ISO 16976-5:2023
(Main)Respiratory protective devices — Human factors — Part 5: Thermal effects
Respiratory protective devices — Human factors — Part 5: Thermal effects
This document is one part of a series of International Standards that provide information on factors related to human anthropometry, physiology, ergonomics and performance for the preparation of standards for design, testing and use of respiratory protective devices. This document contains information related to thermal effects of respiratory protective devices on the human body. In particular information is given for: — temperatures of surfaces associated with discomfort sensation and harmful effects on human tissues; — thermal effects of breathing gas temperatures on lung airways and tissues; — effects of breathing gas temperature and humidity on respiratory heat exchange; — effects of respiratory protective devices on overall body heat exchange. The information represents data for adult healthy men and women in the age 20 years to 60 years.
Appareils de protection respiratoire — Facteurs humains — Partie 5: Effets thermiques
Le présent document fait partie d'une série de Normes internationales fournissant des informations sur les facteurs liés à l'anthropométrie, à la physiologie humaine, à l'ergonomie et aux performances en vue de l'élaboration de normes relatives à la conception, aux essais et à l'utilisation d'appareils de protection respiratoire. Il contient des informations relatives aux effets thermiques des appareils de protection respiratoire sur le corps humain, portant notamment sur: — les températures de surface associées à une sensation d'inconfort et à des effets nocifs sur les tissus humains; — les effets thermiques des températures du gaz respiré sur les voies respiratoires et les tissus pulmonaires; — les effets de la température et de l'humidité du gaz respiré sur les échanges thermiques respiratoires; — les effets des appareils de protection respiratoire sur les échanges thermiques globaux du corps. Les informations fournies représentent les données relatives à des hommes et des femmes adultes, en bonne santé, âgé.es de 20 ans à 60 ans.
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Relations
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Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 16976-5
First edition
2023-03
Respiratory protective devices —
Human factors —
Part 5:
Thermal effects
Appareils de protection respiratoire — Facteurs humains —
Partie 5: Effets thermiques
Reference number
ISO 16976-5:2023(E)
© ISO 2023
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ISO 16976-5:2023(E)
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be reproduced or utilized otherwise in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting on
the internet or an intranet, without prior written permission. Permission can be requested from either ISO at the address below
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CP 401 • Ch. de Blandonnet 8
CH-1214 Vernier, Geneva
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Published in Switzerland
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ISO 16976-5:2023(E)
Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms, definitions and abbreviations . 1
3.1 Terms and definitions . 1
3.2 Abbreviated terms and symbols. 2
4 Local thermal effects .2
4.1 General . 2
4.2 Effects on skin contact by the RPD . 2
4.3 Hot surfaces. 3
4.4 Cold surfaces . 4
4.5 Effects of inhaled breathable gas to, airways and lung tissues . 8
4.5.1 General mask function . 8
4.5.2 Effects caused by hot breathable gas . 8
4.5.3 Effect caused by cold breathable gas . 9
5 Effects on whole body heat balance .10
5.1 Respiratory heat exchange . 10
5.2 Skin surface heat exchange . 11
5.3 Increased metabolic rate . 11
5.4 Thermoneutral conditions . 12
5.5 Heat stress .12
5.6 Cold stress . 13
Bibliography .15
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ISO 16976-5:2023(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to
the World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see
www.iso.org/iso/foreword.html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 94, Personal safety — Personal protective
equipment, Subcommittee SC 15, Respiratory protective devices.
This first edition of ISO 16976-5 cancels and replaces the second edition (ISO/TS 16976-5:2020), which
has been technically revised.
The main changes are as follows:
— requirements more specified.
A list of all parts in the ISO/TS 16976 series can be found on the ISO website.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www.iso.org/members.html.
iv
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ISO 16976-5:2023(E)
Introduction
For an appropriate design, selection and use of respiratory protective devices, basic physiological
demands of the user should be considered. The function of a respiratory protective device, the way it is
designed and used and the properties of its material can have a thermal effect on the human body.
This document belongs to a series of documents providing basic physiological and anthropometric
data on humans. It contains information about thermal effects associated with wearing respiratory
protective devices.
v
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 16976-5:2023(E)
Respiratory protective devices — Human factors —
Part 5:
Thermal effects
1 Scope
This document is one part of a series of International Standards that provide information on factors
related to human anthropometry, physiology, ergonomics and performance for the preparation of
standards for design, testing and use of respiratory protective devices. This document contains
information related to thermal effects of respiratory protective devices on the human body. In
particular information is given for:
— temperatures of surfaces associated with discomfort sensation and harmful effects on human
tissues;
— thermal effects of breathing gas temperatures on lung airways and tissues;
— effects of breathing gas temperature and humidity on respiratory heat exchange;
— effects of respiratory protective devices on overall body heat exchange.
The information represents data for adult healthy men and women in the age 20 years to 60 years.
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 11079, Ergonomics of the thermal environment — Determination and interpretation of cold stress
when using required clothing insulation (IREQ) and local cooling effects
ISO 13732-1, Ergonomics of the thermal environment — Methods for the assessment of human responses to
contact with surfaces — Part 1: Hot surfaces
ISO 13732-3, Ergonomics of the thermal environment — Methods for the assessment of human responses to
contact with surfaces — Part 3: Cold surfaces
ISO 16972, Respiratory protective devices — Vocabulary and graphical symbols
3 Terms, definitions and abbreviations
3.1 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 16972 and the following apply.
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at https:// www .electropedia .org/
1
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ISO 16976-5:2023(E)
3.1.1
clo
unit for the expression of the thermal insulation of clothing
2
Note 1 to entry: 1 clo is equal to 0,155 K m /W.
3.1.2
insulation required
IREQ
required clothing insulation for the preservation of body heat balance at defined levels of physiological
strain
[SOURCE: ISO 11079:2007, 3.1.1]
Note 1 to entry: As determined according to ISO 11079.
3.1.3
predicted heat strain
PHS
analytical determination and interpretation of the thermal stress (in terms of water loss and rectal
temperature) experienced by an average person in hot environments
Note 1 to entry: As determined according to ISO 7933.
3.2 Abbreviated terms and symbols
IREQ Insulation required
PHS Predicted heat strain
PPE Personal protective equipment
PMV Predicted mean vote
PPD Predicted percentage dissatisfied
RPD Respiratory protective device
SCBA Self-contained breathing apparatus
T Surface temperature (temperature of the surface contacted by skin)
s
T Ambient temperature (temperature of the air surrounding the body or inhaled)
a
T Contact temperature (temperature of the interface between skin and contacted surface)
c
4 Local thermal effects
4.1 General
The effects of heat and cold described in this document will vary according to individual sensitivity.
Notice should be taken of the assessment scales given in ISO 8996.
4.2 Effects on skin contact by the RPD
Heat transfer by conduction takes place via the hands when handling the equipment and via face, head
and torso during the actual use of the equipment.
2
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Parts of RPD are, by their very nature, in more or less direct contact with naked human skin, e.g. the face.
In contact areas heat exchange will be affected. The magnitude of this effect is dependent on contact
pressure, structure of surfaces, size of contact area, mass of material in contact, thermal conditions and
thermal properties of materials in contact.
Materials used in RPD are mostly made of materials with low conductive heat transfer properties.
Exceptions are metal parts, in particular, if they are not insulated.
In extreme hot or cold environments, the ambient conditions can heat or cool the RPD or parts of it,
thereby increasing the risk of a thermal effect on the skin.
A risk assessment of contact cooling or heating of the bare skin shall be based on
— ISO 13732-1, for hot surfaces, and
— ISO 13732-3, for cold surfaces.
Exposure values and criteria used in the figures below are based on hand or body skin surface contacts.
Face skin is likely to be more sensitive in particular to discomfort and more conservative values should
be used.
4.3 Hot surfaces
ISO 13732-1 provides comprehensive information about the risk of bare skin contacting different types
of materials at different temperatures. Figure 1 shows surface temperatures of polished aluminium
metal that can cause skin burns. This condition appears to be the most severe case, but other metals
such as steel and copper can be as harmful at similar or slightly higher temperatures. Other materials
like plastic, glass and ceramics require considerably higher temperature to cause harm to bare skin.
For these materials the zone 3 “safe surface” in Figure 1 moves up to the line 4, i.e. upper limit.
3
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ISO 16976-5:2023(E)
Key
t time, in s
T surface temperature, in °C
s
1 zone 1 indicates a high risk of skin burn
2 zone 2 indicates a possible risk of skin burn
3 zone 3 indicates safe surface temperatures
4 upper limit
5 lower limit
Figure 1 — Surface temperature of polished aluminium metal that can cause skin burns
RPD is likely to be used for short duration timed in minutes and longer duration timed in hours. Table 1
indicates burn thresholds for contact periods of 1 min and longer for different materials (modified from
ISO 13732-1). Values apply for contact areas that are less than 10 % of the body surface, so they should
apply for most RPD.
Table 1 — Burn threshold for contact periods of 1 min and longer
1 min 10 min 8 h and longer
Material
°C
Uncoated metal 51
Coated metal 51
Ceramics, glass and stone materials 56 48 43
Plastics 60
Wood 60
4.4 Cold surfaces
ISO 13732-3 provides detailed information about the assessment of cooling effects on skin in contact
with various types of cold surfaces. Information is given about five types of materials: aluminium, steel,
stone, plastic and wood. For each of the materials three criteria for cooling are applied.
As with a hot surface contact with a small skin surface area with cold, metallic goods can rapidly cool
the skin and eventually result in local frostbite. Figure 2 and 3 show cooling curves obtained with the
fingertip touching surfaces of steel and aluminium at temperature of −20 °C, −30 °C and −40 °C. The
contact temperature, T , which is likely to be very close to the skin surface temperature drops to below
c
4
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ISO 16976-5:2023(E)
0 °C within few seconds when touching the metallic surfaces (see Figure 2 and 3). The risk of developing
local frostbite is highly probable.
[6]
Studies have shown that:
— Cooling to a skin temperature of 0 °C is associated with an imminent risk of tissue freezing “frostbite”.
— Cooling to a skin temperature of +7 °C is associated with the gradual development of numbness.
— Cooling to a skin temperature of +15 °C is associated with the experience of pain.
Key
t time, in s
T contact temperature, in °C
c
1 −20 °C
2 −30 °C
3 −40 °C
Figure 2 — Change in T of finger in contact with steel surfaces at temperatures of −20 °C, −30 °C
c
and −40 °C
5
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Key
t time, in s
T contact temperature, in °C
c
1 −20 °C
2 −30 °C
3 −40 °C
Figure 3 — Change in T of finger in contact with aluminium surfaces at temperatures of −20 °C,
c
−30 °C and −40 °C
Figure 4 to Figure 6 show the surface temperature of a specific material that might cause the different
[6]
type of cooling effects .
6
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EXAMPLE The information given in Figure 4 shows that when holding a piece of aluminium (key 1) at 0 °C
frostbite would result after about 45 s, whilst holding a piece of stone (key 3) at −10 °C frostbite would result in
about 70 s.
Key
t contact duration, in s
T surface temperature, in °C
s
1 aluminium
2 steel
3 stone
Figure 4 — Frostbite threshold: acceptable surface temperature as a function of time for T to
c
reach 0 °C (finger touching the cold surfaces between 0,5 s and 100 s)
EXAMPLE The information given in Figure 5 shows that when holding a piece of wood (key 5) at −30 °C
numbness would result after about 90 s, whilst holding a piece of steel (key 2) at −5 °C numbness would result in
about 5 s.
Key
t contact duration, in s
T surface temperature, in °C
s
1 aluminium
2 steel
3 stone
4 nylon
5 wood
Figure 5 — Numbness threshold: acceptable surface temperature as a function of time for T to
c
reach 7 °C (finger touching the cold surfaces between 0,5 s and 100 s)
7
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ISO 16976-5:2023(E)
Key
t contact duration, in s
T surface temperature, in °C
s
1 aluminium
2 steel
3 stone
4 nylon
5 wood
Figure 6 — Pain threshold: acceptable surface temperature as a function of time for T to reach
c
15 °C (finger touching the cold surfaces between 0,5 s and 100 s)
4.5 Effects of inhaled breathable gas to, airways and lung tissues
4.5.1 General mask function
During respiration there is a heat exchange function also for the RPD. There is at least initially a cooling
effect on hot
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 16976-5
Première édition
2023-03
Appareils de protection
respiratoire — Facteurs humains —
Partie 5:
Effets thermiques
Respiratory protective devices — Human factors —
Part 5: Thermal effects
Numéro de référence
ISO 16976-5:2023(F)
© ISO 2023
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ISO 16976-5:2023(F)
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
© ISO 2023
Tous droits réservés. Sauf prescription différente ou nécessité dans le contexte de sa mise en œuvre, aucune partie de cette
publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,
y compris la photocopie, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut
être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
ISO copyright office
Case postale 401 • Ch. de Blandonnet 8
CH-1214 Vernier, Genève
Tél.: +41 22 749 01 11
E-mail: copyright@iso.org
Web: www.iso.org
Publié en Suisse
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© ISO 2023 – Tous droits réservés
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ISO 16976-5:2023(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d'application .1
2 Références normatives .1
3 Termes, définitions et abréviations . 1
3.1 Termes et définitions . 1
3.2 Abréviations et symboles . . 2
4 Effets thermiques locaux . 2
4.1 Généralités . 2
4.2 Effets d'un contact cutané avec l'APR. 3
4.3 Surfaces chaudes . . 3
4.4 Surfaces froides . 4
4.5 Effets du gaz respiré inhalé sur les voies respiratoires et les tissus pulmonaires . 8
4.5.1 Fonctionnement général du masque . 8
4.5.2 Effets provoqués par un gaz respiré chaud . 8
4.5.3 Effets provoqués par un gaz respiré froid . 9
5 Effets sur l'équilibre thermique du corps entier .10
5.1 Échanges thermiques respiratoires . 10
5.2 Échanges thermiques au niveau de la surface de la peau . 11
5.3 Métabolisme énergétique accru .12
5.4 Conditions thermoneutres . 12
5.5 Contrainte thermique due à la chaleur .12
5.6 Contrainte thermique due au froid . 14
Bibliographie .16
iii
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ISO 16976-5:2023(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux.
L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents
critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a
été rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir
www.iso.org/directives).
L'attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l'ISO (voir www.iso.org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion
de l'ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir www.iso.org/avant-propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 94, Sécurité individuelle — Équipement
de protection individuelle, sous-comité SC 15, Appareils de protection respiratoire.
Cette première édition de l'ISO 16976-5 annule et remplace la deuxième édition (ISO/TS 16976-5:2020),
qui a fait l'objet d'une révision technique.
Les principales modifications sont les suivantes:
— les exigences sont mieux définies.
Une liste de toutes les parties de la série ISO/TS 16976 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.
iv
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ISO 16976-5:2023(F)
Introduction
Il convient que la conception, le choix et l'utilisation des appareils de protection respiratoire tiennent
compte des exigences physiologiques fondamentales de l'utilisateur. Le fonctionnement d'un appareil
de protection respiratoire, la manière dont il est conçu et utilisé et les propriétés du matériau dont il est
constitué peuvent avoir un effet thermique sur le corps humain.
Le présent document fait partie d'une série de documents fournissant des données physiologiques et
anthropométriques élémentaires concernant l'être humain. Il contient des informations concernant les
effets thermiques associés au port d'appareils de protection respiratoire.
v
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NORME INTERNATIONALE ISO 16976-5:2023(F)
Appareils de protection respiratoire — Facteurs
humains —
Partie 5:
Effets thermiques
1 Domaine d'application
Le présent document fait partie d'une série de Normes internationales fournissant des informations
sur les facteurs liés à l'anthropométrie, à la physiologie humaine, à l'ergonomie et aux performances
en vue de l'élaboration de normes relatives à la conception, aux essais et à l'utilisation d'appareils de
protection respiratoire. Il contient des informations relatives aux effets thermiques des appareils de
protection respiratoire sur le corps humain, portant notamment sur:
— les températures de surface associées à une sensation d'inconfort et à des effets nocifs sur les tissus
humains;
— les effets thermiques des températures du gaz respiré sur les voies respiratoires et les tissus
pulmonaires;
— les effets de la température et de l'humidité du gaz respiré sur les échanges thermiques respiratoires;
— les effets des appareils de protection respiratoire sur les échanges thermiques globaux du corps.
Les informations fournies représentent les données relatives à des hommes et des femmes adultes, en
bonne santé, âgé.es de 20 ans à 60 ans.
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu'ils constituent, pour tout ou partie de leur
contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l'édition citée s'applique.
Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les
éventuels amendements).
ISO 11079, Ergonomie des ambiances thermiques — Détermination et interprétation de la contrainte liée
au froid en utilisant l'isolement thermique requis du vêtement (IREQ) et les effets du refroidissement local
ISO 13732-1, Ergonomie des ambiances thermiques — Méthodes d'évaluation de la réponse humaine au
contact avec des surfaces — Partie 1: Surfaces chaudes
ISO 13732-3, Ergonomie des ambiances thermiques — Méthodes d'évaluation de la réponse humaine au
contact avec des surfaces — Partie 3: Surfaces froides
ISO 16972, Appareils de protection respiratoire — Vocabulaire et symboles graphiques
3 Termes, définitions et abréviations
3.1 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l'ISO 16972 ainsi que les
suivants s'appliquent.
1
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ISO 16976-5:2023(F)
L'ISO et l'IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l'adresse https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: disponible à l'adresse https:// www .electropedia .org/
3.1.1
clo
unité utilisée pour exprimer l’isolation thermique d'un vêtement
2
Note 1 à l'article: 1 clo est égal à 0,155 K m /W.
3.1.2
isolation thermique requise
IREQ
isolation thermique d'un vêtement, requise pour maintenir l'équilibre thermique du corps aux niveaux
d'une astreinte physiologique définis
[SOURCE: ISO 11079:2007, 3.1.1, modifié]
Note 1 à l'article: Déterminé conformément à l'ISO 11079.
3.1.3
astreinte thermique prévisible
PHS
détermination analytique et interprétation de la contrainte thermique (en termes de perte hydrique et
de température rectale) subie par une personne moyenne dans des environnements thermiques chauds
Note 1 à l'article: Déterminé conformément à l'ISO 7933.
3.2 Abréviations et symboles
APR Appareil de protection respiratoire
ARI Appareil respiratoire isolant autonome
EPI Équipements de protection individuelle
IREQ Isolation thermique requise
PHS Astreinte thermique prévisible (predicted heat strain)
PMV Vote moyen prévisible (predicted mean vote)
PPD Pourcentage prévisible d'insatisfaits (predicted percentage dissatisfied)
T Température ambiante (température de l'air autour du corps ou de l'air inhalé)
a
T Température de contact (température de l'interface entre la peau et la surface en contact)
c
T Température de surface (température de la surface en contact avec la peau)
s
4 Effets thermiques locaux
4.1 Généralités
Les effets de la chaleur et du froid décrits dans le présent document varieront en fonction de la
sensibilité individuelle.
2
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ISO 16976-5:2023(F)
Il convient de prêter attention aux échelles d'évaluation données dans l'ISO 8996.
4.2 Effets d'un contact cutané avec l'APR
Un transfert de chaleur par conduction s'effectue par le biais des mains lors de la manipulation de
l'équipement et par le biais du visage, de la tête et du torse pendant l'utilisation réelle de l'équipement.
Compte tenu de leur nature particulière, les parties de l'APR sont en contact plus ou moins direct avec
la peau nue, par exemple du visage. Dans les zones de contact, les échanges thermiques seront affectés.
L'ampleur de cet effet dépend de la pression de contact, de la structure des surfaces, des dimensions de
la surface de contact, de la masse de matériau en contact, des conditions thermiques et des propriétés
thermiques des matériaux en contact.
Les matériaux utilisés dans les APR sont pour la plupart des matériaux à faible transfert thermique par
conduction. Les parties métalliques font exception, notamment lorsqu'elles ne sont pas isolées.
Dans des environnements extrêmement chauds ou froids, les conditions ambiantes peuvent chauffer ou
refroidir l'APR ou des parties de celui-ci, augmentant ainsi le risque d'un effet thermique sur la peau.
L'appréciation du risque de refroidissement ou d'échauffement de la peau nue par contact doit être
fondée sur:
— l'ISO 13732-1, pour les surfaces chaudes; et
— l'ISO 13732-3, pour les surfaces froides.
Les valeurs d'exposition et les critères utilisés dans les figures ci-dessous sont basés sur des contacts
avec la surface de la peau des mains ou du corps. La peau du visage étant vraisemblablement plus
sensible, notamment à l'inconfort, il convient d'utiliser des valeurs plus conservatives.
4.3 Surfaces chaudes
L'ISO 13732-1 fournit des informations complètes sur le risque de contact de la peau nue avec différents
types de matériaux à différentes températures. La Figure 1 représente les températures de surface
d'un aluminium poli qui peuvent provoquer des brûlures de la peau. Cette condition semble être le cas
le plus grave, mais d'autres métaux, tels que l'acier et le cuivre, peuvent être aussi dangereux à des
températures équivalentes ou légèrement plus élevées. Pour d'autres matériaux comme le plastique, le
verre et la céramique, une température beaucoup plus élevée est nécessaire pour provoquer des lésions
de la peau nue.
Pour ces matériaux, la zone 3 «surface sûre» de la Figure 1 s'étend alors jusqu'à la ligne 4, c'est-à-dire la
limite supérieure.
3
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Légende
t temps, en s
T température de surface, en °C
s
1 zone 1 indique un risque élevé de brûlure de la peau
2 zone 2 indique un risque possible de brûlure de la peau
3 zone 3 indique des températures de surface sûres
4 limite supérieure
5 limite inférieure
Figure 1 — Température de surface d'un aluminium poli qui peut provoquer des brûlures de la
peau
Un APR est susceptible d'être utilisé pendant une courte durée, indiquée en minutes, ou pendant une
durée prolongée, indiquée en heures. Le Tableau 1 indique les seuils de brûlure pour des durées de
contact supérieures ou égales à 1 min pour différents matériaux (modifié par rapport à l'ISO 13732-1).
Les valeurs s'appliquent à des surfaces de contact inférieures à 10 % de la surface corporelle, il convient
donc qu'elles soient applicables à la plupart des APR.
Tableau 1 — Seuil de brûlure pour des durées de contact supérieures ou égales à 1 min
1 min 10 min 8 h et plus
Matériau
°C
Métal non revêtu 51
Métal revêtu 51
Céramique, verre et pierre 56 48 43
Matières plastiques 60
Bois 60
4.4 Surfaces froides
L'ISO 13732-3 fournit des informations détaillées sur l'évaluation des effets de refroidissement sur la
peau en contact avec différents types de surfaces froides. Des informations sont données pour cinq
types de matériaux: aluminium, acier, pierre, plastique et bois. Pour chacun de ces matériaux, trois
critères de refroidissement sont appliqués.
4
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ISO 16976-5:2023(F)
Comme avec une surface chaude, le contact d'une petite surface de peau avec des éléments métalliques
froids peut entraîner un refroidissement rapide de la peau et finalement une gelure locale. Les Figures 2
et 3 représentent les courbes de refroidissement obtenues lorsque le bout du doigt touche des surfaces
d'acier et d'aluminium à des températures de −20 °C, −30 °C et −40 °C. La température de contact, T ,
c
qui est probablement très proche de la température de surface de la peau, chute au-dessous de 0 °C en
quelques secondes lors du contact avec les surfaces métalliques (voir Figures 2 et 3). Le risque de voir
apparaître une gelure locale est hautement probable.
[6]
Des études ont montré que:
— le refroidissement jusqu'à une température de la peau de 0 °C est associé à un risque imminent de
gel des tissus (gelure);
— le refroidissement jusqu'à une température de la peau de +7 °C est associé à l'apparition graduelle
d'un engourdissement;
— le refroidissement jusqu'à une température de la peau de +15 °C est associé à l'apparition d'une
douleur.
Légende
t temps, en s
T température de contact, en °C
c
1 −20 °C
2 −30 °C
3 −40 °C
Figure 2 — Variation de la T d'un doigt en contact avec des surfaces métalliques à des
c
températures de −20 °C, −30 °C et −40 °C
5
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Légende
t temps, en s
T température de contact, en °C
c
1 −20 °C
2 −30 °C
3 −40 °C
Figure 3 — Variation de la T d'un doigt en contact avec des surfaces d'aluminium à des
c
températures de −20 °C, −30 °C et −40 °C
Les Figures 4 à 6 représentent la température de surface d'un matériau spécifique susceptible de
[6]
provoquer les différents types d'effets de refroidissement .
6
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EXEMPLE Les courbes de la Figure 4 montrent que tenir une pièce d'aluminium (courbe n° 1) à 0 °C est
susceptible d'entraîner une gelure au bout de 45 s environ; avec une pierre (courbe n° 3) à −10 °C, la gelure se
produirait au bout de 70 s environ.
Légende
t durée de contact, en s
T température de surface, en °C
s
1 aluminium
2 acier
3 pierre
Figure 4 — Seuil de gelure: température de surface acceptable en fonction du temps pour que T
c
atteigne 0 °C (durée de contact du doigt avec les surfaces froides entre 0,5 s et 100 s)
EXEMPLE Les courbes de la Figure 5 montrent que tenir un morceau de bois (courbe n° 5) à −30 °C est
susceptible d'entraîner un engourdissement au bout de 90 s environ; avec une pièce en acier (courbe n° 2) à −5 °C,
l'engourdissement surviendrait au bout de 5 s environ.
Légende
t durée de contact, en s
T température de surface, en °C
s
1 aluminium
2 acier
3 pierre
4 nylon
5 bois
Figure 5 — Seuil d’engourdissement: température de surface acceptable en fonction du temps
pour que T atteigne 7 °C (durée de contact du doigt avec les surfaces froides entre 0,5 s et 100 s)
c
7
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Légende
t durée de contact, en s
T température de surface, en °C
s
1 aluminium
2 acier
3 pierre
4 nylon
5 bois
Figure 6 — Seuil de douleur: température de surface acceptable en fonction du temps pour
que T atteigne 15 °C (durée de contact du doigt avec les surfaces froides entre 0,5 s et 100 s)
c
4.5 Effets du gaz respiré inhalé sur les voies respiratoires et les tissus pulmonaires
4.5.1 Fonctionnement général du masque
Pendant la respiration, une fonction d'échange thermique existe également pour l'APR. On observe,
au moins au début, un effet de refroidissement de l'air chaud et un effet d'échauffement de l'air froid.
Cet effet n'est pas bien connu et dépend du type d'appareil, du matériau, du niveau d'activité et des
conditions ambiantes. Par exemple, l'utilisation d'air comprimé à haute pression ne devrait présenter
aucun problème dans l'air chaud car l'air est refroidi à la sortie du tube pendant sa détente. Par contre,
un APR dont le fonctionnement est basé sur une réaction chimique peut poser un problème car le gaz
respiré est chauffé par le procédé chimique.
Le gaz respiré inhalé a une faible masse volumique et une faible capacité thermique. La structure
anatomique et physiologique des voies respiratoires, en particulier des voies respiratoires supérieures,
présente des caractéristiques importantes pour le maintien de la chaleur et de l'humidité du corps et
l'atténuation d'un refroidissement ou d'un échauffement lié à l'environnement.
4.5.2 Effets provoqués par un gaz respiré chaud
À des températures très élevées, le gaz respiré inhalé peut provoquer une sensation douloureuse et
finalement une brûlure des tissus. Pendant de courtes expositions, la respiration nasale devient
difficile à une température ambiante du gaz respiré sec inhalé de 125 °C. La respiration buccale devient
difficile à une température ambiante du gaz respiré sec inhalé de 150 °C. Un gaz respiré inhalé humide
8
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augmentera les échanges thermiques et réduira de façon significative la durée de tolérance à hautes
températures. Un gaz respiré inhalé saturé d'eau à une température de 60 °C à 70 °C accroît l'inconfort
au repos (sauna) et sera intolérable pendant des durées prolongées en cours d'activité.
Avec un APR, il est probable que les températures tolérables soient beaucoup moins élevées en raison
des périodes d'exposition plus longues et des régimes de ventilation plus élevés. Un gaz respiré inhalé
chaud ou très chaud chauffera aussi l'interface respiratoire, contribuant ainsi à un apport local de
chaleur par conduction dans la zone visage/tête.
On sait qu'à des températures d'inhalation et une humidité relative élevées, une irritation des tissus
pulmonaires et des voies respiratoires peut se produire. Par exemple, à des niveaux de température
de 100 °C et une humidité relative inférieure à 20 % pour une «activité légère» ou à 70 °C et une
humidité relative inférieure à 70 % pour une «activité modérée», ou encore à 40 °C et une humidité
relative jusqu'à 100 % pour une «activité très intense», l'apparition d'une irritation n'est pas à exclure;
voir Tableau 2.
Tableau 2 — Hautes températures se rapportant à des effets sensoriels
Métabolisme énergé-
Niveau d'humidité relative
tique moyen
Classe Activité
2
W/m ≤ 20 % ≤ 70 % ≤ 100 %
1 Repos 65
2 Activité légère 100 90 70 50
3 Activité modérée 165
4 Activité intense 230
5 Activité très intense 290
6 Activité très très intense (2 h) 400 80 65 45
7 Activité extrêmement intense (15 min) 475
8 Activité maximale (5 min) 600
4.5.3 Effets provoqués par un gaz respiré froid
À de très basses températures, un gaz respiré inhalé refroidit les voies respiratoires, entraînant
finalement une bronchoconstriction et une irritation épithéliale. Les symptômes peuvent être une toux
et des réactions de type asthmatique.
L'ISO 11079 suggère les valeurs limites de température suivantes pour un gaz respiré inhalé froid.
Les faibles valeurs d'astreinte se rapportent à des effets de type plus sensoriel, tel qu'un inconfort. Le
niveau élevé d'astreinte indique des valeurs pouvant provoquer une irritation, une toux et finalement
des effets sur la santé à long terme, tels que des symptômes asthmatiques.
Un gaz respiré circulant dans un APR à d'aussi basses températures n'est pas vraiment susceptible
de provoquer des lésions car l'interface respiratoire elle-même agira comme une sorte d'échangeur
thermique et réchauffera dans une certaine mesure le gaz respiré inhalé.
On sait qu'à des températures d'inhalation et une humidité relative faibles, une irritation des tissus
pulmonaires et des voies respiratoires peut se produire, voir Tableau 3.
EXEMPLE À un niveau de température d'inhalation de −40 °C pour une «activité légère» ou de −30 °C pour
une «activité modérée», ou encore de −20 °C pour une «activité très intense», une irritation peut se produire.
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ISO 16976-5:2023(F)
Tableau 3 — Basses températures d'inhalation se rapportant à des effets sensoriels
Température
Métabolisme
d’inhalation à un
Classe Activité énergétique
niveau d’humidité
moyen
relative ≤ 20 %
2
W/m °C
1 Repos 65
−40
2 Activité légère 100
3 Activité modérée 165 −30
4 Activité intense 230
−20
5 Activité très intense 290
6 Activité très très intense (2 h) 400
−30
7 Activité extrêmement intense (15 min) 475
8 Activité maximale (5 min) 600 −40
NOTE Les limites de temps pour les classes 6 à 8 s'expliquent par les capacités limitées d'activité
physique des personnes à ces niveaux élevés (voir l'ISO 16976-1).
5 Effets sur l'équilibre thermique du corps entier
Les échanges thermiques entre le corps et l'environnement se produisent essentiellement par le
biais du système respiratoire et de la peau. Les échanges thermiques respiratoires comprennent des
composantes de convection et des composantes d'évaporation.
5.1 Échanges thermiques respiratoires
La perte de chaleur par respiration représente 5 % à 15 % de la perte de chaleur du corps selon le
niveau d'activité. Le transfert thermique vers l'air chaud ou froid dans les voies respiratoires est
contrôlé dans une certaine mesure, en particulier avec la respiration nasale. En cas d'activité modérée à
intense, la respiration buccale est nécessaire et les échanges de chaleur et d'humidité deviennent moins
efficaces. Dans le froid, cela augmente la perte de chaleur par respiration, et dans la chaleur, cela réduit
la perte de chaleur par respiration. Par contre, le masque respiratoire, un filtre et l'espace mort peuvent
amortir dans une certaine mesure l'effet immédiat des températures ambiantes. En cas de forte chaleur
et d'humidité élevée, le masque porté peut accentuer l'effet. L'ampleur de ces effets n'est pas connue.
Les échanges thermiques respiratoires peuvent être décrits en fonction de la ventilation minute et de la
différence de température entre l'air inhalé et l'air expiré.
Les Formules (1) à (3) suivantes, empiriques, ont été proposées:
EM=−0,(0173 pp ) (1)
resexa
CM=−0,(001 4 tt ) (2)
resexa
tt=+29 02, (3)
ex a
où
2
E représente les échanges thermiques par évaporation, en W/m ;
res
2
C représente les échanges thermiques respiratoires par convection, en W/m ;
res
2
M est le métabolisme énergétique, en W/m ;
10
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ISO 16976-5:2023(F)
p est la pression de vapeur d'eau de l'air expiré, en kPa;
ex
p est la pression de vapeur d'eau ambiante, en kPa.
a
Il est supposé que l'air expiré est saturé d'eau et a une température, t , qui est reliée à la température
ex
(ambiante) inspirée, t , par la Formule (3).
a
Les échanges thermiques par convection sont normalement relativement faibles mais peuvent
s'amplifier de manière sensible dans certaines circonstances. La perte de chaleur par respiration ayant
lieu par évaporation est généralement supérieure à la composante par convection. Un APR utilisant de
l'air comprimé comme source peut fournir un air froid et sec. Cela peut se révéler avantageux dans des
environnements chauds, mais désavantageux dans des conditions froides.
Dans des conditions où un APR peut provoquer une augmentation des niveaux de CO inhalé, la
2
ventilation peut augmenter, accroissant ainsi la perte de chaleur par respiration (voir l'ISO 16976-3).
Dans des environnements hyperbares, les échanges thermiques respiratoires augmentent
proportionnellement à l'augmentation de la pression ambiante. En plongée sous-marine, un chauffage
de l'air peut être nécessair
...
Style Definition: Heading 1: Indent: Left: 0 pt, First line:
ISO 16976-5:2023(E)
0 pt, Tab stops: Not at 21.6 pt
Style Definition: Heading 2: Font: Bold, Tab stops: Not at
Date: 2023-01-12xx
18 pt
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ISO/TC 94/SC 15/WG 5
Style Definition: Heading 4: Font: Bold
Secretariat: SA
Style Definition: Heading 5: Font: Bold
Style Definition: Heading 6: Font: Bold
Respiratory protective devices — Human factors — Part 5: Thermal effects
Style Definition: ANNEX
Appareils de protection respiratoire — Facteurs humains — Partie 5: Effets thermique Style Definition: AMEND Terms Heading: Font: Bold
Style Definition: AMEND Heading 1 Unnumbered: Font:
Bold
Formatted: French (Switzerland)
Formatted: French (Switzerland)
Formatted: French (Switzerland)
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ISO 16976-5:2023(E)
© ISO 2023 Commented [eXtyles1]: The reference is to a withdrawn
standard which has been replaced
All rights reserved. Unless otherwise specified, no part of this publication may be reproduced or
ISO 20344, Personal protective equipment — Test methods
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for footwear
or posting on the internet or an intranet, without prior written permission. Permission can be
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requester.
ISO copyright office
Ch. de Blandonnet 8 • CP 401
CH-1214 Vernier, Geneva, Switzerland
Tel. + 41 22 749 01 11
Fax + 41 22 749 09 47
copyright@iso.org
www.iso.org
www.iso.org
ii © ISO 2023 – All rights reserved
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ISO 16976-5:2023(E)
Contents Page
Foreword . 4iv
Introduction . 5v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms, definitions and abbreviations . 1
3.1 Terms and definitions . 1
3.2 Abbreviated terms and symbols . 2
4 Local thermal effects . 2
4.1 General . 2
4.2 Effects on skin contact by the RPD . 2
4.3 Hot surfaces . 3
4.4 Cold surfaces . 4
4.5 Effects of inhaled breathable gas to, airways and lung tissues . 8
4.5.1 General mask function . 8
4.5.2 Effects caused by hot breathable gas. 8
4.5.3 Effect caused by cold breathable gas . 8
5 Effects on whole body heat balance . 9
5.1 Respiratory heat exchange . 9
5.2 Skin surface heat exchange . 10
5.3 Increased metabolic rate . 11
5.4 Thermoneutral conditions . 11
5.5 Heat stress . 11
5.6 Cold stress . 13
Bibliography. 14
© ISO 2023 – All rights reserved iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 16976-5:2023(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/directiveswww.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/patentswww.iso.org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the World
Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see
www.iso.org/iso/foreword.htmlwww.iso.org/iso/foreword.html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 94, Personal safety — Personal protective
equipment, Subcommittee SC 15, Respiratory protective devices.
This first edition of ISO 16976-5 cancels and replaces the second edition (ISO/TS 16976-5:2020), which Formatted: Pattern: Clear
has been technically revised.
Formatted: Pattern: Clear
Formatted: Pattern: Clear
The main changes are as follows:
Formatted: Pattern: Clear
— requirements more specified.
Formatted: Pattern: Clear
Formatted: Pattern: Clear
A list of all parts in the ISO/TS 16976 series can be found on the ISO website.
Formatted: Pattern: Clear
Formatted: Pattern: Clear
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
Formatted: Pattern: Clear
www.iso.org/members.htmlwww.iso.org/members.html.
Formatted: Pattern: Clear
Formatted: Pattern: Clear
Formatted: Pattern: Clear
iv © ISO 2023 – All rights reserved
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ISO 16976-5:2023(E)
Introduction
For an appropriate design, selection and use of respiratory protective devices, basic physiological
demands of the user should be considered. The function of a respiratory protective device, the way it is
designed and used and the properties of its material can have a thermal effect on the human body.
This document belongs to a series of documents providing basic physiological and anthropometric data
on humans. It contains information about thermal effects associated with wearing respiratory protective
devices.
© ISO 2023 – All rights reserved v
---------------------- Page: 5 ----------------------
INTERNATIONAL STANDARD ISO 16976-5:2023(E)
Formatted: Left
Respiratory protective devices — Human factors —
Part 5:
Thermal effects
1 Scope
This document is one part of a series of Technical SpecificationsInternational Standards that provide
information on factors related to human anthropometry, physiology, ergonomics and performance for
the preparation of standards for design, testing and use of respiratory protective devices. This document
contains information related to thermal effects of respiratory protective devices on the human body. In
particular information is given for:
— temperatures of surfaces associated with discomfort sensation and harmful effects on human tissues;
— thermal effects of breathing gas temperatures on lung airways and tissues;
— effects of breathing gas temperature and humidity on respiratory heat exchange;
— effects of respiratory protective devices on overall body heat exchange.
The information represents data for adult healthy men and women in the age 20 years to 60 years.
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 11079, Ergonomics of the thermal environment — Determination and interpretation of cold stress
Formatted: Pattern: Clear
when using required clothing insulation (IREQ) and local cooling effects
Formatted: Pattern: Clear
Formatted: Pattern: Clear
ISO 13732-1, Ergonomics of the thermal environment — Methods for the assessment of human
Formatted: Pattern: Clear
responses to contact with surfaces — Part 1: Hot surfaces
Formatted: Pattern: Clear
ISO 13732-3, Ergonomics of the thermal environment — Methods for the assessment of human
Formatted: Pattern: Clear
responses to contact with surfaces — Part 3: Cold surfaces
Formatted: Pattern: Clear
Formatted: Pattern: Clear
ISO 16972, Respiratory protective devices — Vocabulary and graphical symbols
Formatted: Pattern: Clear
ISO 16972, Respiratory protective devices — Vocabulary and graphical symbols
Formatted: Pattern: Clear
Formatted: Pattern: Clear
3 Terms, definitions and abbreviations
3.1 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 16972 and the following apply.
Formatted: Pattern: Clear
Formatted: Pattern: Clear
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https://www.iso.org/obphttps://www.iso.org/obp
© ISO 2023 – All rights reserved 1
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO 16976-5:2023(E)
— IEC Electropedia: available at https://www.electropedia.org/https://www.electropedia.org/
3.1.1
clo
unit for the expression of the thermal insulation of clothing
2
Note 1 to entry: 1 clo is equal to 0,155 K m /W.
3.1.2
insulation required Commented [eXtyles4]: The term "insulation required"
has not been used anywhere in this document
IREQ
required clothing insulation for the preservation of body heat balance at defined levels of physiological
strain
[SOURCE: ISO 11079:2007, 3.1.1] Formatted: Pattern: Clear
Formatted: Pattern: Clear
Note 1 to entry: As determined according to ISO 11079.
Formatted: Pattern: Clear
Formatted: Pattern: Clear
3.1.3
predicted heat strain
Formatted: Pattern: Clear
PHS
Formatted: Pattern: Clear
analytical determination and interpretation of the thermal stress (in terms of water loss and rectal
temperature) experienced by an average person in hot environments
Note 1 to entry: As determined according to ISO 7933.
Formatted: Pattern: Clear
Formatted: Pattern: Clear
3.2 Abbreviated terms and symbols
IREQ Insulation required
PHS Predicted heat strain
PPE Personal protective equipment
PMV Predicted mean vote
PPD Predicted percentage dissatisfied
RPD Respiratory protective device
SCBA Self-contained breathing apparatus
T Surface temperature (temperature of the surface contacted by skin)
s
Ta Ambient temperature (temperature of the air surrounding the body or inhaled)
T Contact temperature (temperature of the interface between skin and contacted surface)
c
4 Local thermal effects
4.1 General
The effects of heat and cold described in this document will vary according to individual sensitivity.
Notice should be taken of the assessment scales given in ISO 8996.
Formatted: Pattern: Clear
Formatted: Pattern: Clear
4.2 Effects on skin contact by the RPD
Heat transfer by conduction takes place via the hands when handling the equipment and via face, head
and torso during the actual use of the equipment.
2 © ISO 2023 – All rights reserved
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ISO 16976-5:2023(E)
Parts of RPD are, by their very nature, in more or less direct contact with naked human skin, e.g. the face.
In contact areas heat exchange will be affected. The magnitude of this effect is dependent on contact
pressure, structure of surfaces, size of contact area, mass of material in contact, thermal conditions and
thermal properties of materials in contact.
Materials used in RPD are mostly made of materials with low conductive heat transfer properties.
Exceptions are metal parts, in particular, if they are not insulated.
In extreme hot or cold environments, the ambient conditions can heat or cool the RPD or parts of it,
thereby increasing the risk of a thermal effect on the skin.
A risk assessment of contact cooling or heating of the bare skin shall be based on
— ISO 13732-1, for hot surfaces, and Formatted: Pattern: Clear
Formatted: Pattern: Clear
— ISO 13732-3, for cold surfaces.
Formatted: Pattern: Clear
Formatted: Pattern: Clear
Exposure values and criteria used in the figures below are based on hand or body skin surface contacts.
Face skin is likely to be more sensitive in particular to discomfort and more conservative values should
Formatted: Pattern: Clear
be used.
Formatted: Pattern: Clear
4.3 Hot surfaces
ISO 13732-1 provides comprehensive information about the risk of bare skin contacting different types Formatted: Pattern: Clear
of materials at different temperatures. Figure 1 shows surface temperatures of polished aluminium metal
Formatted: Pattern: Clear
that can cause skin burns. This condition appears to be the most severe case, but other metals such as
Formatted: Pattern: Clear
steel and copper can be as harmful at similar or slightly higher temperatures. Other materials like plastic,
Formatted: Pattern: Clear
glass and ceramics require considerably higher temperature to cause harm to bare skin.
For these materials the zone 3 “safe surface” in Figure 1 moves up to the line 4, i.e. upper limit.
Formatted: Pattern: Clear
16976-5_ed1fig1.EPS
Key
t time, in s
Ts surface temperature, in °C
1 zone 1 indicates a high risk of skin burn
2 zone 2 indicates a possible risk of skin burn
3 zone 3 indicates safe surface temperatures
4 upper limit
© ISO 2023 – All rights reserved 3
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ISO 16976-5:2023(E)
5 lower limit
Figure 1 — Surface temperature of polished aluminium metal that can cause skin burns
RPD is likely to be used for short duration timed in minutes and longer duration timed in hours. Table 1 Formatted: Pattern: Clear
indicates burn thresholds for contact periods of 1 min and longer for different materials (modified from
ISO 13732-1). Values apply for contact areas that are less than 10 % of the body surface, so they should
Formatted: Pattern: Clear
apply for most RPD.
Formatted: Pattern: Clear
Table 1 — Burn threshold for contact periods of 1 min and longer
Formatted: Pattern: Clear
1 min 10 min 8 h and longer
Material
°C
Uncoated metal 51
Coated metal 51
Ceramics, glass and stone materials 56 48 43
Plastics 60
Wood 60
4.4 Cold surfaces
ISO 13732-3 provides detailed information about the assessment of cooling effects on skin in contact with Formatted: Pattern: Clear
various types of cold surfaces. Information is given about five types of materials: aluminium, steel, stone,
Formatted: Pattern: Clear
plastic and wood. For each of the materials three criteria for cooling are applied.
Formatted: Pattern: Clear
As with a hot surface contact with a small skin surface area with cold, metallic goods can rapidly cool the
skin and eventually result in local frostbite. Figure 2 and 3 show cooling curves obtained with the Formatted: Pattern: Clear
fingertip touching surfaces of steel and aluminium at temperature of −20 °C, −30 °C and −40 °C. The
contact temperature, T , which is likely to be very close to the skin surface temperature drops to below
c
0 °C within few seconds when touching the metallic surfaces (see Figure 2 and 3). The risk of developing
Formatted: Pattern: Clear
local frostbite is highly probable.
[6]
Studies have shown that:
Formatted: Pattern: Clear
— Cooling to a skin temperature of 0 °C is associated with an imminent risk of tissue freezing “frostbite”.
— Cooling to a skin temperature of +7 °C is associated with the gradual development of numbness.
— Cooling to a skin temperature of +15 °C is associated with the experience of pain.
16976-5_ed1fig2.EPS
4 © ISO 2023 – All rights reserved
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ISO 16976-5:2023(E)
Key
t time, in s
Tc contact temperature, in °C
1 −20 °C
2 −30 °C
3 −40 °C
Figure 2 — Change in T of finger in contact with steel surfaces at temperatures of −20 °C, −30 °C Formatted: Font: Not Bold
c
and −40 °C
Formatted: Font: Not Bold
16976-5_ed1fig3.EPS
Key
t time, in s
T contact temperature, in °C
c
1 −20 °C
2 −30 °C
3 −40 °C
Figure 3 — Change in T of finger in contact with aluminium surfaces at temperatures of −20 °C,
c Formatted: Font: Not Bold
−30 °C and −40 °C
Formatted: Font: Not Bold
Figure 4 to Figure 6 show the surface temperature of a specific material that might cause the different Formatted: Pattern: Clear
[6]
type of cooling effects .
Formatted: Pattern: Clear
Formatted: Pattern: Clear
16976-5_ed1fig4.EPS
© ISO 2023 – All rights reserved 5
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ISO 16976-5:2023(E)
EXAMPLE The information given in Figure 4 shows that when holding a piece of aluminium (key 1) at 0 °C
Formatted: Pattern: Clear
frostbite would result after about 45 s, whilst holding a piece of stone (key 3) at −10 °C frostbite would result in
about 70 s.
Key
t contact duration, in s
Ts surface temperature, in °C
1 aluminium
2 steel
3 stone
Figure 4 — Frostbite threshold: acceptable surface temperature as a function of time for T to Formatted: Font: Not Bold
c
reach 0 °C (finger touching the cold surfaces between 0,5 s and 100 s)
Formatted: Font: Not Bold
16976-5_ed1fig5.EPS
6 © ISO 2023 – All rights reserved
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ISO 16976-5:2023(E)
EXAMPLE The information given in Figure 5 shows that when holding a piece of wood (key 5) at −30 °C numbness
Formatted: Pattern: Clear
would result after about 90 s, whilst holding a piece of steel (key 2) at −5 °C numbness would result in about 5 s.
Key
t contact duration, in s
T surface temperature, in °C
s
1 aluminium
2 steel
3 stone
4 nylon
5 wood
Figure 5 — Numbness threshold: acceptable surface temperature as a function of time for Tc to Formatted: Font: Not Bold
reach 7 °C (finger touching the cold surfaces between 0,5 s and 100 s)
Formatted: Font: Not Bold
16976-5_ed1fig6.EPS
Key
t contact duration, in s
Ts surface temperature, in °C
1 aluminium
2 steel
3 stone
4 nylon
5 wood
Figure 6 — Pain threshold: acceptable surface temperature as a function of time for T to reach Formatted: Font: Not Bold
c
15 °C (finger touching the cold surfaces between 0,5 s and 100 s)
Formatted: Font: Not Bold
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ISO 16976-5:2023(E)
4.5 Effects of inhaled breathable gas to, airways and lung tissues
4.5.1 General mask function
During respiration there is a heat exchange function also for the RPD. There is at least initially a cooling
effect on hot air and a warming effect
...
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 16976-5
First edition
Respiratory protective devices —
Human factors —
Part 5:
Thermal effects
Appareils de protection respiratoire — Facteurs humains —
Partie 5: Effets thermiques
PROOF/ÉPREUVE
Reference number
ISO 16976-5:2023(E)
© ISO 2023
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ISO 16976-5:2023(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
© ISO 2023
All rights reserved. Unless otherwise specified, or required in the context of its implementation, no part of this publication may
be reproduced or utilized otherwise in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting on
the internet or an intranet, without prior written permission. Permission can be requested from either ISO at the address below
or ISO’s member body in the country of the requester.
ISO copyright office
CP 401 • Ch. de Blandonnet 8
CH-1214 Vernier, Geneva
Phone: +41 22 749 01 11
Email: copyright@iso.org
Website: www.iso.org
Published in Switzerland
ii
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ISO 16976-5:2023(E)
Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms, definitions and abbreviations . 1
3.1 Terms and definitions . 1
3.2 Abbreviated terms and symbols. 2
4 Local thermal effects .2
4.1 General . 2
4.2 Effects on skin contact by the RPD . 2
4.3 Hot surfaces. 3
4.4 Cold surfaces . 4
4.5 Effects of inhaled breathable gas to, airways and lung tissues . 8
4.5.1 General mask function . 8
4.5.2 Effects caused by hot breathable gas . 8
4.5.3 Effect caused by cold breathable gas . 9
5 Effects on whole body heat balance .10
5.1 Respiratory heat exchange . 10
5.2 Skin surface heat exchange . 11
5.3 Increased metabolic rate . 11
5.4 Thermoneutral conditions . 12
5.5 Heat stress .12
5.6 Cold stress . 13
Bibliography .15
iii
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---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 16976-5:2023(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to
the World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see
www.iso.org/iso/foreword.html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 94, Personal safety — Personal protective
equipment, Subcommittee SC 15, Respiratory protective devices.
This first edition of ISO 16976-5 cancels and replaces the second edition (ISO/TS 16976-5:2020), which
has been technically revised.
The main changes are as follows:
— requirements more specified.
A list of all parts in the ISO/TS 16976 series can be found on the ISO website.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www.iso.org/members.html.
iv
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ISO 16976-5:2023(E)
Introduction
For an appropriate design, selection and use of respiratory protective devices, basic physiological
demands of the user should be considered. The function of a respiratory protective device, the way it is
designed and used and the properties of its material can have a thermal effect on the human body.
This document belongs to a series of documents providing basic physiological and anthropometric
data on humans. It contains information about thermal effects associated with wearing respiratory
protective devices.
v
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 16976-5:2023(E)
Respiratory protective devices — Human factors —
Part 5:
Thermal effects
1 Scope
This document is one part of a series of International Standards that provide information on factors
related to human anthropometry, physiology, ergonomics and performance for the preparation of
standards for design, testing and use of respiratory protective devices. This document contains
information related to thermal effects of respiratory protective devices on the human body. In
particular information is given for:
— temperatures of surfaces associated with discomfort sensation and harmful effects on human
tissues;
— thermal effects of breathing gas temperatures on lung airways and tissues;
— effects of breathing gas temperature and humidity on respiratory heat exchange;
— effects of respiratory protective devices on overall body heat exchange.
The information represents data for adult healthy men and women in the age 20 years to 60 years.
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 11079, Ergonomics of the thermal environment — Determination and interpretation of cold stress
when using required clothing insulation (IREQ) and local cooling effects
ISO 13732-1, Ergonomics of the thermal environment — Methods for the assessment of human responses to
contact with surfaces — Part 1: Hot surfaces
ISO 13732-3, Ergonomics of the thermal environment — Methods for the assessment of human responses to
contact with surfaces — Part 3: Cold surfaces
ISO 16972, Respiratory protective devices — Vocabulary and graphical symbols
3 Terms, definitions and abbreviations
3.1 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 16972 and the following apply.
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at https:// www .electropedia .org/
1
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ISO 16976-5:2023(E)
3.1.1
clo
unit for the expression of the thermal insulation of clothing
2
Note 1 to entry: 1 clo is equal to 0,155 K m /W.
3.1.2
insulation required
IREQ
required clothing insulation for the preservation of body heat balance at defined levels of physiological
strain
[SOURCE: ISO 11079:2007, 3.1.1]
Note 1 to entry: As determined according to ISO 11079.
3.1.3
predicted heat strain
PHS
analytical determination and interpretation of the thermal stress (in terms of water loss and rectal
temperature) experienced by an average person in hot environments
Note 1 to entry: As determined according to ISO 7933.
3.2 Abbreviated terms and symbols
IREQ Insulation required
PHS Predicted heat strain
PPE Personal protective equipment
PMV Predicted mean vote
PPD Predicted percentage dissatisfied
RPD Respiratory protective device
SCBA Self-contained breathing apparatus
T Surface temperature (temperature of the surface contacted by skin)
s
T Ambient temperature (temperature of the air surrounding the body or inhaled)
a
T Contact temperature (temperature of the interface between skin and contacted surface)
c
4 Local thermal effects
4.1 General
The effects of heat and cold described in this document will vary according to individual sensitivity.
Notice should be taken of the assessment scales given in ISO 8996.
4.2 Effects on skin contact by the RPD
Heat transfer by conduction takes place via the hands when handling the equipment and via face, head
and torso during the actual use of the equipment.
2
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ISO 16976-5:2023(E)
Parts of RPD are, by their very nature, in more or less direct contact with naked human skin, e.g. the face.
In contact areas heat exchange will be affected. The magnitude of this effect is dependent on contact
pressure, structure of surfaces, size of contact area, mass of material in contact, thermal conditions and
thermal properties of materials in contact.
Materials used in RPD are mostly made of materials with low conductive heat transfer properties.
Exceptions are metal parts, in particular, if they are not insulated.
In extreme hot or cold environments, the ambient conditions can heat or cool the RPD or parts of it,
thereby increasing the risk of a thermal effect on the skin.
A risk assessment of contact cooling or heating of the bare skin shall be based on
— ISO 13732-1, for hot surfaces, and
— ISO 13732-3, for cold surfaces.
Exposure values and criteria used in the figures below are based on hand or body skin surface contacts.
Face skin is likely to be more sensitive in particular to discomfort and more conservative values should
be used.
4.3 Hot surfaces
ISO 13732-1 provides comprehensive information about the risk of bare skin contacting different types
of materials at different temperatures. Figure 1 shows surface temperatures of polished aluminium
metal that can cause skin burns. This condition appears to be the most severe case, but other metals
such as steel and copper can be as harmful at similar or slightly higher temperatures. Other materials
like plastic, glass and ceramics require considerably higher temperature to cause harm to bare skin.
For these materials the zone 3 “safe surface” in Figure 1 moves up to the line 4, i.e. upper limit.
3
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ISO 16976-5:2023(E)
Key
t time, in s
T surface temperature, in °C
s
1 zone 1 indicates a high risk of skin burn
2 zone 2 indicates a possible risk of skin burn
3 zone 3 indicates safe surface temperatures
4 upper limit
5 lower limit
Figure 1 — Surface temperature of polished aluminium metal that can cause skin burns
RPD is likely to be used for short duration timed in minutes and longer duration timed in hours. Table 1
indicates burn thresholds for contact periods of 1 min and longer for different materials (modified from
ISO 13732-1). Values apply for contact areas that are less than 10 % of the body surface, so they should
apply for most RPD.
Table 1 — Burn threshold for contact periods of 1 min and longer
1 min 10 min 8 h and longer
Material
°C
Uncoated metal 51
Coated metal 51
Ceramics, glass and stone materials 56 48 43
Plastics 60
Wood 60
4.4 Cold surfaces
ISO 13732-3 provides detailed information about the assessment of cooling effects on skin in contact
with various types of cold surfaces. Information is given about five types of materials: aluminium, steel,
stone, plastic and wood. For each of the materials three criteria for cooling are applied.
As with a hot surface contact with a small skin surface area with cold, metallic goods can rapidly cool
the skin and eventually result in local frostbite. Figure 2 and 3 show cooling curves obtained with the
fingertip touching surfaces of steel and aluminium at temperature of −20 °C, −30 °C and −40 °C. The
contact temperature, T , which is likely to be very close to the skin surface temperature drops to below
c
4
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ISO 16976-5:2023(E)
0 °C within few seconds when touching the metallic surfaces (see Figure 2 and 3). The risk of developing
local frostbite is highly probable.
[6]
Studies have shown that:
— Cooling to a skin temperature of 0 °C is associated with an imminent risk of tissue freezing “frostbite”.
— Cooling to a skin temperature of +7 °C is associated with the gradual development of numbness.
— Cooling to a skin temperature of +15 °C is associated with the experience of pain.
Key
t time, in s
T contact temperature, in °C
c
1 −20 °C
2 −30 °C
3 −40 °C
Figure 2 — Change in T of finger in contact with steel surfaces at temperatures of −20 °C, −30 °C
c
and −40 °C
5
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Key
t time, in s
T contact temperature, in °C
c
1 −20 °C
2 −30 °C
3 −40 °C
Figure 3 — Change in T of finger in contact with aluminium surfaces at temperatures of −20 °C,
c
−30 °C and −40 °C
Figure 4 to Figure 6 show the surface temperature of a specific material that might cause the different
[6]
type of cooling effects .
6
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EXAMPLE The information given in Figure 4 shows that when holding a piece of aluminium (key 1) at 0 °C
frostbite would result after about 45 s, whilst holding a piece of stone (key 3) at −10 °C frostbite would result in
about 70 s.
Key
t contact duration, in s
T surface temperature, in °C
s
1 aluminium
2 steel
3 stone
Figure 4 — Frostbite threshold: acceptable surface temperature as a function of time for T to
c
reach 0 °C (finger touching the cold surfaces between 0,5 s and 100 s)
EXAMPLE The information given in Figure 5 shows that when holding a piece of wood (key 5) at −30 °C
numbness would result after about 90 s, whilst holding a piece of steel (key 2) at −5 °C numbness would result in
about 5 s.
Key
t contact duration, in s
T surface temperature, in °C
s
1 aluminium
2 steel
3 stone
4 nylon
5 wood
Figure 5 — Numbness threshold: acceptable surface temperature as a function of time for T to
c
reach 7 °C (finger touching the cold surfaces between 0,5 s and 100 s)
7
© ISO 2023 – All rights reserved PROOF/ÉPREUVE
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ISO 16976-5:2023(E)
Key
t contact duration, in s
T surface temperature, in °C
s
1 aluminium
2 steel
3 stone
4 nylon
5 wood
Figure 6 — Pain threshold: acceptable surface temperature as a function of time for T to reach
c
15 °C (finger touching the cold surfaces between 0,5 s and 100 s)
4.5 Effects of inhaled breathable gas to, airways and lung tissues
4.5.1 General mask function
During respiration there is a heat exchange function also for the RPD. There is at least initially a coolin
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 16976-5
Première édition
2023-03
Appareils de protection
respiratoire — Facteurs humains —
Partie 5:
Effets thermiques
Respiratory protective devices — Human factors —
Part 5: Thermal effects
PROOF/ÉPREUVE
Numéro de référence
ISO 16976-5:2023(F)
© ISO 2023
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ISO 16976-5:2023(F)
NORME ISO
INTERNATIONALE 16976-5
Première édition
2023-03
Appareils de protection
respiratoire — Facteurs humains —
Partie 5:
Effets thermiques
Respiratory protective devices — Human factors —
Part 5: Thermal effects
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
© ISO 2023
Tous droits réservés. Sauf prescription différente ou nécessité dans le contexte de sa mise en œuvre, aucune partie de cette
publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,
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être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
PROOF/ÉPREUVE
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CH-1214 Vernier, Genève
Tél.: +41 22 749 01 11
Numéro de référence
E-mail: copyright@iso.org
ISO 16976-5:2023(F)
Web: www.iso.org
Publié en Suisse
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PROOF/ÉPREUVE © ISO 2023 – Tous droits réservés
© ISO 2023
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ISO 16976-5:2023(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d'application .1
2 Références normatives .1
3 Termes, définitions et abréviations . 1
3.1 Termes et définitions . 1
3.2 Abréviations et symboles . . 2
4 Effets thermiques locaux . 2
4.1 Généralités . 2
4.2 Effets d'un contact cutané avec l'APR. 3
4.3 Surfaces chaudes . . 3
4.4 Surfaces froides . 4
4.5 Effets du gaz respiré inhalé sur les voies respiratoires et les tissus pulmonaires . 8
4.5.1 Fonctionnement général du masque . 8
4.5.2 Effets provoqués par un gaz respiré chaud . 8
4.5.3 Effets provoqués par un gaz respiré froid . 9
5 Effets sur l'équilibre thermique du corps entier .10
5.1 Échanges thermiques respiratoires . 10
5.2 Échanges thermiques au niveau de la surface de la peau . 11
5.3 Métabolisme énergétique accru .12
5.4 Conditions thermoneutres . 12
5.5 Contrainte thermique due à la chaleur .12
5.6 Contrainte thermique due au froid . 14
Bibliographie .16
iii
© ISO 2023 – Tous droits réservés PROOF/ÉPREUVE
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 16976-5:2023(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux.
L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents
critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document
a été rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2
(voir www.iso.org/directives).
L'attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l'ISO (voir www.iso.org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l'intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion
de l'ISO aux principes de l'Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: www.iso.org/iso/fr/avant-propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 94, Sécurité individuelle — Équipement
de protection individuelle, sous-comité SC 15, Appareils de protection respiratoire.
Cette première édition de l'ISO 16976-5 annule et remplace la deuxième édition (ISO/TS 16976-5:2020),
qui a fait l'objet d'une révision technique.
Les principales modifications sont les suivantes:
— les exigences sont mieux définies.
Une liste de toutes les parties de la série ISO/TS 16976 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.
iv
PROOF/ÉPREUVE © ISO 2023 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 16976-5:2023(F)
Introduction
Il convient que la conception, le choix et l'utilisation des appareils de protection respiratoire tiennent
compte des exigences physiologiques fondamentales de l'utilisateur. Le fonctionnement d'un appareil
de protection respiratoire, la manière dont il est conçu et utilisé et les propriétés du matériau dont il est
constitué peuvent avoir un effet thermique sur le corps humain.
Le présent document fait partie d'une série de documents fournissant des données physiologiques et
anthropométriques élémentaires concernant l'être humain. Il contient des informations concernant les
effets thermiques associés au port d'appareils de protection respiratoire.
v
© ISO 2023 – Tous droits réservés PROOF/ÉPREUVE
---------------------- Page: 5 ----------------------
NORME INTERNATIONALE ISO 16976-5:2023(F)
Appareils de protection respiratoire — Facteurs
humains —
Partie 5:
Effets thermiques
1 Domaine d'application
Le présent document fait partie d'une série de Normes internationales fournissant des informations
sur les facteurs liés à l'anthropométrie, à la physiologie humaine, à l'ergonomie et aux performances
en vue de l'élaboration de normes relatives à la conception, aux essais et à l'utilisation d'appareils de
protection respiratoire. Il contient des informations relatives aux effets thermiques des appareils de
protection respiratoire sur le corps humain, portant notamment sur:
— les températures de surface associées à une sensation d'inconfort et à des effets nocifs sur les tissus
humains;
— les effets thermiques des températures du gaz respiré sur les voies respiratoires et les tissus
pulmonaires;
— les effets de la température et de l'humidité du gaz respiré sur les échanges thermiques respiratoires;
— les effets des appareils de protection respiratoire sur les échanges thermiques globaux du corps.
Les informations fournies représentent les données relatives à des hommes et des femmes adultes, en
bonne santé, âgé.es de 20 ans à 60 ans.
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu'ils constituent, pour tout ou partie de leur
contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l'édition citée s'applique.
Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les
éventuels amendements).
ISO 11079, Ergonomie des ambiances thermiques — Détermination et interprétation de la contrainte liée
au froid en utilisant l'isolement thermique requis du vêtement (IREQ) et les effets du refroidissement local
ISO 13732-1, Ergonomie des ambiances thermiques — Méthodes d'évaluation de la réponse humaine au
contact avec des surfaces — Partie 1: Surfaces chaudes
ISO 13732-3, Ergonomie des ambiances thermiques — Méthodes d'évaluation de la réponse humaine au
contact avec des surfaces — Partie 3: Surfaces froides
ISO 16972, Appareils de protection respiratoire — Vocabulaire et symboles graphiques
3 Termes, définitions et abréviations
3.1 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l'ISO 16972 ainsi que les
suivants s'appliquent.
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L'ISO et l'IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l'adresse https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: disponible à l'adresse https:// www .electropedia .org/
3.1.1
clo
unité utilisée pour exprimer l’isolation thermique d'un vêtement
2
Note 1 à l'article: 1 clo est égal à 0,155 K m /W.
3.1.2
isolation thermique requise
IREQ
isolation thermique d'un vêtement, requise pour maintenir l'équilibre thermique du corps aux niveaux
d'une astreinte physiologique définis
[SOURCE: ISO 11079:2007, 3.1.1, modifié]
Note 1 à l'article: Déterminé conformément à l'ISO 11079.
3.1.3
astreinte thermique prévisible
PHS
détermination analytique et interprétation de la contrainte thermique (en termes de perte hydrique et
de température rectale) subie par une personne moyenne dans des environnements thermiques chauds
Note 1 à l'article: Déterminé conformément à l'ISO 7933.
3.2 Abréviations et symboles
APR Appareil de protection respiratoire
ARI Appareil respiratoire isolant autonome
EPI Équipements de protection individuelle
IREQ Isolation thermique requise
PHS Astreinte thermique prévisible (predicted heat strain)
PMV Vote moyen prévisible (predicted mean vote)
PPD Pourcentage prévisible d'insatisfaits (predicted percentage dissatisfied)
T Température ambiante (température de l'air autour du corps ou de l'air inhalé)
a
T Température de contact (température de l'interface entre la peau et la surface en contact)
c
T Température de surface (température de la surface en contact avec la peau)
s
4 Effets thermiques locaux
4.1 Généralités
Les effets de la chaleur et du froid décrits dans le présent document varieront en fonction de la
sensibilité individuelle.
2
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Il convient de prêter attention aux échelles d'évaluation données dans l'ISO 8996.
4.2 Effets d'un contact cutané avec l'APR
Un transfert de chaleur par conduction s'effectue par le biais des mains lors de la manipulation de
l'équipement et par le biais du visage, de la tête et du torse pendant l'utilisation réelle de l'équipement.
Compte tenu de leur nature particulière, les parties de l'APR sont en contact plus ou moins direct avec
la peau nue, par exemple du visage. Dans les zones de contact, les échanges thermiques seront affectés.
L'ampleur de cet effet dépend de la pression de contact, de la structure des surfaces, des dimensions de
la surface de contact, de la masse de matériau en contact, des conditions thermiques et des propriétés
thermiques des matériaux en contact.
Les matériaux utilisés dans les APR sont pour la plupart des matériaux à faible transfert thermique par
conduction. Les parties métalliques font exception, notamment lorsqu'elles ne sont pas isolées.
Dans des environnements extrêmement chauds ou froids, les conditions ambiantes peuvent chauffer ou
refroidir l'APR ou des parties de celui-ci, augmentant ainsi le risque d'un effet thermique sur la peau.
L'appréciation du risque de refroidissement ou d'échauffement de la peau nue par contact doit être
fondée sur:
— l'ISO 13732-1, pour les surfaces chaudes; et
— l'ISO 13732-3, pour les surfaces froides.
Les valeurs d'exposition et les critères utilisés dans les figures ci-dessous sont basés sur des contacts
avec la surface de la peau des mains ou du corps. La peau du visage étant vraisemblablement plus
sensible, notamment à l'inconfort, il convient d'utiliser des valeurs plus conservatives.
4.3 Surfaces chaudes
L'ISO 13732-1 fournit des informations complètes sur le risque de contact de la peau nue avec différents
types de matériaux à différentes températures. La Figure 1 représente les températures de surface
d'un aluminium poli qui peuvent provoquer des brûlures de la peau. Cette condition semble être le cas
le plus grave, mais d'autres métaux, tels que l'acier et le cuivre, peuvent être aussi dangereux à des
températures équivalentes ou légèrement plus élevées. Pour d'autres matériaux comme le plastique, le
verre et la céramique, une température beaucoup plus élevée est nécessaire pour provoquer des lésions
de la peau nue.
Pour ces matériaux, la zone 3 «surface sûre» de la Figure 1 s'étend alors jusqu'à la ligne 4, c'est-à-dire la
limite supérieure.
3
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Légende
t temps, en s
T température de surface, en °C
s
1 zone 1 indique un risque élevé de brûlure de la peau
2 zone 2 indique un risque possible de brûlure de la peau
3 zone 3 indique des températures de surface sûres
4 limite supérieure
5 limite inférieure
Figure 1 — Température de surface d'un aluminium poli qui peut provoquer des brûlures de la
peau
Un APR est susceptible d'être utilisé pendant une courte durée, indiquée en minutes, ou pendant une
durée prolongée, indiquée en heures. Le Tableau 1 indique les seuils de brûlure pour des durées de
contact supérieures ou égales à 1 min pour différents matériaux (modifié par rapport à l'ISO 13732-1).
Les valeurs s'appliquent à des surfaces de contact inférieures à 10 % de la surface corporelle, il convient
donc qu'elles soient applicables à la plupart des APR.
Tableau 1 — Seuil de brûlure pour des durées de contact supérieures ou égales à 1 min
1 min 10 min 8 h et plus
Matériau
°C
Métal non revêtu 51
Métal revêtu 51
Céramique, verre et pierre 56 48 43
Matières plastiques 60
Bois 60
4.4 Surfaces froides
L'ISO 13732-3 fournit des informations détaillées sur l'évaluation des effets de refroidissement sur la
peau en contact avec différents types de surfaces froides. Des informations sont données pour cinq
types de matériaux: aluminium, acier, pierre, plastique et bois. Pour chacun de ces matériaux, trois
critères de refroidissement sont appliqués.
4
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Comme avec une surface chaude, le contact d'une petite surface de peau avec des éléments métalliques
froids peut entraîner un refroidissement rapide de la peau et finalement une gelure locale. Les Figures 2
et 3 représentent les courbes de refroidissement obtenues lorsque le bout du doigt touche des surfaces
d'acier et d'aluminium à des températures de −20 °C, −30 °C et −40 °C. La température de contact, T ,
c
qui est probablement très proche de la température de surface de la peau, chute au-dessous de 0 °C en
quelques secondes lors du contact avec les surfaces métalliques (voir Figures 2 et 3). Le risque de voir
apparaître une gelure locale est hautement probable.
[6]
Des études ont montré que:
— le refroidissement jusqu'à une température de la peau de 0 °C est associé à un risque imminent de
gel des tissus (gelure);
— le refroidissement jusqu'à une température de la peau de +7 °C est associé à l'apparition graduelle
d'un engourdissement;
— le refroidissement jusqu'à une température de la peau de +15 °C est associé à l'apparition d'une
douleur.
Légende
t temps, en s
T température de contact, en °C
c
1 −20 °C
2 −30 °C
3 −40 °C
Figure 2 — Variation de la T d'un doigt en contact avec des surfaces métalliques à des
c
températures de −20 °C, −30 °C et −40 °C
5
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Légende
t temps, en s
T température de contact, en °C
c
1 −20 °C
2 −30 °C
3 −40 °C
Figure 3 — Variation de la T d'un doigt en contact avec des surfaces d'aluminium à des
c
températures de −20 °C, −30 °C et −40 °C
Les Figures 4 à 6 représentent la température de surface d'un matériau spécifique susceptible de
[6]
provoquer les différents types d'effets de refroidissement .
6
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EXEMPLE Les courbes de la Figure 4 montrent que tenir une pièce d'aluminium (courbe n° 1) à 0 °C est
susceptible d'entraîner une gelure au bout de 45 s environ; avec une pierre (courbe n° 3) à −10 °C, la gelure se
produirait au bout de 70 s environ.
Légende
t durée de contact, en s
T température de surface, en °C
s
1 aluminium
2 acier
3 pierre
Figure 4 — Seuil de gelure: température de surface acceptable en fonction du temps pour que T
c
atteigne 0 °C (durée de contact du doigt avec les surfaces froides entre 0,5 s et 100 s)
EXEMPLE Les courbes de la Figure 5 montrent que tenir un morceau de bois (courbe n° 5) à −30 °C est
susceptible d'entraîner un engourdissement au bout de 90 s environ; avec une pièce en acier (courbe n° 2) à −5 °C,
l'engourdissement surviendrait au bout de 5 s environ.
Légende
t durée de contact, en s
T température de surface, en °C
s
1 aluminium
2 acier
3 pierre
4 nylon
5 bois
Figure 5 — Seuil d’engourdissement: température de surface acceptable en fonction du temps
pour que T atteigne 7 °C (durée de contact du doigt avec les surfaces froides entre 0,5 s et 100 s)
c
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Légende
t durée de contact, en s
T température de surface, en °C
s
1 aluminium
2 acier
3 pierre
4 nylon
5 bois
Figure 6 — Seuil de douleur: température de surface acceptable en fonction du temps pour
que T atteigne 15 °C (durée de contact du doigt avec les surfaces froides entre 0,5 s et 100 s)
c
4.5 Effets du gaz respiré inhalé sur les voies respiratoires et les tissus pulmonaires
4.5.1 Fonctionnement général du masque
Pendant la respiration, une fonction d'échange thermique existe également pour l'APR. On observe,
au moins au début, un effet de refroidissement de l'air chaud et un effet d'échauffement de l'air froid.
Cet effet n'est pas bien connu et dépend du type d'appareil, du matériau, du niveau d'activité et des
conditions ambiantes. Par exemple, l'utilisation d'air comprimé à haute pression ne devrait présenter
aucun problème dans l'air chaud car l'air est refroidi à la sortie du tube pendant sa détente. Par contre,
un APR dont le fonctionnement est basé sur une réaction chimique peut poser un problème car le gaz
respiré est chauffé par le procédé chimique.
Le gaz respiré inhalé a une faible masse volumique et une faible capacité thermique. La structure
anatomique et physiologique des voies respiratoires, en particulier des voies respiratoires supérieures,
présente des caractéristiques importantes pour le maintien de la chaleur et de l'humidité du corps et
l'atténuation d'un refroidissement ou d'un échauffement lié à l'environnement.
4.5.2 Effets provoqués par un gaz respiré chaud
À des températures très élevées, le gaz respiré inhalé peut provoquer une sensation douloureuse et
finalement une brûlure des tissus. Pendant de courtes expositions, la respiration nasale devient
difficile à une température ambiante du gaz respiré sec inhalé de 125 °C. La respiration buccale devient
difficile à une température ambiante du gaz respiré sec inhalé de 150 °C. Un gaz respiré inhalé humide
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augmentera les échanges thermiques et réduira de façon significative la durée de tolérance à hautes
températures. Un gaz respiré inhalé saturé d'eau à une température de 60 °C à 70 °C accroît l'inconfort
au repos (sauna) et sera intolérable pendant des durées prolongées en cours d'activité.
Avec un APR, il est probable que les températures tolérables soient beaucoup moins élevées en raison
des périodes d'exposition plus longues et des régimes de ventilation plus élevés. Un gaz respiré inhalé
chaud ou très chaud chauffera aussi l'interface respiratoire, contribuant ainsi à un apport local de
chaleur par conduction dans la zone visage/tête.
On sait qu'à des températures d'inhalation et une humidité relative élevées, une irritation des tissus
pulmonaires et des voies respiratoires peut se produire. Par exemple, à des niveaux de température
de 100 °C et une humidité relative inférieure à 20 % pour une «activité légère» ou à 70 °C et une
humidité relative inférieure à 70 % pour une «activité modérée», ou encore à 40 °C et une humidité
relative jusqu'à 100 % pour une «activité très intense», l'apparition d'une irritation n'est pas à exclure;
voir Tableau 2.
Tableau 2 — Hautes températures se rapportant à des effets sensoriels
Métabolisme énergé-
Niveau d'humidité relative
tique moyen
Classe Activité
2
W/m ≤ 20 % ≤ 70 % ≤ 100 %
1 Repos 65
2 Activité légère 100 90 70 50
3 Activité modérée 165
4 Activité intense 230
5 Activité très intense 290
6 Activité très très intense (2 h) 400 80 65 45
7 Activité extrêmement intense (15 min) 475
8 Activité maximale (5 min) 600
4.5.3 Effets provoqués par un gaz respiré froid
À de très basses températures, un gaz respiré inhalé refroidit les voies respiratoires, entraînant
finalement une bronchoconstriction et une irritation épithéliale. Les symptômes peuvent être une toux
et des réactions de type asthmatique.
L'ISO 11079 suggère les valeurs limites de température suivantes pour un gaz respiré inhalé froid.
Les faibles valeurs d'astreinte se rapportent à des effets de type plus sensoriel, tel qu'un inconfort. Le
niveau élevé d'astreinte indique des valeurs pouvant provoquer une irritation, une toux et finalement
des effets sur la santé à long terme, tels que des symptômes asthmatiques.
Un gaz respiré circulant dans un APR à d'aussi basses températures n'est pas vraiment susceptible
de provoquer des lésions car l'interface respiratoire elle-même agira comme une sorte d'échangeur
thermique et réchauffera dans une certaine mesure le gaz respiré inhalé.
On sait qu'à des températures d'inhalation et une humidité relative faibles, une irritation des tissus
pulmonaires et des voies respiratoires peut se produire, voir Tableau 3.
EXEMPLE À un niveau de température d'inhalation de −40 °C pour une «activité légère» ou de −30 °C pour
une «activité modérée», ou encore de −20 °C pour une «activité très intense», une irritation peut se produire.
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Tableau 3 — Basses températures d'inhalation se rapportant à des effets sensoriels
Température
Métabolisme
d’inhalation à un
Classe Activité énergétique
niveau d’humidité
moyen
relative ≤ 20 %
2
W/m °C
1 Repos 65
−40
2 Activité légère 100
3 Activité modérée 165 −30
4 Activité intense 230
−20
5 Activité très intense 290
6 Activité très très intense (2 h) 400
−30
7 Activité extrêmement intense (15 min) 475
8 Activité maximale (5 min) 600 −40
NOTE Les limites de temps pour les classes 6 à 8 s'expliquent par les capacités limitées d'activité
physique des personnes à ces niveaux élevés (voir l'ISO 16976-1).
5 Effets sur l'équilibre thermique du corps entier
Les échanges thermiques entre le corps et l'environnement se produisent essentiellement par le
biais du système respiratoire et de la peau. Les échanges thermiques respiratoires comprennent des
composantes de convection et des composantes d'évaporation.
5.1 Échanges thermiques respiratoires
La perte de chaleur par respiration représente 5 % à 15 % de la perte de chaleur du corps selon le
niveau d'activité. Le transfert thermique vers l'air chaud ou froid dans les voies respiratoires est
contrôlé dans une certaine mesure, en particulier avec la respiration nasale. En cas d'activité modérée à
intense, la respiration buccale est nécessaire et les échanges de chaleur et d'humidité deviennent moins
efficaces. Dans le froid, cela augmente la perte de chaleur par respiration, et dans la chaleur, cela réduit
la perte de chaleur par respiration. Par contre, le masque respiratoire, un filtre et l'espace mort peuvent
amortir dans une certaine mesure l'effet immédiat des températures ambiantes. En cas de forte chaleur
et d'humidité élevée, le masque porté peut accentuer l'effet. L'ampleur de ces effets n'est pas connue.
Les échanges thermiques respiratoires peuvent être décrits en fonction de la ventilation minute et de la
différence de température entre l'air inhalé et l'air expiré.
Les Formules (1) à (3) suivantes, empiriques, ont été proposées:
EM=−0,(0173 pp ) (1)
resexa
CM=−0,(001 4 tt ) (2)
resexa
tt=+29 02, (3)
ex a
où
2
E représente les échanges thermiques par évaporation, en W/m ;
res
2
C représente les échanges thermiques respiratoires par convection, en W/m ;
res
2
M est le métabolisme énergétique, en W/m ;
10
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ISO 16976-5:2023(F)
p est la pression de vapeur d'eau de l'air expiré, en kPa;
ex
p est la pression de vapeur d'eau ambiante, en kPa.
a
Il est supposé que l'air expiré est saturé d'eau et a une température, t , qui est reliée à la température
ex
(ambiante) inspirée, t , par la Formule (3).
a
Les échanges thermiques par convection sont normalement relativement faibles mais peuvent
s'amplifier de manière sensible dans certaines circonstances. La perte de chaleur par respiration ayant
lieu par évaporation est généralement supérieure à la composante par convection. Un APR utilisant de
l'air comprimé comme source peut fournir un air froid et sec. Cela peut se révél
...
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