by the fire safety professional.
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ISO 13571:2012(E)
5 Significance and use
5.1 The objective of this International Standard is to provide simplified, but robust, guidance for engineers
in estimating occupants’ time to compromised tenability as part of an assessment of a structure’s fire safety
capabilities when subjected to generalized design fire conditions. Such estimation of occupants’ tenability
ultimately involves their ability to perform cognitive and motor-skill functions at an acceptable level. Generally,
acceptable performance may include any of a number of desirable outcomes, including escape to a place of
refuge, or if escape is not a viable option, continued functioning in place as necessary.
NOTE If escape to a place of refuge is the outcome to be considered, the time to compromised tenability may
reasonably be equated to the available safe escape time (ASET).
5.2 Operating under a considerable number of simplifying assumptions, this International Standard deals with
responses of the overall population as represented by a statistical distribution. It is not intended to provide
guidance for a detailed assessment of the insult to specific individuals that might be exposed to a given
fire atmosphere ― such as is commonly required in forensic investigations. Furthermore, the focus of this
International Standard is on assessment of an occupant’s tenability, while forensic investigations generally focus
on the consequences of compromised tenability. These are quite different objectives. Forensic investigations
can also be extremely complicated, involving detailed characterization of specific exposed occupants, along
with interpretive expertise far beyond that which can reasonably be taught in a guidance standard.
[1] [2]
5.3 The concepts of FED and FEC are fundamental to the methodology of this International Standard. Both
concepts relate to the manifestation of physiological and behavioural effects exhibited by exposed subjects.
5.4 The variability of human responses to toxicological insults is best represented by a statistical distribution
that takes into account varying susceptibility to the insult. Some people are more susceptible than the average,
while others may be less susceptible (see A.5). In this International Standard, FED and/or FEC values of 1,0
correspond, by definition, to the median value of a log-normal distribution of responses, with one-half of the
population being less susceptible and one-half being more susceptible. This means that, statistically, 50% of
the population would be expected to experience tenable conditions (able to perform cognitive and motor-skill
functions at an acceptable level), with 50% then expected to experience compromised tenability (unable to
perform cognitive and motor-skill functions at an acceptable level).
Recognizing that threshold criteria of 1,0 FED and/or FEC statistically serve to protect only one-half of the
population, users of this International Standard shall use reduced FED and/or FEC threshold criteria in order
to satisfy more conservative fire safety objectives. This International Standard provides the flexibility to choose
FED and/or FEC threshold criteria as may be appropriate. Guidance is provided in A.5.2. Whatever the rationale
used when choosing FED and FEC threshold criteria, it is necessary to use a single value for both FED and FEC
in a given estimation of the time to compromised tenability.
5.5 The exposure of occupants to tenable conditions should not be construed as equating to no post-exposure
harm. Exposure to fire-gas toxicants that do not cause compromised tenability can still result in a variety of
effects that may prolong escape and thus increase exposure intensity to fire effluents and lead to post-exposure
health problems; see Annex A. However, quantification of these effects, especially under conditions where
effective post-traumatic measures are common practice through medical intervention, is beyond the scope of
this International Standard.
5.6 The time-dependent concentrations of fire effluents to which occupants, who are often on the move, are
exposed can only be determined using computational fire models and/or a series of real-scale experiments. It
is not valid to insert the concentrations of fire effluents or values of smoke optical density obtained from bench-
scale test methods in the equations presented in this International Standard.
5.7 The methodology described for toxic gas exposures cannot be validated with people. It is necessary to
recognize that uncertainty exists in the precision of the experimental data upon which the equations are based,
the representation of those data by algebraic functions, the accuracy of assumptions regarding non-interaction
of fire gases with each other and with heat, the susceptibility of people relative to that of test animals, etc.
4 © ISO 2012 – All rights reserved
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ISO 13571:2012(E)
These uncertainties are estimated in the following sections. As with any engineering calculation, uncertainties
should be included in the estimation of the overall uncertainty of a fire hazard or risk analysis. This enables the
user to determine whether the difference between the outcomes of two such analyses are truly different or are
irresolvable.
NOTE The resulting uncertainty in the estimated time to compromised tenability depends in a non-linear manner
upon the uncertainty in the FED and FEC calculations (for instance, these uncertainties can have reduced impact on the
estimated outcome of rapidly developing fires).
5.8 There is very little reliable information on asphyxiant gas exposures of less than 1 min or longer than
1 h. Thus, the accuracy of the equations in this International Standard and the resulting estimations for either
very short or very long fire scenarios are uncertain. Due to these uncertainties, estimations of time available to
escape of less than 1 min are to be reported as <1 min, with caution exercised when making estimations that
involve occupant exposures longer than 1 h.
NOTE Due to the uncertainties involved, differences between comparative estimations of time to compromised
tenability of less than 1 min are typically insignificant.
6 Toxic-gas models
6.1 Asphyxiant-gas model
6.1.1 Fractional effective doses (FEDs) are determined for each asphyxiant at each discrete increment of
time. The time at which their accumulated sum exceeds a specified threshold value represents the time to
compromised tenability relative to chosen safety criteria (see 5.3). The principle of the model in its simplest form
for calculating the fractional effective dose, X , is shown in Equation (1):
FED
t
n
2
C
i
X = Δt (1)
FED ∑∑
Ct⋅
()
i=1 t i
1
where
−1
C
is the average concentration, expressed in µl·l , of an asphyxiant gas “i ” over the chosen
i
time increment;
Δt
is the chosen time increment, expressed in minutes;
(C·t) is the exposure dose causing occupants’ compromised tenability, expressed in minutes
i
−1
multiplied by µl·l .
In estimating incremental effects, ΔX , on the fractional effective doses (FEDs), X , for each discrete
FED FED
increment of time, Δt, C = C, and Equation (1) reduces to:
i
t
n
2
1
X =⋅Δt (1a)
FED ∑∑
t
i
i=1 t
1
where the time, t , to compromised tenability due to component “i” is a function of its concentration, with the
i
units of time cancelling to give a dimensionless fraction for X
FED.
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ISO 13571:2012(E)
For carbon monoxide:
35 000
t =
CO
ϕ
CO
−1
where ϕ is the average concentration, expressed in µl·l , of CO over each time increment, Δt, in minutes.
CO
−1
NOTE The compromising tenability dose, (C·t), for CO of 35 000 µl·l min was obtained from experiments on juvenile
[3] [4] −1
baboons subjected to an escape paradigm . Using the Stewart–Peterson equation , a dose of 35 000 µl·l min would
produce approximately 30 % blood carboxyhaemoglobin saturation in humans having average adult body weight and a
respiratory minute volume of 20 l/min.
For hydrogen cyanide:
62− ,36
t =×12, 10 ×ϕ
HCN HCN
−1
where ϕ is the average concentration, expressed in µl·l , of HCN over each time increment, Δt, in minutes.
HCN
NOTE The compromising tenability dose for HCN cannot be represented as a constant. Because of this, the
[2]
exponential expression shown was derived as a best fit to data obtained from studies on cynomolgus monkeys , with the
shape of the curve modified for extrapolation to higher and lower concentrations based on rodent data. The results are
consistent with human responses to the extent that they are known.
6.1.2 Equation (1) thus expands to Equation (2) for determination of FED values due to carbon mo
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 13571
Deuxième édition
2012-09-15
Composants dangereux du feu — Lignes
directrices pour l’estimation du temps
disponible avant que les conditions de
tenabilité ne soient compromises
Life-threatening components of fire — Guidelines for the estimation of
time to compromised tenability in fires
Numéro de référence
ISO 13571:2012(F)
©
ISO 2012
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ISO 13571:2012(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction . v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Principes généraux . 2
4.1 Temps disponible avant que les conditions de tenabilité ne soient compromises . 2
4.2 Modèle de gaz toxiques . 2
4.3 Modèle de perte de masse . 3
4.4 Modèle de chaleur et d’énergie rayonnante . 3
4.5 Modèle d’obscurcissement par la fumée . 3
4.6 Hypothèses et exclusions . 3
5 Portée et utilisation . 4
6 Modèles de gaz toxiques . 5
6.1 Modèle de gaz asphyxiants . 5
6.2 Modèle de gaz irritant . 7
7 Modèle de perte de masse . 8
8 Chaleur .10
9 Modèle d’obscurcissement par la fumée .12
10 Rapport .13
Annexe A (informative) Contexte et mécanismes du potentiel toxique .15
Bibliographie .22
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ISO 13571:2012(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 (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 13571 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 92, Sécurité au feu, sous-comité SC 3, Dangers
pour les personnes et l’environnement dus au feu.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 13571:2007), qui a fait l’objet d’une
révision technique.
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ISO 13571:2012(F)
Introduction
L’estimation de la tenabilité pour les occupants, lorsqu’ils sont exposés à un environnement d’incendie, concerne
en dernier ressort leur aptitude à assurer les fonctions cognitives et motrices à un niveau acceptable. En
général, les performances acceptables peuvent inclure l’un des nombreux résultats souhaitables, notamment
l’évacuation vers un lieu de refuge ou, si l’évacuation n’est pas une option envisageable, le maintien de ces
fonctions sur place si nécessaire. Cette dernière situation concerne les occupants qui ne sont pas mobiles ou
dont l’évacuation est empêchée pour diverses raisons, par exemple un avion en vol. Le temps qui s’écoule entre
le déclenchement d’un incendie et le moment où la tenabilité est compromise à tel point que des performances
acceptables sont impossibles est un élément essentiel de la conception de la sécurité au feu.
Le temps disponible avant que les conditions de tenabilité ne soient compromises peut dépendre de la position
et du déplacement de chaque occupant ainsi que de nombreuses autres caractéristiques propres à l’occupant
(voir A.2.2). Chaque occupant peut donc disposer d’un délai différent avant que les conditions de tenabilité ne
soient compromises. Des lignes directrices relatives à la prise en compte de ces facteurs sont fournies dans
d’autres sources, par exemple l’ISO/TR 13387-8 et l’ISO/TR 16738.
Chaque occupant peut également disposer d’un délai différent avant que les conditions de tenabilité ne
soient compromises selon son exposition particulière à la chaleur et aux effluents de combustion du feu et sa
sensibilité individuelle à de telles expositions (voir A.2.3). La méthodologie décrite dans la présente Norme
internationale a pour objectif de fournir un cadre pour l’estimation du temps disponible avant que les conditions
de tenabilité ne soient compromises.
La méthodologie décrite ne peut pas être utilisée seule pour évaluer la performance globale en matière de
sécurité au feu de matériaux ou produits spécifiques et ne peut donc pas fournir de critères pour une méthode
d’essai. Les équations doivent plutôt être utilisées comme données d’entrée pour une analyse des dangers du
feu ou des risques d’incendie (voir l’ISO/TR 13387, toutes les parties). Dans une telle analyse, le temps estimé
disponible avant que les conditions de tenabilité ne soient compromises dépend également de la nature du
feu (par exemple débit thermique, quantité et types de combustibles, composition chimique du combustible)
et du volume considéré (par exemple dimensions, ventilation). Ces facteurs déterminent les concentrations
de gaz toxiques, les températures des gaz et des parois et la densité de fumée dans le volume considéré en
fonction du temps. De plus, l’estimation de l’exposition est déterminée en partie par les hypothèses concernant
la position de la tête des occupants par rapport à la couche de fumée chaude qui se forme à proximité des
plafonds et descend au fur et à mesure que l’incendie se développe.
Les lignes directrices fournies dans la présente Norme internationale sont fondées sur le meilleur jugement
scientifique disponible en utilisant une base de connaissances récente, mais non exhaustive, sur les
conséquences d’une exposition humaine aux effluents du feu. Pour des raisons éthiques, une grande partie
de la méthodologie décrite n’a pas été et ne peut pas être validée expérimentalement sur des êtres humains.
Toutefois, en ce qui concerne le monoxyde de carbone qui est le principal facteur entravant l’évacuation et la
cause la plus fréquente des accidents mortels dus au feu, la base de données est en réalité assez complète et
bien validée par un retour d’expérience sur l’homme.
Comme pour toute méthodologie prédictive, une incertitude est associée à l’application de la présente Norme
internationale. Une estimation de l’incertitude associée à chaque procédure est fournie, l’utilisateur étant invité
à déterminer l’importance de ces incertitudes dans l’estimation du résultat d’un scénario feu donné.
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NORME INTERNATIONALE ISO 13571:2012(F)
Composants dangereux du feu — Lignes directrices pour
l’estimation du temps disponible avant que les conditions
de tenabilité ne soient compromises
1 Domaine d’application
La présente Norme internationale constitue l’un des nombreux outils pouvant être utilisés en ingénierie de la
sécurité incendie. Elle est destinée à être utilisée conjointement à des modèles pour l’analyse du déclenchement
et du développement du feu, de la propagation du feu, de la formation et du déplacement des fumées, de la
génération, du transport et de la décroissance des espèces chimiques, et du déplacement des personnes,
ainsi que pour la détection et la suppression de l’incendie. La présente Norme internationale ne doit être
utilisée que dans ce contexte.
La présente Norme internationale est destinée à traiter des conséquences d’une exposition humaine aux
composants dangereux du feu. Les concentrations des effluents du feu en fonction du temps et l’environnement
thermique d’un feu sont déterminées par la vitesse de développement du feu, les taux de production des divers
gaz de combustion produits par les combustibles impliqués, les caractéristiques de décroissance de ces gaz
de combustion et le modèle de ventilation (voir A.1). Une fois ces paramètres déterminés, la méthodologie
présentée dans la présente Norme internationale peut être utilisée pour estimer le temps dont les individus
peuvent disposer avant que les conditions de tenabilité ne soient compromises.
En prenant des précautions, ces lignes directrices peuvent également s’appliquer à l’estimation du délai imparti
pour le sauvetage de personnes immobilisées par des blessures, un état pathologique, etc.
La présente Norme internationale établit des procédures permettant d’évaluer les composants dangereux lors
d’une analyse des dangers du feu en termes d’état des êtres humains exposés à des intervalles de temps
discrets. Elle permet d’estimer le temps dont disposent les occupants avant que les conditions de tenabilité
ne soient compromises (voir A.2). Elle permet d’estimer l’effet de conditions de tenabilité compromises pour
chacun des composants des effluents du feu, l’effet le plus important étant celui qui se manifeste en premier.
Bien que le concept de conditions de tenabilité compromises soit compatible avec la définition de l’incapacitation
(voir l’ISO 13943), ce dernier terme n’est pas utilisé dans la présente Norme internationale en raison de
son interprétation potentiellement large permettant d’inclure de nombreux effets, y compris un collapsus
cardiovasculaire et une perte de connaissance qui ne sont pas traités. La présente Norme internationale se
concentre spécifiquement sur les conditions de tenabilité compromises qui sont influencées par les réponses
physiologiques et comportementales engendrées par une exposition aux composants dangereux du feu.
Les composants dangereux traités comprennent la toxicité des effluents du feu, la chaleur et l’obscurcissement
par la fumée. Lorsque la composition des effluents est disponible, le modèle de gaz toxique doit être utilisé
pour l’évaluation de la toxicité des effluents du feu. Lorsque la composition des effluents est inconnue, un
modèle supplémentaire de perte de masse utilisant des valeurs génériques de potentiel toxique est fourni.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l’application 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 définitions donnés dans l’ISO 13943 ainsi que les suivants
s’appliquent.
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ISO 13571:2012(F)
3.1
tenabilité
aptitude des individus à assurer des fonctions cognitives et motrices à un niveau acceptable lorsqu’ils sont
exposés à un environnement d’incendie
NOTE Si les individus exposés sont capables d’assurer des fonctions cognitives et motrices à un niveau acceptable,
l’exposition est dite supportable. Sinon, l’exposition est dans des conditions de tenabilité compromises.
4 Principes généraux
4.1 Temps disponible avant que les conditions de tenabilité ne soient compromises
Le temps dont disposent les individus avant que les conditions de tenabilité ne soient compromises est le plus
court des quatre temps estimés en tenant compte des gaz de combustion asphyxiants, des gaz de combustion
irritants, de la chaleur et de l’obscurcissement par la fumée.
Le contexte et les mécanismes du composant dangereux lié à la toxicité des effluents du feu sont traités à
l’Annexe A. Les effets des toxiques asphyxiants, le monoxyde de carbone et le cyanure d’hydrogène (voir A.3),
ainsi que ceux des irritants sensoriels pour les yeux et les voies respiratoires supérieures (voir A.4) y sont
décrits de manière détaillée.
Les réactions à ces expositions concernent les fonctions des systèmes cardiovasculaire, respiratoire et
neurologique de l’homme, qui dépendent des caractéristiques physiques intrinsèques (par exemple âge,
masse corporelle, état cardio-pulmonaire préexistant) ainsi que de considérations environnementales et de
l’activité physique au moment de l’exposition. De ce fait, les réactions humaines individuelles peuvent être
extrêmement variables et il est donc difficile de les réduire à des équations techniques utiles pour prédire
les conditions de tenabilité compromises sans une simplification considérable, l’application de nombreuses
hypothèses et l’exclusion de circonstances inhabituelles.
En ce qui concerne la sensibilité des individus aux agressions d’une exposition au feu, la principale hypothèse
de la présente Norme internationale est que toutes les réactions des occupants sont traitées comme une
distribution statistique a priori log-normale par rapport à un temps médian, la moitié de la population subissant
une exposition supportable et l’autre moitié subissant des conditions de tenabilité compromises (voir 5.4).
D’autres distributions statistiques sont possibles, mais en l’absence de données réelles, la distribution log-
normale est la plus valable.
4.2 Modèle de gaz toxiques
4.2.1 Les modèles de gaz toxique décrits dans la présente Norme internationale traitent d’effets qui sont
considérés négatifs pour la tenabilité. Du fait qu’ils ne sont pas liés physiologiquement et qu’ils sont indépendants
du point de vue de leur mécanisme, les toxiques asphyxiants et les toxiques irritants sont traités séparément
(voir A.3 et A.4).
En ce qui concerne les toxiques irritants, seuls ceux qui provoquent une irritation sensorielle des yeux et
des voies respiratoires supérieures sont considérés dans la présente Norme internationale comme ayant des
effets sur la tenabilité (voir A.4.2). Les graves effets d’une irritation pulmonaire se manifestent dans un délai de
quelques heures à plusieurs jours après l’exposition et ne sont normalement pas censés avoir une incidence
directe sur la tenabilité (voir A.4.3).
4.2.2 Le principe de base pour estimer le composant asphyxiant dans une analyse du risque toxique concerne
la dose d’exposition de chaque toxique, c’est-à-dire l’aire intégrée sous chaque courbe concentration-temps.
Les doses effectives fractionnelles (FED, fractional effective doses) sont déterminées pour chaque asphyxiant
à chaque incrément de temps discret. Le temps auquel leur somme cumulée dépasse une valeur seuil spécifiée
représente le temps disponible avant que les conditions de tenabilité ne soient compromises par rapport à des
critères de sécurité choisis.
4.2.3 Le principe de base pour estimer le composant irritant sensoriel pour les yeux et les voies respiratoires
supérieures dans une analyse du risque toxique concerne la concentration de chaque irritant. Les concentrations
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effectives fractionnelles (FEC, fractional effective concentrations) sont déterminées pour chaque irritant à
chaque incrément de temps discret. Le temps auquel leur somme dépasse une valeur seuil spécifiée représente
le temps disponible avant que les conditions de tenabilité ne soient compromises par rapport à des critères de
sécurité choisis.
4.3 Modèle de perte de masse
Le modèle de perte de masse fournit une estimation simplifiée du temps dont disposent les occupants avant
que les conditions de tenabilité ne soient compromises en utilisant les données de potentiel toxique létal des
effluents totaux du feu obtenues par des méthodes d’essai en laboratoire (ISO 13344). Toutefois, il ne fait pas
la distinction entre les effets toxiques des différents composants des effluents du feu. Le principe de base
concerne les doses d’exposition des effluents du feu produits par les matériaux et les produits, c’est-à-dire les
aires intégrées sous leurs courbes concentration-temps. Les FED sont déterminées pour les effluents du feu à
chaque incrément de temps discret. Le temps auquel leur somme cumulée dépasse une valeur seuil spécifiée
représente le temps disponible avant que les conditions de tenabilité ne soient compromises par rapport à des
critères de sécurité choisis.
4.4 Modèle de chaleur et d’énergie rayonnante
La chaleur et l’énergie rayonnante sont estimées en utilisant un modèle de FED analogue à celui utilisé pour
les gaz de combustion. Le temps auquel la somme cumulée des doses fractionnelles de chaleur et d’énergie
rayonnante dépasse une valeur seuil spécifiée représente le temps disponible avant que les conditions de
tenabilité ne soient compromises par rapport à des critères de sécurité choisis.
4.5 Modèle d’obscurcissement par la fumée
Lorsque la densité de fumée atteint un certain niveau, les occupants ne peuvent plus distinguer visuellement
les délimitations et perdent conscience de leur position par rapport aux portes, aux murs, aux fenêtres, etc.,
même s’ils sont familiers des lieux. Lorsque cela se produit, les occupants qui peuvent tenter de s’échapper ou
d’effectuer des tâches peuvent être désorientés au point que les conditions de tenabilité sont compromises.
Le modèle est basé sur le concept de contraste minimum détectable, c’est-à-dire la différence minimale de
luminosité visible entre un objet et l’arrière-plan.
NOTE En ce qui concerne les occupants qui ne sont pas engagés dans une activité cognitive ou d’habileté motrice,
l’obscurcissement par la fumée seul ne devrait pas compromette la tenabilité.
4.6 Hypothèses et exclusions
a) Les toxiques asphyxiants, les irritants, la chaleur et la réduction de la visibilité sont chacun considérés
comme agissant séparément. On sait qu’il existe un certain degré d’interaction entre ces agressions
(voir A.6), mais il est jugé secondaire.
b) Les toxiques asphyxiants sont connus pour provoquer une certaine augmentation de la fréquence
respiratoire des occupants exposés, suivie d’une diminution de la fréquence respiratoire lorsque la narcose
commence à apparaître. Les fluctuations résultantes de l’absorption de toxiques dues à ces effets sont
jugées secondaires.
c) Les occupants exposés sont considérés comme se trouvant dans des conditions environnementales
ambiantes relativement normales et à des altitudes au-dessous desquelles une concentration réduite
d’oxygène pourrait être un facteur, et comme effectuant un niveau modéré d’activité physique. Tout écart
par rapport à ces conditions peut avoir une incidence sur la sensibilité, mais les données quantitatives
justificatives sont rares.
d) Les effets des aérosols et des particules et toutes les interactions avec les composants gazeux des
effluents du feu ne sont pas pris en compte. La forme physique des effluents toxiques est connue pour
avoir certains effets notables mais, dans la présente Norme internationale, ils sont considérés comme
secondaires par rapport aux effets directs des effluents en phase vapeur.
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e) Les effets nocifs pour la santé consécutifs à une exposition à des atmosphères d’incendie ne sont pas
pris en compte, bien qu’il soit reconnu qu’ils apparaissent. Des affections préexistantes peuvent être
aggravées et des séquelles potentiellement mortelles peuvent apparaître à la suite d’une exposition à
des asphyxiants et à des irritants pulmonaires (voir A.3 et A.4.3). Les effets sur les voies respiratoires
inférieures se manifestent généralement à beaucoup plus longue échéance que ceux associés au feu
réel et, bien que mentionnés, ne sont pas pris en compte dans les exigences de la présente Norme
internationale.
f) Les premières conséquences d’une réduction de la visibilité par la fumée (par exemple reconnaissance
de la présence d’un feu, vue claire des chemins d’évacuation) sont de nature comportementale et ne sont
pas incluses. Toutefois, un obscurcissement par la fumée d’une telle intensité que les occupants sont
désorientés pose une limite en ce qui concerne le délai pendant lequel une évacuation peut être tentée et
est pris en compte.
Les équations fournies dans la méthodologie décrite dans la présente Norme internationale permettent d’estimer
l’état des occupants exposés à des intervalles de temps discrets pendant le déroulement d’un scénario feu
jusqu’au moment où une telle exposition peut compromettre les conditions de tenabilité. Si le temps estimé est
jugé excessivement limité, diverses stratégies de protection doivent alors être envisagées par le professionnel
en sécurité incendie.
5 Portée et utilisation
5.1 La présente Norme internationale a pour objet de fournir aux ingénieurs des lignes directrices simplifiées,
mais robustes, leur permettant d’estimer le temps dont disposent les occupants avant que les conditions de
tenabilité ne soient compromises, dans le cadre de l’évaluation des capacités de sécurité incendie d’une
structure soumise à des conditions générales d’incendie de référence. Une telle estimation de la tenabilité pour
les occupants concerne en dernier ressort leur aptitude à assurer des fonctions cognitives et motrices à un
niveau acceptable. En général, les performances acceptables peuvent inclure l’un quelconque des nombreux
résultats souhaitables, notamment l’évacuation vers un lieu de refuge ou, si l’évacuation n’est pas une option
envisageable, le maintien de ces fonctions sur place si nécessaire.
NOTE Si l’évacuation vers un lieu de refuge est le résultat à prendre en considération, le temps disponible avant
que les conditions de tenabilité ne soient compromises peut raisonnablement être assimilé au temps disponible pour
l’évacuation en sécurité (ASET, available safe escape time).
5.2 La présente Norme internationale étant utilisée avec un nombre considérable d’hypothèses de simplification,
elle traite des réactions de la population globale telle que représentée par une distribution statistique. Elle n’est
pas destinée à fournir des lignes directrices pour une évaluation détaillée de l’agression subie par des individus
spécifiques susceptibles d’être exposés à une atmosphère de combustion donnée, comme cela est généralement
nécessaire dans les enquêtes de médecine légale. Par ailleurs, la présente Norme internationale est axée
sur l’évaluation de la tenabilité pour un occupant, alors que les enquêtes de médecine légale s’intéressent
généralement aux conséquences de conditions de tenabilité compromises. Ces objectifs sont assez différents.
Les enquêtes de médecine légale peuvent aussi être extrêmement compliquées, impliquant une caractérisation
détaillée des occupants spécifiques exposés ainsi qu’une expertise en termes d’interprétation allant bien au-delà
de ce qui peut raisonnablement figurer dans une norme donnant des lignes directrices.
[1] [2]
5.3 Les concepts de dose effective fractionnelle (FED) et de concentration effective fractionnelle (FEC)
sont fondamentaux pour la méthodologie de la présente Norme internationale. Ces deux concepts se rapportent
à la manifestation des effets physiologiques et comportementaux que présentent les sujets exposés.
5.4 La variabilité des réactions de l’homme aux agressions toxicologiques est mieux représentée par une
distribution statistique tenant compte de la sensibilité variable à l’agression. Certaines personnes sont plus
sensibles que la moyenne alors que d’autres peuvent être moins sensibles (voir A.5). Dans la présente Norme
internationale, les valeurs de FED ou FEC de 1,0 correspondent, par définition, à la valeur médiane d’une
distribution log-normale des réactions, la moitié de la population étant moins sensible et l’autre moitié étant plus
sensible. Cela signifie que, statistiquement, 50 % de la population devraient subir des conditions supportables
(c’est-à-dire être capables d’assurer des fonctions cognitives et motrices à un niveau acceptable) et 50 %
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des conditions de tenabilité compromises (c’est-à-dire être incapables d’assurer des fonctions cognitives et
motrices à un niveau acceptable).
Sachant que les critères de seuil de FED ou FEC de 1,0 servent statistiquement à protéger uniquement la
moitié de la population, les utilisateurs de la présente Norme internationale doivent utiliser des critères de seuil
de FED ou FEC réduits pour répondre à des objectifs de sécurité incendie plus conservateurs. La présente
Norme internationale offre la possibilité de choisir des critères de seuil de FED ou FEC appropriés selon le
cas. Des lignes directrices sont fournies en A.5.2. Quelle que soit la justification des critères de seuil de FED
et FEC choisis, il est nécessaire d’utiliser une seule valeur pour FED et FEC dans une estimation donnée du
temps disponible avant que les conditions de tenabilité ne soient compromises.
5.5 Il convient de ne pas interpréter l’exposition des occupants à des conditions supportables comme
équivalente à l’absence de préjudice après exposition. L’exposition aux toxiques des gaz de combustion qui
ne compromettent pas les conditions de tenabilité peuvent néanmoins entraîner divers effets susceptibles
d’allonger le temps d’évacuation et donc d’augmenter l’intensité de l’exposition aux effluents du feu et entraîner
des problèmes de santé après l’exposition; voir l’Annexe A. Toutefois, la quantification de ces effets, notamment
dans des conditions où des mesures post-traumatiques efficaces sont de pratique courante dans le cadre d’une
intervention médicale, ne relève pas du domaine d’application de la présente Norme internationale.
5.6 Les concentrations en fonction du temps des effluents du feu auxquelles sont exposés les occupants,
éventuellement en mouvement, ne peuvent être déterminées qu’en utilisant des modèles numériques de feu ou
une série d’expérimentations en vraie grandeur. Il n’est pas valable d’insérer les concentrations des effluents
du feu ou les valeurs de densité optique de la fumée obtenues par
...
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