ISO 24678-6:2016
(Main)Fire safety engineering — Requirements governing algebraic formulae — Part 6: Flashover related phenomena
Fire safety engineering — Requirements governing algebraic formulae — Part 6: Flashover related phenomena
ISO 24678-6:2016 provides requirements to govern the application of explicit algebraic formula sets to the calculation of flashover-related phenomena. It is an implementation of the general requirements provided in ISO 16730‑1 for the case of fire dynamics calculations involving sets of explicit algebraic formulae. ISO 24678-6:2016 is arranged in the form of a template, where specific information relevant to algebraic flashover formulae are provided to satisfy the following types of general requirements: a) description of physical phenomena addressed by the calculation method; b) documentation of the calculation procedure and its scientific basis; c) limitations of the calculation method; d) input parameters for the calculation method; e) domain of applicability of the calculation method.
Ingénierie de la sécurité incendie — Exigences régissant les formules algébriques — Partie 6: Phénomènes liés à l'embrasement généralisé
L'ISO 24678-6:2016 spécifie les exigences permettant de régir l'application d'ensembles de formules algébriques explicites pour le calcul des phénomènes liés à l'embrasement généralisé. L'ISO 24678-6:2016 est une mise en application des exigences générales spécifiées dans l'ISO 16730‑1 pour les calculs relatifs à la dynamique du feu impliquant des ensembles de formules algébriques explicites. L'ISO 24678-6:2016 est organisé sous forme d'un modèle dans lequel les informations spécifiques relatives aux formules algébriques pour l'embrasement généralisé sont fournies pour satisfaire aux types suivants d'exigences générales: a) description des phénomènes physiques traités par la méthode de calcul; b) documentation du mode opératoire de calcul et de sa base scientifique; c) limites de la méthode de calcul; d) paramètres d'entrée de la méthode de calcul; e) domaine d'application de la méthode de calcul. L'Annexe A contient un ensemble de formules algébriques dont chacune permet de calculer le débit calorifique minimal nécessaire pour provoquer un embrasement généralisé dans des enceintes de taille résidentielle.
General Information
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Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 24678-6
First edition
2016-08-01
Fire safety engineering —
Requirements governing algebraic
formulae —
Part 6:
Flashover related phenomena
Ingénierie de la sécurité incendie — Exigences régissant les formules
algébriques —
Partie 6: Phénomènes liés à l’embrasement généralisé
Reference number
ISO 24678-6:2016(E)
©
ISO 2016
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ISO 24678-6:2016(E)
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ISO 24678-6:2016(E)
Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Symbols . 2
5 Requirements governing description of physical phenomena . 2
6 Requirements governing documentation. 2
7 Requirements governing limitations . 2
8 Requirements governing input parameters . 3
9 Requirements governing domain of applicability . 3
Annex A (informative) Algebraic formulae for calculating the minimum heat release rate to
cause flashover in residential size enclosures . 4
Bibliography .18
© ISO 2016 – All rights reserved iii
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ISO 24678-6:2016(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation on the meaning of ISO specific terms and expressions related to conformity assessment,
as well as information about ISO’s adherence to the World Trade Organization (WTO) principles in the
Technical Barriers to Trade (TBT) see the following URL: www.iso.org/iso/foreword.html.
The committee responsible for this document is ISO/TC 92, Fire safety, Subcommittee SC 4, Fire safety
engineering.
A list of all parts in the ISO 24678 series can be found on the ISO website.
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ISO 24678-6:2016(E)
Introduction
This document is intended to be used by fire safety practitioners involved with fire safety engineering
calculation methods. Examples include fire safety engineers; authorities having jurisdiction such as:
territorial authority officials, fire service personnel, code enforcers and code developers. It is expected
that users of this document are appropriately qualified and competent in the field of fire safety
engineering. It is particularly important that users understand the parameters within which particular
methodologies may be used.
Algebraic formulae conforming to the requirements of this document are used with other engineering
calculation methods during fire safety design. Such design is preceded by the establishment of a context,
including the fire safety goals and objectives to be met, as well as performance criteria when a tentative
fire safety design is subject to specified design fire scenarios. Engineering calculation methods are
used to determine if these performance criteria will be met by a particular design and if not, how the
design must be modified.
The subjects of engineering calculations include the fire-safe design of entirely new built environments,
such as buildings, ships or vehicles as well as the assessment of the fire safety of existing built
environments.
The algebraic formulae discussed in this document are very useful for estimating the consequences of
design fire scenarios. Such formulae are particularly valuable for allowing the practitioner to quickly
determine how a proposed fire safety design should be modified to meet performance criteria. Thus,
detailed numerical calculations can be delayed until final design documentation. Examples of areas
where algebraic formulae have been applicable include determination of heat transfer, both convective
and radiant, from fire plumes, prediction of ceiling jet flow properties governing detector response
times, calculation of smoke transport through vent openings and analysis of compartment fire hazards
such as smoke filling and flashover.
With respect to flashover phenomena, algebraic formulae are often used to estimate the threshold
(minimum) heat release rate required to produce flashover in the space under consideration. These
estimates can suggest restrictions on flammable contents or an appropriate fire detection and
suppression package to limit the maximum expected heat release rate to below that expected to
produce flashover. These formulae are empirically developed from experiments done in relatively small
rectilinear enclosures of similar size and with walls and ceilings of similar thermal properties. Thus, the
calculated threshold flashover heat release rates do not incorporate the many variables that complicate
enclosure fires. Consequently, these calculated values should be considered as preliminary estimates.
Ultimately, these estimates can be useful for checking the results of zone and the more comprehensive
numerical models that calculate fire growth and its consequences.
ISO 23932 is supported by a set of fire safety engineering documents available on the methods and data
needed for the steps in a fire safety engineering design summarized in ISO 23932:2009, Clause 4 and
shown in Figure 1 (taken from ISO 23932:2009, Clause 4). This set of documents is referred to as the
Global Fire Safety Engineering Analysis and Information System. This global approach and system of
documents provides an awareness of the interrelationships between fire evaluations when using the set
of fire safety engineering documents. The set includes ISO 16730-1, ISO 16732-1, ISO 16733-1, ISO 16734,
ISO 16735, ISO 16736, ISO 16737, ISO/TS 13447, ISO/TS 24679, ISO/TS 29761 and other supporting
technical reports that provide examples of and guidance on the application of these documents.
Each document supporting the Global Fire Safety Engineering Analysis and Information System includes
language in the introduction to tie said document to the steps in the fire safety engineering design
process outlined in ISO 23932. ISO 23932 requires that engineering methods are selected properly to
predict the fire consequences of specific scenarios and scenario elements (ISO 23932:2009, Clause 10).
Pursuant to the requirements of ISO 23932, this document provides the requirement governing
algebraic formulae for fire safety engineering. This step in the fire safety engineering process is shown
as a highlighted box in Figure 1 and described in ISO 23932.
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ISO 24678-6:2016(E)
NOTE From ISO 23932:2009, Clause 4.
Figure 1 — Fire-safety engineering process: Design, implementation and maintenance
flowchart
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 24678-6:2016(E)
Fire safety engineering — Requirements governing
algebraic formulae —
Part 6:
Flashover related phenomena
1 Scope
This document provides requirements to govern the application of explicit algebraic formula sets to the
calculation of flashover-related phenomena.
This document is an implementation of the general requirements provided in ISO 16730-1 for the case
of fire dynamics calculations involving sets of explicit algebraic formulae.
This document is arranged in the form of a template, where specific information relevant to algebraic
flashover formulae are provided to satisfy the following types of general requirements:
a) description of physical phenomena addressed by the calculation method;
b) documentation of the calculation procedure and its scientific basis;
c) limitations of the calculation method;
d) input parameters for the calculation method;
e) domain of applicability of the calculation method.
Annex A contains a set of algebraic formulae each of which calculate the minimum heat release rate to
cause flashover in residential size enclosures.
2 Normative references
The following documents are referred to in 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 16730-1, Fire safety engineering — Procedures and requirements for verification and validation of
calculation methods — Part 1: General
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 13943 and the following
shall apply.
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— IEC Electropedia: available at http://www.electropedia.org/
— ISO Online browsing platform: available at http://www.iso.org/obp
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ISO 24678-6:2016(E)
3.1
critical heat release rate for flashover
minimum heat release rate of a fire in an enclosure to cause flashover in that enclosure
4 Symbols
Symbols for the calculations used to predict flashover onset in Annex A are listed in A.2.
5 Requirements governing description of physical phenomena
5.1 The onset of flashover is a complex thermo-physical phenomenon that can be highly transient. As
a result of burning in an enclosure, hot smoke layer develops in the upper part as stated in ISO 16735.
Heat and mass transfer in enclosure takes place. Radiative and convective heat transfer to fuel surface
may increase the heat release rate. To calculate the onset of flashover, interactions between phenomena
should be considered.
5.2 Flashover phenomena to be calculated and their useful ranges shall be clearly identified, including
those characteristics inferred by association with calculated quantities.
5.3 Scenario elements (e.g. two-layer environment) to which specific formulae apply shall be clearly
identified.
5.4 Because different formulae describe different flashover characteristics (5.2) or apply to different
scenarios (5.3), it shall be shown that if there is more than one method to calculate a given quantity,
guidance shall be given on the selection of appropriate methods. A descriptive example is given in
Annex A.
6 Requirements governing documentation
6.1 The procedure to be followed in performing calculations shall be described through a set of
algebraic formulae.
6.2 Each formula shall be presented in a separate clause containing a phrase that describes the output
of the formula, as well as explanatory notes and limitations unique to the formula being presented.
6.3 Each variable in the formula set shall be clearly defined, along with appropriate SI units, although
formula versions with dimensionless coefficients are preferred.
6.4 The scientific basis for the formula set shall be provided through reference to recognized
handbooks, the peer-reviewed scientific literature or through derivations, as appropriate.
6.5 Examples shall demonstrate how the formula set is evaluated using values for all input parameters
consistent with the requirements in Clause 6.
7 Requirements governing limitations
7.1 Quantitative limits on direct application of the algebraic-formula set to calculate output parameters,
consistent with the scenarios described in Clause 6, shall be provided.
7.2 Cautions on the use of the algebraic-formula set within a more general calculation method shall
be provided, which shall include checking of consistency with the other relations used in the calculation
method and the numerical procedures employed.
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8 Requirements governing input parameters
8.1 Input parameters for the set of algebraic-formulae shall be identified clearly, such as; geometric
dimensions of enclosure surfaces and vents, special location of vents, special location of fire source,
physical properties of boundaries, combustion properties and so on.
8.2 Sources of data for input parameters shall be identified or provided explicitly within the document.
8.3 The valid ranges for input parameters shall be listed as specified in ISO 16730-1.
9 Requirements governing domain of applicability
9.1 One or more collections of measurement data shall be identified to establish the domain of
applicability of the formula-set. These data shall have certain level of quality [e.g. repeatability and
reproducibility; see ISO 5725 (all parts)] assessed through a documented/standardized procedure.
9.2 The domain of applicability of the algebraic formulae shall be determined through comparison
with the measurement data of 9.1.
9.3 Potential sources of error that limit the set of algebraic formulae to the specific scenarios given in
Clause 6 shall be identified, for example, the assumption of uniform gas layers in an enclosed space.
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ISO 24678-6:2016(E)
Annex A
(informative)
Algebraic formulae for calculating the minimum heat release rate
to cause flashover in residential size enclosures
A.1 Description of physical phenomena addressed by the formula set
A.1.1 General
The formula sets discussed in Annex A were all empirically derived using temperature and heat
flux measurements from tests where different fuels were burned in enclosures of similar size and
construction. The tests were generally done to study enclosure fire behaviour including the phenomenon
of flashover. Because combustion products from fires have substantially higher temperature than the
ambient air, the enclosure gases stratify with the less dense hot combustion products forming a growing
hot layer in the ceiling volume of the enclosure. The consensus threshold heat release rate for flashover
(Q ) is reached when the measured temperature of hot layer exceeds certain values such as 500 °C to
fo
2
600 °C (approximately 770 K to 870 K) and radiation heat flux to floor surface exceeds 20 kW/m which
[12]
is enough to ignite common combustible materials in a short time.
The range of application is limited by the range in size of the tests from which these formulae were
derived; namely, enclosures that have moderate volume. All of these formulae were empirically derived
[12][13]
based on small- and residential-sized enclosures. The data sets analysed show wide variations
because they are collected from similar experimental enclosures but using different fuel packages and
enclosure lining materials. Note that the majority of algebraic relationships discussed in the following
subclauses have been derived from experiments in naturally ventilated enclosures. Only one of the
formulae was developed for forced ventilation conditions. To assess uncertainty, it will be necessary to
do it for each test article individually.
The formula sets; all normalized by the opening factorAH , relate Q to the total interior area of the
fo
enclosure and a factor proportional to the thermal inertia of the enclosure surfaces. The formula set
found to best represent data is identified using the available data and calculations of Q using a CFD
fo
[14]
fire model.
A.1.2 General description of calculation method
Consider a growing fire in a compartment such as a mattress in a bedroom that has just been ignited
by a carelessly discarded cigarette. Sufficient quantities of air are available for combustion in the early
stages of fire growth. The burning is said to be fuel-controlled because the combustion, including the
resultant heat release rate, is primarily influenced by fuel factors such as fuel type (the mattress) and
its configuration (horizontal). Combustion products tend to collect in a layer under the ceiling because
they are hotter and therefore less dense than the ambient environment. There is often a fairly sharp
demarcation between a hot upper smoke layer and a relatively cool lower layer. As burning continues,
the hot layer increases in depth and temperature. This augments the radiative and convective heat
transfer to burning items below, which in turn increases their HRR resulting in an increase in the upper
layer temperature, further enhancing heat transfer rates to burning items and enclosure surfaces. If
sufficient fuel is present and arranged in such a way that the fire does continues to grow, the fire can
enter a transitional phase known as flashover.
Flashover is defined as “the rapid transition to a state of total surface involvement in a fire of
combustible material within an enclosure”. Essentially, almost all exposed combustible surfaces
ignite and burn during flashover. This results in a fully-developed fire. Flashover often represents the
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transition from fuel-controlled burning to ventilation-controlled burning where the heat release rate
is limited by oxygen availability, which is provided by the flow of fresh air into the compartment. After
flashover, there is typically no longer any separation between a hot upper layer and a cool lower layer.
Rather, a single well-mixed zone of hot gases exists. The heat release rate has reached a maximum and
remains relatively constant until a large fraction of the fuel in the compartment has been consumed.
Post-flashover burning represents the most hazardous stage of a compartment fire, and it is therefore
of great practical interest to be able to estimate the critical heat release rate at which a fire will show
transition to its flashover stage.
While the phenomenon of flashover is universally accepted, the critical conditions defining the
threshold for flashover are not. Hot layer temperature between 500 °C and 600 °C, radiative heat flux
2
to the floor of 20 kW/m and appearance of flames exiting vents are all used to signal the event of
enclosure flashover. Flashover shall be considered to have occurred when any two of the conditions
[15]
have been met. Because most enclosure fire tests involve extensive temperature measurements,
models are designed to predict vertical temperature gradients and the attainment of upper layer
temperatures in the above range is most often used to indicate when flashover occurs. Particularly, the
algebraic formulae for flashover always use this criterion.
Roughly speaking, the onset of flashover in an enclosure occurs when the radiant heat flux to the floor
2
averages 20 kW/m . This heat flux level corresponds, more or less, to an upper layer temperature of
2
around 500 °C to 600 °C, noting that the radiant flux emitted by a 600 °C black body is about 20 kW/m .
A.1.3 Scenario elements to which the formula set is applicable
The set of formulae is relevant to the prediction of the minimum heat release rate necessary to cause
flashover in a compartment. Except where noted, these formulae apply to naturally ventilated fires,
i.e. those where the effect of forced ventilation due to HVAC systems is negligible. In addition, the effect
of wind is neglected.
A.1.4 Self-consistency of the formula sets
The formula set is developed in self-consistent manner.
A.1.5 Standards and other documents where the formula set is used
None specified.
A.2 Symbols
2
A area of ventilation opening (m )
2
A area of floor (m )
f
2
A total interior area of the enclosure excluding opening area (m )
T
2
A area of walls and ceiling (m )
wc
−2 −1
h effective heat transfer coefficient (kW·m ·K )
T
2 −4 −2 −1
(kρc) thermal inertia of floor lining (kJ ·m ·K ·s )
f
2 −4 −2 −1
(kρc) thermal inertia of wall and ceiling linings (kJ ·m ·K ·s )
wc
H height of ventilation opening (m)
−1
mechanical ventilation rate (kg·s )
m
critical (minimum) heat release rate to cause flashover (kW)
Q
fo
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ISO 24678-6:2016(E)
heat release rate in an enclosure (kW)
Q
reference heat release rate (=1 000 kW)
Q
0
t characteristic time for flashover occurrence (s)
c
t characteristic time of fire growth (s)
g
5/2
opening factor (m )
AH
-1/2
ratio of internal surface area to opening factor (m )
AA/ H
T
A.3 Formula-set documentation
A.3.1 General
The minimum heat release rate required to cause flashover in a compartment is usually predicted by
using an energy balance to calculate the upper layer temperature as a function of heat release rate (and
sometimes time) and then relating the onset of flashover to the attainment of some critical condition
in the compartment. For calculation purposes, flashover is usually assumed to occur when the upper
layer temperature rise is between 500 °C and 600 °C or the radiative heat flux to the floor exceeds
2
approximately 20 kW/m .
Empirically and theoretically, the most important factors affecting the minimum heat release rate for
flashover (Q ) are the area (A) and height (H) of any compartment vents, the total area of internal
fo
surfaces (A ), and the thermal properties of the enclosure lining materials. For this reason, the
T
flashover correlations that have appeared in the literature can be expressed consistently in the form in
Formula (A.1):
Q
A
fo
T
= f (A.1)
AH AH
where the total area of internal surfaces (A ) may be determined by net surface area of enclosure
T
boundary walls, floors and ceilings. Some formula includes opening area in the total area of internal
surfaces, while some do not. For conservative design calculations, it is recommended to exclude opening
area from the total area of internal surfaces.
A.3.2 Babrauskas’ formulae
[13]
Using a temperature rise of 575 °C as criterion for onset of flashover, Babrauskas proposed the
simple expression in Formula (A.2) for estimating the minimum heat release rate to produce flashover:
Q
fo
=750 (A.2)
AH
The coefficient was derived from theoretical assumption that half of the enclosure surface is effective
for heat absorption. Comparisons with experiments were carried out for full-scale and model scale
experiments conducted in compartments in the range shown in Table A.1. In most of the experiments,
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enclosure boundary was made with high density materials. After the comparison, the formula was
corrected to Formula (A.3):
Q
A
fo
T
=+650(,10 005 ) (A.3)
AH AH
[16]
In order to account for the effect of internal surface area, Babrauskas also gives a more complicated
expression, Formula (A.4), that considers transient heat loss to enclosure surfaces:
Q
0,799
fo
= 1 520exp −19, 6 (A.4)
−23/ −06,
AH
A A
T T
10−−,94exp 33 10−−,,92exp 11 9
AH AH
Formula (A.4) has been compared with four additional room scale experiments conducted in an
enclosure, 2,26 m × 3,94 m × 2,31 m.
Table A.1 — Range of experimental datasets compared with Babrauskas’ formula [Formula (A.4)]
Internal surface area Opening factor Ratio of internal surface
A area and opening factor
T
AH
2
(m )
5/2
AA/ H
(m )
T
-1/2
(m )
Model scale experiments 0,84 to 6,0 0,06 to 0,68 9 to 50
Full scale experiments 40 to 127 0,78 to 7,51 16 to 65
Additional room scale
43,5 to 44,2 2,40 to 3,67 11,8 to 12,0
a
experiments
a
2,26 m × 3,94 m × 2,31 m (W × L × H).
A.3.3 Thomas’ formula
[17]
Thomas used an energy balance that considered heat losses to the bounding surfaces and enthalpy
flow through compartment vents. The two adjustable constants were fixed by correlating the model
[18]
predictions with data from flashover experiments by Hägglund in compartments made of concrete
and lightweight concrete shown in Table A.2. The resulting expression is as per Formula (A.5):
Q
A
fo
T
=+378 78, (A.5)
AH AH
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ISO 24678-6:2016(E)
Table A.2 — Range of Hägglund’s experimental datasets compared with Thomas’ formula
[Formula (A.5)]
Internal surface area Opening factor Ratio of internal surface
A area and opening factor
T
AH
2
(m )
5/2
AA/ H
(m )
T
-1/2
(m )
Room scale, series 1
56,1 to 57,5 0,22 to 1,78 31,5 to 258
(2,9 m × 3,75 m × 2,70 m)
Room scale, series 2
93,0 to 96,9 0,89 to 5,34 17,4 to 109
(6,0 m × 3,75 m × 2,70 m)
Room scale, series 3
88,9 to 92,0 1,78 to 5,34 16,7 to 51,7
(5,9 m × 3,70 m × 2,60 m)
A.3.4 McCaffrey’s formula
[19]
McCaffrey, et al. used a regression analysis to develop an empirical correlation to predict the upper
layer gas temperature in compartment fires. Assuming that flashover occurs when an upper layer
temperature attains 600 °C, the correlation can be used to derive the expression for Q shown in
fo
Formula (A.6):
Q
A
fo
T
=740 h (A.6)
T
AH AH
where the effective heat transfer coefficient to the interior surfaces can be estimated from Formula (A.7):
kcρ
kcρ ()
A
()
A
f f
wc wc
h ≈ + (A.7)
T
A t A t
T c T c
The characteristic time for flashover occurrence t is determined as 1 000 s for typical cases.
c
The range of enclosure sizes is shown in Table A.3. The thermal inertia of internal linings varied
between high (concrete), medium (calcium silicate board, gypsum board) and low values (alumina-
silica block, aerated concrete).
Table A.3 — Range of experimental datasets compared with McCaffrey’s formula [Formula (A.6)]
Internal surface area Opening factor Ratio of internal surface
A area and opening factor
T
AH
2
(m )
5/2
AA/ H
(m )
T
-1/2
(m )
Room scale, series 1
56,1 to 57,5 0,22 to 1,78 31,5 to 258
(2,9 m × 3,75 m × 2,70 m)
Room scale, series 2
93,0 to 96,9 0,89 to 5,34 17,4 to 109
(6,0 m × 3,75 m
...
DRAFT INTERNATIONAL STANDARD
ISO/DIS 24678
ISO/TC 92/SC 4 Secretariat: AFNOR
Voting begins on: Voting terminates on:
2015-12-23 2016-03-23
Fire safety engineering — Requirements governing
algebraic formulas — Flashover Related Phenomena
Titre manque
ICS: 13.220.01
THIS DOCUMENT IS A DRAFT CIRCULATED
FOR COMMENT AND APPROVAL. IT IS
THEREFORE SUBJECT TO CHANGE AND MAY
NOT BE REFERRED TO AS AN INTERNATIONAL
STANDARD UNTIL PUBLISHED AS SUCH.
IN ADDITION TO THEIR EVALUATION AS
BEING ACCEPTABLE FOR INDUSTRIAL,
TECHNOLOGICAL, COMMERCIAL AND
USER PURPOSES, DRAFT INTERNATIONAL
STANDARDS MAY ON OCCASION HAVE TO
BE CONSIDERED IN THE LIGHT OF THEIR
POTENTIAL TO BECOME STANDARDS TO
WHICH REFERENCE MAY BE MADE IN
Reference number
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TO SUBMIT, WITH THEIR COMMENTS,
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RIGHTS OF WHICH THEY ARE AWARE AND TO
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ISO/DIS 24678:2015(E)
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ISO/DIS 24678
Contents Page
Foreword . iv
Introduction . v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 2
4 Requirements governing description of physical phenomena . 2
5 Requirements governing documentation . 2
6 Requirements governing limitations . 2
7 Requirements governing input parameters . 2
8 Requirements governing domain of applicability . 3
Annex A (informative) Algebraic Equations for Calculating the Minimum Heat Release Rate to
Cause Flashover in Residential Size Enclosures . 4
A.1 Terms and definitions used in Annex A . 4
A.2 Normative reference . 4
A.3 Symbols and abbreviated terms used in Annex A . 4
A.4 Description of physical phenomena addressed by the formula set . 5
A.4.1 Scope . 5
A.4.2 General description of calculation method . 5
A.4.3 Scenario elements to which the formula set is applicable . 6
A.4.4 Self-consistency of the formula sets . 6
A.4.5 Standards and other documents where the formula set is used . 6
A.5 Formula-set documentation . 6
A.5.1 General . 6
A.5.2 Babrauskas’ formulae . 6
A.5.3 Thomas’ formula . 7
A.5.4 McCaffrey’s formula . 8
A.5.5 Hägglund’s formula . 9
A.5.6 Foote’s formula for mechanically ventilated fire . 9
A.5.7 Scientific basis for the formula-set . 9
A.5.8 Comparison with other experimental data. 9
A.5.9 Discussion on the Effect of Thermal Properties of Wall Enclosures . 10
A.6 Formula-set limitations . 13
A.6.1 Normal ambient air . 13
A.6.2 Enclosure lining materials . 13
A.6.3 Rectilinear room . 14
A.7 Formula set Input parameters . 14
A.7.1 Opening factor . 14
A.7.2 Total area of compartment surfaces . 14
A.7.3 Thermal properties of enclosure lining materials . 15
A.8 Domain of applicability of the formula-set . 15
A.9 Example Calculations . 16
Bibliography . 18
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ISO/DIS 24678
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been
established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the
International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 24678 was prepared by Technical Committee ISO/TC 92, Fire safety, Subcommittee SC 4, Fire safety
engineering.
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ISO/DIS 24678
Introduction
This standard is intended to be used by fire safety practitioners involved with fire safety engineering
calculation methods. Examples include fire safety engineers; authorities having jurisdiction such as: territorial
authority officials, fire service personnel, code enforcers and code developers. It is expected that users of this
draft Standard are appropriately qualified and competent in the field of fire safety engineering. It is particularly
important that users understand the parameters within which particular methodologies may be used.
Algebraic formulas conforming to the requirements of this standard are used with other engineering
calculation methods during fire safety design. Such design is preceded by the establishment of a context,
including the fire safety goals and objectives to be met, as well as performance criteria when a tentative fire
safety design is subject to specified design fire scenarios. Engineering calculation methods are used to
determine if these performance criteria will be met by a particular design and if not, how the design must be
modified.
The subjects of engineering calculations include the fire-safe design of entirely new built environments, such
as buildings, ships or vehicles as well as the assessment of the fire safety of existing built environments.
The algebraic formulas discussed in this standard are very useful for estimating the consequences of design
fire scenarios. Such formulas are particularly valuable for allowing the practitioner to quickly determine how a
proposed fire safety design should be modified to meet performance criteria. Thus, detailed numerical
calculations can be delayed until final design documentation. Examples of areas where algebraic formulas
have been applicable include determination of heat transfer, both convective and radiant, from fire plumes,
prediction of ceiling jet flow properties governing detector response times, calculation of smoke transport
through vent openings and analysis of compartment fire hazards such as smoke filling and flashover.
With respect to flashover phenomena, algebraic formulas are often used to estimate the threshold (minimum)
heat release rate required to produce flashover in the space under consideration. These estimates can
suggest restrictions on flammable contents or an appropriate fire detection and suppression package to limit
the maximum expected heat release rate to below that expected to produce flashover. These formulas are
empirically developed from experiments done in relatively small – rectilinear – enclosures of similar size and
with walls and ceilings of similar thermal properties. Thus, the calculated threshold – flash over - heat release
rates do not incorporate the many variables that complicate enclosure fires. Consequently, these calculated
values should be considered as preliminary estimates. Ultimately, these estimates can be useful for checking
the results of zone – and the more comprehensive numerical – models that calculate fire growth and its
consequences.
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DRAFT INTERNATIONAL STANDARD ISO/DIS 24678
Fire safety engineering — Requirements governing algebraic
equations — Flashover Related Phenomena
1 Scope
1.1 The requirements in this standard govern the application of explicit algebraic formula sets to the
calculation of flashover-related phenomena.
1.2 This standard is an implementation of the general requirements provided in ISO 16730-1 for the case of
fire dynamics calculations involving sets of explicit algebraic formulas.
1.3 This standard is arranged in the form of a template, where specific information relevant to algebraic
flashover formulas are provided to satisfy the following types of general requirements:
a) description of physical phenomena addressed by the calculation method;
b) documentation of the calculation procedure and its scientific basis;
c) limitations of the calculation method;
d) input parameters for the calculation method;
e) domain of applicability of the calculation method.
1.4 Examples of sets of algebraic formulas meeting the requirements of this standard will be provided in
separate Annexes to this standard. Currently, there is one informative annex containing a set of algebraic
equations each of which calculate the minimum heat release rate to cause flashover in residential size
enclosures.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
ISO 13943, Fire safety – Vocabulary
ISO 16730-1 Fire safety engineering — Assessment, verification and validation of calculation methods
ISO 16733-1 Fire safety engineering — Selection of design fire scenarios and design fires — Part 1: Selection
of design fire scenarios
ISO 16735 Fire safety engineering — Requirements governing algebraic equations — Smoke layers
ISO 16737 Fire safety engineering — Requirements governing algebraic equations — Vent flows
ISO 5725, all parts, Precision of test methods – determination of repeatability and reproducibility for a
standard test method by inter-laboratory tests
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ISO/DIS 24678
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 13943 shall apply. See annex for
the terms and definitions specific to that annex.
4 Requirements governing description of physical phenomena
4.1 The onset of flashover is a complex thermo-physical phenomenon that can be highly transient. As a
result of burning in an enclosure, hot smoke layer develops in the upper part as stated in ISO 16735. Heat and
mass transfer in enclosure takes place. Radiative and convective heat transfer to fuel surface may increase
the heat release rate. To calculate the onset of flashover, interactions between phenomena should be
considered.
4.2 Flashover phenomena to be calculated and their useful ranges shall be clearly identified, including
those characteristics inferred by association with calculated quantities.
4.3 Scenarios elements (e.g. two layers environment) to which specific formulas apply shall be clearly
identified.
4.4 Because different formulas describe different flashover characteristics (4.2) or apply to different
scenarios (4.3), it shall be shown that if there is more than one method to calculate a given quantity, guidance
shall be given on the selection of appropriate methods. An example of description is given in Annex A.
5 Requirements governing documentation
5.1 The procedure to be followed in performing calculations shall be described through a set of algebraic
formulas.
5.2 Each formula shall be presented in a separate clause containing a phrase that describes the output of
the formula, as well as explanatory notes and limitations unique to the formula being presented.
5.3 Each variable in the formula set shall be clearly defined, along with appropriate SI units, although
formula versions with dimensionless coefficients are preferred.
5.4 The scientific basis for the formula set shall be provided through reference to recognised handbooks,
the peer-reviewed scientific literature or through derivations, as appropriate.
5.5 Examples shall demonstrate how the formula set is evaluated using values for all input parameters
consistent with the requirements in Clause 5.
6 Requirements governing limitations
6.1 Quantitative limits on direct application of the algebraic-formula set to calculate output parameters,
consistent with the scenarios described in Clause 5, shall be provided.
6.2 Cautions on the use of the algebraic-formula set within a more general calculation method shall be
provided, which shall include checks of consistency with the other relations used in the calculation method
and the numerical procedures employed.
7 Requirements governing input parameters
7.1 Input parameters for the set of algebraic-formulas shall be identified clearly, such as; geometric
dimensions of enclosure surfaces and vents, special location of vents, special location of fire source, physical
properties of boundaries, combustion properties and so on.
7.2 Sources of data for input parameters shall be identified or provided explicitly within the standard.
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7.3 The valid ranges for input parameters shall be listed as specified in ISO 16730-1.
8 Requirements governing domain of applicability
8.1 One or more collections of measurement data shall be identified to establish the domain of applicability
of the formula-set. These data shall have certain level of quality (e.g., repeatability, reproducibility – see
ISO 5725) assessed through a documented/standardised procedure.
8.2 The domain of applicability of the algebraic formulas shall be determined through comparison with the
measurement data of 8.1.
8.3 Potential sources of error that limit the set of algebraic formulas to the specific scenarios given in
Clause 5 shall be identified, for example, the assumption of uniform gas layers in an enclosed space.
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Annex A
(informative)
Algebraic Equations for Calculating the Minimum Heat Release Rate to
Cause Flashover in Residential Size Enclosures
A.1 Terms and definitions used in Annex A
The terms and definitions given in ISO 13943 shall apply, in addition to the following:
A.1.1
critical heat release rate for flashover
The minimum heat release rate of a fire in an enclosure to cause flashover in that enclosure
A.2 Normative reference
The following referenced documents are indispensable for the application of this Annex. For dated references,
only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced document (including
any amendments) applies.
ISO 13943, Fire safety — Vocabulary
ISO 9705, Fire Tests — Full-scale room test for surface products
ISO 16733-1, Fire safety engineering — Selection of design fire scenarios and design fires – Part 1: Selection
of design fire scenarios
ISO 16735, Fire safety engineering — Requirements governing algebraic equations — Smoke layers
ISO 16737, Fire safety engineering – Requirements governing explicit algebraic equations – Vent flows
A.3 Symbols and abbreviated terms used in Annex A
2
A Area of ventilation opening (m )
2
A Area of floor (m )
f
2
A total interior area of the enclosure excluding opening area (m )
T
2
A Area of walls and ceiling (m )
wc
. -2. -1
h effective heat transfer coefficient (kW m K )
T
2 -4 -2 -1
. . .
(kc) thermal inertia of floor lining (kJ m K s )
f
2 -4 -2 -1
. . .
(kc) thermal inertia of wall and ceiling linings (kJ m K s )
wc
H height of ventilation opening (m)
-1
.
m mechanical ventilation rate (kg s )
critical (minimum) heat release rate to cause flashover (kW)
Q
fo
heat release rate in an enclosure (kW)
Q
Q reference heat release rate (=1,000 kW)
0
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t characteristic time for flashover occurrence (s)
c
t characteristic time of fire growth (s)
g
5/2
A H opening factor (m )
-1/2
ratio of internal surface area to opening factor (m )
A /AH
T
A.4 Description of physical phenomena addressed by the formula set
A.4.1 Scope
The formula sets discussed in this annex were all empirically derived using temperature and heat flux
measurements from tests where different fuels were burned in enclosures of similar size and construction.
The tests were generally done to study enclosure fire behaviour including the phenomenon of flashover.
Because combustion products from fires have substantially higher temperature than the ambient air, the
enclosure gases stratify with the less dense hot combustion products forming a growing hot layer in the ceiling
volume of the enclosure. The consensus threshold heat release rate for flashover (Q ) is reached when the
fo
o
measured temperature of hot layer exceeds certain values such as 500-600 C (approximately 770-870K) and
2
radiation heat flux to floor surface exceeds 20kW/m which is enough to ignite common combustible materials
in a short time [1].
The range of application is limited by the range in size of the tests from which these equations were derived.
Namely enclosures that have moderate volume. All of these equations were empirically derived based on
small and residential sized enclosures. The data sets [1,2] analysed show wide variations because they are
collected from similar experimental enclosures but using different fuel packages and enclosure lining
materials. Note that the majority of algebraic relationships discussed in the following sections have been
derived from experiments in naturally ventilated enclosures. Only one of the equations was developed for
forced ventilation conditions. To assess uncertainty, it will be necessary to do it for each test article
individually.
Q
The formula sets; all normalized by the opening factor A H , relate to the total interior area of the
fo
enclosure and a factor proportional to the thermal inertia of the enclosure surfaces. The formula set found to
Q
best represent data is identified using the available data and calculations of using a CFD fire model [3].
fo
A.4.2 General description of calculation method
Consider a growing fire in a compartment, such as a mattress in a bedroom that has just been ignited by a
carelessly discarded cigarette. Sufficient quantities of air are available for combustion in the early stages of
fire growth. The burning is said to be fuel-controlled because the combustion, including the resultant heat
release rate, is primarily influenced by fuel factors such as fuel type (the mattress) and its configuration
(horizontal). Combustion products tend to collect in a layer under the ceiling because they are hotter and
therefore less dense than the ambient environment. There is often a fairly sharp demarcation between a hot
upper smoke layer and a relatively cool lower layer. As burning continues, the hot layer increases in depth and
temperature. This augments the radiative and convective heat transfer to burning items below, which in turn
increases their HRR resulting in an increase in the upper layer temperature, further enhancing heat transfer
rates to burning items and enclosure surfaces. If sufficient fuel is present and arranged in such a way that the
fire does continues to grow, the fire can enter a transitional phase known as flashover.
Flashover is defined as “the rapid transition to a state of total surface involvement in a fire of combustible
material within an enclosure”. Essentially, almost all exposed combustible surfaces ignite and burn during
flashover. This results in a fully-developed fire. Flashover often represents the transition from fuel-controlled
burning to ventilation-controlled burning where the heat release rate is limited by oxygen availability, which is
provided by the flow of fresh air into the compartment. After flashover, there is typically no longer any
separation between a hot upper layer and a cool lower layer. Rather, a single well-mixed zone of hot gases
exists. The heat release rate has reached a maximum and remains relatively constant until a large fraction of
the fuel in the compartment has been consumed. Post-flashover burning represents the most hazardous stage
of a compartment fire, and it is therefore of great practical interest to be able to estimate the critical heat
release rate at which a fire will show transition to its flashover stage.
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While the phenomenon of flashover is universally accepted, the critical conditions defining the threshold for
flashover are not. Hot layer temperature between 500 °C and 600 °C, radiative heat flux to the floor of
2
20kW/m and appearance of flames exiting vents are all used to signal the event of enclosure flashover.
Flashover shall be considered to have occurred when any two of the conditions have been met [4]. Because
most enclosure fire tests involve extensive temperature measurements, models are designed to predict
vertical temperature gradients and the attainment of upper layer temperatures in the above range is most
often used to indicate when flashover occurs. Particularly, the algebraic equations for flashover always use
this criterion.
Roughly speaking, the onset of flashover in an enclosure occurs when the radiant heat flux to the floor
2
averages 20kW/m . This heat flux level corresponds, more or less, to an upper layer temperature of around
2
500ºC - 600ºC, noting that the radiant flux emitted by a 600° C black body is about 20 kW/m .
A.4.3 Scenario elements to which the formula set is applicable
The set of formulas is relevant to the prediction of the minimum heat release rate necessary to cause
flashover in a compartment. Except where noted, these formulas apply to naturally ventilated fires, i.e. those
where the effect of forced ventilation due to HVAC systems is negligible. In addition, the effect of wind is
neglected.
A.4.4 Self-consistency of the formula sets
The formula set is developed in self-consistent manner.
A.4.5 Standards and other documents where the formula set is used
None specified.
A.5 Formula-set documentation
A.5.1 General
The minimum heat release rate required to cause flashover in a compartment is usually predicted by using an
energy balance to calculate the upper layer temperature as a function of heat release rate (and sometimes
time) and then relating the onset of flashover to the attainment of some critical condition in the compartment.
For calculation purposes, flashover is usually assumed to occur when the upper layer temperature rise is
2
between 500ºC and 600ºC or the radiative heat flux to the floor exceeds approximately 20 kW/m .
Empirically and theoretically, the most important factors affecting the minimum heat release rate for flashover
( ) are the area (A) and height (H) of any compartment vents, the total area of internal surfaces (A ), and
Q T
fo
the thermal properties of the enclosure lining materials. For this reason, the flashover correlations that have
appeared in the literature can be expressed consistently in the form:
Q
A
fo
T
(A.1)
f
AHAH
A.5.2 Babrauskas’ formulae
Using a temperature rise of 575ºC as criterion for onset of flashover, Babrauskas [2] proposed the following
simple expression for estimating the minimum heat release rate to produce flashover:
Q
fo
(A.2)
750
AH
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The coefficient was derived from theoretical assumption that half of the enclosure is effective for heat
absorption. Comparisons with experiments were carried out for full-scale and model scale experiments
conducted in compartments in the range shown in Table A.1. In most of the experiments, enclosure boundary
was made with high density materials. After the comparison, the formula was corrected to the following
formula:
Q
A
fo
T
650(1 0.005 ) (A.3)
AH AH
in order account for the effect of internal surface area, Babrauskas [5] also gives a more complicated
expression that considers transient heat loss to enclosure surfaces:
Q
0.799
(A.4)
fo
1520exp 1.96
2/3 0.6
AH
AA
TT
10.94exp3310.92exp 11.9
AH AH
The formula has been compared with four additional room scale experiments conducted in an enclosure, 2.26
by 3.94 by 2.31 meters.
Table A.1 – Range of experimental datasets compared with Babrauskas’ formula (A.4)
ratio of internal surface area and
opening factor
Internal surface area
opening factor
2
5/2
A [m ]
T
AH [m ] -1/2
[m ]
AA/ H
T
model scale experiments 0.84 – 6.0 0.06 – 0.68 9 - 50
full scale experiments 40 – 127 0.78 – 7.51 16 - 65
additional room scale
43.5 -
...
ISO/TC 92/SC 4
Date: 2016-05-03 Deleted: :
ISO 24678–6:2016(F)
ISO/TC 92/SC 4/GT 9
Secrétariat: AFNOR
Deleted: :
Ingénierie de la sécurité incendie — Exigences régissant les formules algébriques —
Partie 6: Phénomènes liés à l’embrasement généralisé
Deleted:
Fire safety engineering — Requirements governing algebraic formulae — Part 6: Flashover related
phenomena
Deleted: ¶
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Sommaire Page¶
Avant-propos¶
L'ISO
Type du document: Norme internationale
Sous‐type du document:
Stade du document: (60) Publication
Langue du document: F
ISO_24678‐6_(F).doc
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ISO 24678-6:2016(F)
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes
Deleted: d'organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est
Deleted: l'ISO). L'élaboration
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Deleted: l'ISO
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gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.
Deleted: l'ISO
L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
Deleted: L'ISO
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
Deleted:
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
Deleted: .
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2
Deleted: d'approbation
(voir www.iso.org/directives).
Deleted:
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Deleted: L'attention
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Deleted: l'objet
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Deleted: l'élaboration
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Il est possible de consulter la liste contenant toutes les parties de l’ISO 24678 sur le site Internet de
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ii © ISO 2016 – Tous droits réservés
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ISO 24678-6:2016(F)
Introduction
Le présent document est destiné à être utilisé par les praticiens de la sécurité incendie impliqués dans
les méthodes de calcul utilisées dans l’ingénierie de la sécurité incendie. Ces praticiens comprennent,
par exemple, les ingénieurs en sécurité incendie; les autorités compétentes telles que: les fonctionnaires
Deleted:
territoriaux, le personnel de lutte contre l’incendie, le personnel chargé de faire appliquer des mesures
Deleted:
réglementaires et le législateur. Il est prévu que les utilisateurs du présent document possèdent une
qualification et une compétence appropriées dans le domaine de l’ingénierie de la sécurité incendie. Il
est particulièrement important que les utilisateurs comprennent les paramètres pour lesquels des
méthodologies particulières peuvent être employées.
Les formules algébriques conformes aux exigences du présent document sont utilisées conjointement
avec d’autres méthodes de calcul d’ingénierie lors de la conception de la sécurité contre l’incendie. Cette
conception est précédée de la détermination d’un contexte, y compris les objectifs devant être atteints
en matière de sécurité contre l’incendie, ainsi que de critères de performance lorsqu’un plan
expérimental de sécurité incendie est confronté à des scénarios d’incendie de dimensionnement
spécifiés. Les méthodes de calcul d’ingénierie sont utilisées pour déterminer si ces critères de
performance seront satisfaits par une conception donnée et, dans la négative, la manière dont la
conception doit être modifiée.
Les calculs d’ingénierie ont notamment pour objet la conception sûre en matière d’incendie des
environnements bâtis entièrement neufs, par exemple les bâtiments, les navires ou les véhicules, ainsi
que l’évaluation de la sécurité contre l’incendie des environnements bâtis existants.
Les formules algébriques mentionnées dans le présent document sont très utiles pour estimer les
conséquences des scénarios d’incendie de dimensionnement. Ces formules sont particulièrement utiles
dans la mesure où elles permettent au praticien de déterminer rapidement la manière dont il convient
de modifier un plan provisoire de sécurité incendie pour répondre aux critères de performance. Ainsi,
les calculs numériques détaillés peuvent être repoussés jusqu’à l’étape de documentation de la
conception finale. Les domaines dans lesquels des formules algébriques se sont avérées applicables
comprennent, par exemple, la détermination du transfert de chaleur, par convection et par
rayonnement, des panaches de feu, la prédiction des propriétés des écoulements en jet sous plafond
régissant les temps de réponse des détecteurs, le calcul du transport de la fumée dans les ouvertures de
ventilation et l’analyse des dangers d’un feu en compartiment tels que le remplissage par la fumée et
l’embrasement généralisé.
En ce qui concerne les phénomènes d’embrasement généralisé, des formules algébriques sont souvent
utilisées pour estimer le seuil (minimum) du débit calorifique nécessaire pour produire un
embrasement généralisé dans l’espace considéré. Ces estimations peuvent suggérer des restrictions
relatives aux composants inflammables ou un système adapté de détection incendie et de suppression
permettant de limiter le débit calorifique maximal attendu en dessous de celui susceptible de produire
un embrasement généralisé. Ces formules sont développées de manière empirique à partir
d’expériences réalisées dans des enceintes relativement petites rectilignes de mêmes dimensions et
dont les parois et le plafond présentent des propriétés thermiques similaires. Ainsi, le calcul du seuil
des débits calorifiques (embrasement généralisé) ne tient pas compte des nombreuses variables
compliquant les feux en milieu confiné. Il convient donc que ces valeurs calculées soient considérées
comme des estimations préliminaires. En définitive, ces estimations peuvent être utiles pour vérifier les
résultats des modèles à zones et des modèles numériques plus complets, qui calculent la croissance du
feu et ses conséquences.
L’ISO 23932 est étayée par un ensemble disponible de documents relatifs à l’ingénierie de la sécurité
Deleted: Normes internationales
relatives
incendie qui contiennent les méthodes et les données nécessaires aux étapes de la conception technique
© ISO 2016 – Tous droits réservés iii
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ISO 24678-6:2016(F)
de la sécurité incendie décrites dans l’ISO 23932:2009, Article 4 et illustrées par la Figure 1 (extraite de
la norme ISO 23932:2009, Article 4). Cet ensemble de documents est appelé Système global
Deleted: Normes internationales
d’information et d’analyse de l’ingénierie de la sécurité incendie. Cette approche globale ainsi que le
système de documents permettent de mieux comprendre les interactions qui existent entre les
Deleted: normes
évaluations des incendies lors de l’utilisation de l’ensemble de documents relatifs à l’ingénierie de la
Deleted: Normes internationales relatives
sécurité incendie. Cet ensemble comprend les documents suivants: ISO 16730‐1, ISO 16732‐1,
Deleted: normes suivantes
ISO 16733‐1, ISO 16734, ISO 16735, ISO 16736, ISO 16737, ISO/TS 13447, ISO/TS 24679, ISO/TS 29761
ainsi que d’autres rapports techniques spécifiant des exemples et des documents d’orientation sur
l’application de ces documents.
Deleted: Normes internationales
L’introduction de chaque document étayant le Système global d’information et d’analyse de l’ingénierie
Deleted: Norme internationale
de la sécurité incendie inclut la langue afin de relier ledit document aux étapes du processus de
Deleted: ladite Norme internationale
conception technique de sécurité incendie décrit dans l’ISO 23932. L’ISO 23932 exige que les méthodes
d’ingénierie soient sélectionnées de manière appropriée afin de prédire les conséquences d’un incendie
dans le cadre de scénarios spécifiques ainsi que les éléments du scénario. (ISO 23932:2009, Article 10)
Conformément aux exigences de l’ISO 23932, le présent document spécifie les exigences régissant les
Deleted: Cette Norme internationale
formules algébriques liées à l’ingénierie de la sécurité incendie. Cette étape du processus de l’ingénierie
de la sécurité incendie apparait dans l’encadré grisé de la Figure 1, elle est décrite dans l’ISO 23932.
iv © ISO 2016 – Tous droits réservés
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ISO 24678-6:2016(F)
Deleted: ¶
Formatted: Font:
NOTE Extrait de l’ISO 23932:2009, Article 4.
Figure 1 — Processus d’ingénierie de la sécurité incendie: Diagramme de dimensionnement,
Deleted:
d’implémentation et d’entretien
© ISO 2016 – Tous droits réservés v
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NORME INTERNATIONALE ISO 24678-6:2016(F)
Ingénierie de la sécurité incendie — Exigences régissant les
Deleted:
formules algébriques — Partie 6: Phénomènes liés à
Deleted:
l’embrasement généralisé
1 Domaine d’application
Le présent document spécifie les exigences permettant de régir l’application d’ensembles de formules
algébriques explicites pour le calcul des phénomènes liés à l’embrasement généralisé.
Le présent document est une mise en application des exigences générales spécifiées dans l’ISO 16730‐1
pour les calculs relatifs à la dynamique du feu impliquant des ensembles de formules algébriques
explicites.
Le présent document est organisé sous forme d’un modèle dans lequel les informations spécifiques
relatives aux formules algébriques pour l’embrasement généralisé sont fournies pour satisfaire aux
types suivants d’exigences générales:
Deleted:
Deleted:
a) description des phénomènes physiques traités par la méthode de calcul;
Deleted:
b) documentation du mode opératoire de calcul et de sa base scientifique;
Deleted:
Deleted:
c) limites de la méthode de calcul;
Deleted: Des exemples
d’ensembles de formules
d) paramètres d’entrée de la méthode de calcul;
algébriques satisfaisant aux
exigences du présent document
e) domaine d’application de la méthode de calcul.
seront fournis dans des annexes
séparées de ce document.
L’Annexe A contient un ensemble de formules algébriques dont chacune permet de calculer le débit
Actuellement, l’Annexe
calorifique minimal nécessaire pour provoquer un embrasement généralisé dans des enceintes de taille
Deleted: ci‐après,
résidentielle.
Deleted: intégralité ou non, sont
2 Références normatives
Deleted: références normatives
indispensables à l’application
Les documents suivants cités dans le texte constituent, pour tout ou partie de leur contenu, des
Deleted: l'édition
exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique. Pour les
Deleted: s'applique
références non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les éventuels
Deleted:
amendements).
Deleted:
ISO 16730‐1, Ingénierie de la sécurité incendie — Procédures et exigences pour la vérification et la
Deleted: .
validation des méthodes de calcul — Partie 1: Généralités
Deleted: ISO 16735, Ingénierie de
la sécurité incendie — Exigences
3 Termes et définitions
régissant les équations
algébriques — Couches de fumée.¶
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions de l’ISO 13943 ainsi que les suivants,
ISO 5725 (toutes les parties),
s’appliquent.
Application de la statistique —
Exactitude (justesse et fidélité) des
résultats et méthodes de mesure.¶
© ISO 2016 – Tous droits réservés 1
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ISO 24678-6:2016(F)
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
Deleted:
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http://www.electropedia.org/;
Deleted:
Deleted: http://www.electropedia.org/ ;
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse http://www.iso.org/obp.
Deleted:
3.1
débit calorifique critique pour un embrasement généralisé
débit calorifique minimal d’un feu dans une enceinte nécessaire pour provoquer un embrasement
généralisé dans cette enceinte
4 Symboles Deleted: et abréviations
Les symboles utilisés dans les formules de l'Annexe A pour déterminer le point d’amorce de
Deleted: A
... [1]
l’embrasement généralisé sont donnés en A.2.
5 Exigences régissant la description des phénomènes physiques
5.1 L’amorce de l’embrasement généralisé est un phénomène thermophysique complexe pouvant
être extrêmement transitoire. Sous l’effet d’une combustion dans une enceinte, une couche de fumée
chaude se développe dans la partie supérieure, tel que mentionné dans l’ISO 16735. Un échange de
chaleur et de masse s’opère dans l’enceinte. Le transfert thermique radiatif et convectif vers la surface
du combustible peut augmenter le débit calorifique. Pour déterminer le point d’amorce de
l’embrasement généralisé, il convient de tenir compte des interactions entre les phénomènes.
5.2 Les phénomènes d’embrasement généralisé à calculer ainsi que leurs plages utiles doivent être
clairement identifiés, y compris les caractéristiques présumées par association avec les grandeurs
calculées.
5.3 Les éléments de scénario (par exemple, un environnement à deux couches) auxquels les formules
spécifiques s’appliquent doivent être clairement identifiés.
5.4 Étant donné que différentes formules décrivent différentes caractéristiques d’un embrasement
généralisé (5.2) ou s’appliquent à différents scénarios (5.3), il doit être démontré que, si plusieurs
méthodes permettent de calculer une grandeur donnée, une orientation doit être donnée pour le choix
des méthodes appropriées. Un exemple descriptif est donné en Annexe A.
Deleted: de description
6 Exigences régissant la documentation
6.1 Le mode opératoire à suivre pour réaliser les calculs doit être décrit par un ensemble de formules
algébriques.
6.2 Chaque formule doit être présentée dans un article distinct contenant une phrase pour décrire le
résultat de la formule ainsi que des notes explicatives et les limites propres à la formule présentée.
6.3 Chaque variable de l’ensemble de formules doit être clairement définie, avec les unités SI
appropriées, bien que les versions des formules avec des coefficients sans dimension soient préférées.
6.4 La base scientifique de l’ensemble de formules doit être donnée par référence à des manuels
reconnus, à la littérature scientifique évaluée par des pairs ou par des dérivations, selon le cas.
2 © ISO 2016 – Tous droits réservés
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ISO 24678-6:2016(F)
6.5 Des exemples doivent montrer comment l’ensemble de formules est évalué, en utilisant, pour tous
les paramètres d’entrée, des valeurs conformes aux exigences de l’Article 6.
7 Exigences régissant les limites
7.1 Les limites quantitatives à l’application directe de l’ensemble de formules algébriques pour
calculer les paramètres de sortie, cohérentes avec les scénarios décrits à l’Article 6, doivent être
spécifiées.
7.2 Des avertissements relatifs à l’utilisation de l’ensemble de formules algébriques dans une
méthode de calcul plus générale doivent être fournis, ces avertissements devant comprendre un
contrôle de la cohérence avec les autres relations utilisées dans la méthode de calcul et les modes
opératoires numériques utilisés.
8 Exigences régissant les paramètres d’entrée
8.1 Les paramètres d’entrée de l’ensemble de formules algébriques doivent être clairement définis,
par exemple les dimensions géométriques des surfaces et des ouvertures de l’enceinte, les
emplacements spécifiques des ouvertures, l’emplacement spécifique de la source d’incendie, les
propriétés physiques des limites physiques, les propriétés de combustion, etc.
8.2 L’origine des données relatives aux paramètres d’entrée doit être identifiée ou fournie
explicitement dans le document.
8.3 Le domaine de validité de chaque paramètre d’entrée doit être indiqué comme spécifié dans
l’ISO 16730‐1.
9 Exigences régissant le domaine d’application
9.1 Une ou plusieurs collectes de données mesurées doivent être identifiées pour déterminer le
domaine d’application de l’ensemble de formules. Ces données doivent présenter un certain niveau de
qualité [par exemple répétabilité, reproductibilité — voir l’ISO 5725 (toutes les parties)] évalué par un
mode opératoire documenté/normalisé.
9.2 Le domaine d’application des formules algébriques doit être déterminé par une comparaison avec
les données de mesurage en 9.1.
9.3 Les sources d’erreur possibles qui limitent l’ensemble de formules algébriques aux scénarios
spécifiques indiqués à l’Article 6 doivent être identifiées, par exemple l’hypothèse de couches de gaz
homogènes dans un espace confiné.
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ISO 24678-6:2016(F)
Annexe A
(informative) Deleted: )
Formules algébriques permettant de calculer le taux de dégagement de
chaleur minimal capable de provoquer un embrasement généralisé dans les
enceintes de taille résidentielle
A.1 Description des phénomènes physiques traités par l’ensemble de
formules
A.1.1 Généralités
Deleted: <#>Domaine d’application¶
Les ensembles de formules traités dans l'Annexe A ont tous été obtenus de manière empirique à partir
Deleted: cette annexe
de mesures de température et d’éclairement énergétique issues d’essais au cours desquels plusieurs
combustibles ont été brûlés dans des enceintes de dimensions et de construction similaires. Les essais
ont généralement été réalisés à des fins d’étude du comportement du feu en milieu confiné, y compris
du phénomène d’embrasement généralisé. En raison du fait que la température des produits de
combustion des incendies est substantiellement plus élevée que celle de l’air ambiant, les gaz contenus
dans l’enceinte se stratifient au contact des produits de combustion les moins denses pour former une
couche chaude croissante dans le volume du plafond de l’enceinte. Le taux de dégagement de chaleur
critique de déclenchement de l’embrasement généralisé (Q ) est atteint lorsque la température
fo
mesurée des couches chaudes dépasse 500 °C à 600 °C (environ 770 K à 870 K) et l’éclairement
2
énergétique vers la surface du plancher dépasse 20 kW/m ce qui est suffisant pour enflammer des
[12]
matières combustibles en un court laps de temps .
La plage d’application est limitée par la gamme de taille des essais à partir desquels ces formules ont été
obtenues; c’est‐à‐dire, les enceintes de volume moyen. Toutes ces formules ont été obtenues de manière
Deleted:
empirique sur la base d’enceintes de taille résidentielle et de petite taille. Les ensembles de
[12][13]
données analysés présentent d’importantes variations car ils sont issus d’enceintes
expérimentales similaires mais qui utilisent des blocs de combustible et des matériaux de revêtement
d’enceinte différents. Il est à noter que la plupart des relations algébriques abordées dans les
paragraphes suivants ont été obtenues à partir d’expériences réalisées dans des enceintes ventilées
naturellement. Seule une des formules développées convient à des conditions de ventilation forcée.
Pour évaluer l’incertitude, il sera nécessaire de le refaire pour chaque essai réalisé individuellement.
Les ensembles de formules, toutes normalisées par le coefficient d’ouvertureAH, relient Q à l’aire
fo
totale intérieure de l’enceinte et un facteur proportionnel à l’inertie thermique des surfaces de
l’enceinte. L’ensemble de formules obtenu représentant au mieux les données est identifié à l’aide des
données disponibles et des calculs de Q et d’une modélisation de feu par mécanique des fluides
fo
[14]
numérique .
Deleted:
A.1.2 Description générale de la méthode de calcul
Soit le cas d’un feu en croissance dans un compartiment, déclenché par exemple par une cigarette
tombée accidentellement sur un matelas dans une chambre. Le volume d’air est suffisant pour que la
combustion s’opère aux stades précoces de la croissance du feu. La combustion est dite contrôlée par le
combustible car le feu, y compris le débit calorifique résultant, est principalement influencé par les
facteurs liés au combustible tels que le type de combustible (le matelas) et sa configuration
4 © ISO 2016 – Tous droits réservés
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ISO 24678-6:2016(F)
(horizontale). Les produits de combustion ont tendance à se stratifier en une couche sous le plafond car
ils sont plus chauds, et donc moins denses que l’environnement ambiant. Il existe souvent une
démarcation très nette entre la couche supérieure de fumée chaude et la couche inférieure de fumée
relativement froide. À mesure que la combustion se poursuit, l’épaisseur et la température de la couche
chaude augmentent. Cela amplifie le transfert thermique radiatif et convectif vers les éléments de
combustion situés au‐dessous, qui à leur tour voient leur débit calorifique augmenter à la suite de la
hausse de la température de la couche supérieure, intensifiant ainsi les débits calorifiques des éléments
en combustion et des surfaces de l’enceinte. S’il y a suffisamment de combustible et qu’il est disposé de
sorte à intensifier la croissance du feu, ce dernier peut entrer dans une phase de transition appelée
embrasement généralisé.
L’embrasement généralisé est défini comme «un passage à l’état de combustion généralisée en surface
Deleted:
de l’ensemble des matériaux combustibles dans une enceinte». D’une manière générale, presque toutes
Deleted:
les surfaces inflammables exposées s’enflamment et brûlent durant l’embrasement généralisé. Il en
résulte un feu pleinement développé. Les embrasements généralisés représentent souvent le passage
du feu contrôlé par le combustible au feu contrôlé par la ventilation lorsque le débit calorifique est
limité par la disponibilité de l’oxygène, fourni par l’alimentation en air frais dans le compartiment. À la
suite d’un embrasement généralisé, il n’existe plus aucune distinction entre une couche supérieure
chaude et une couche inférieure froide. Ou plutôt, il n’existe plus qu’une seule zone bien mélangée de
gaz chaud. Une fois que le débit calorifique atteint son maximum, il reste relativement constant jusqu’à
ce qu’une grande partie du combustible présent dans le compartiment soit consumée. Le stade
postérieur à l’embrasement généralisé est le plus dangereux d’un feu en compartiment, il est donc
particulièrement intéressant d’estimer le débit calorifique critique au‐delà duquel le feu passe au stade
d’embrasement généralisé.
Si le phénomène d’embrasement généralisé est universellement admis, ce n’est pas le cas des conditions
critiques définissant son seuil. Des températures élevées comprises entre 500 °C et 600 °C, un
2
éclairement énergétique vers le sol de 20 kW/m et l’aspect des flammes aux ouvertures sont tous des
facteurs utilisés pour signaler l’éventualité d’un embrasement généralisé dans une enceinte.
L’embrasement généralisé est réputé comme s’étant produit lorsque deux des conditions sont
[15]
remplies. Comme la plupart des essais de feux en milieu confiné impliquent des mesures de [
Deleted:
température étendues, des modèles sont développés afin de prévoir les gradients thermiques verticaux
]
Deleted: .
et, le plus souvent, l’augmentation des températures de la couche supérieure dans la gamme ci‐dessus
est utilisée pour déterminer le point d’amorce de l’embrasement généralisé. Les formules algébriques
de l’embrasement généralisé prennent toujours ce critère en compte.
D’une manière générale, l’embrasement généralisé se produit dans une enceinte lorsque l’éclairement
2
énergétique vers le plancher est d’environ 20 kW/m. Ce niveau d’éclairement énergétique correspond
plus ou moins à une température de la couche supérieure d’environ 500 °C à 600 °C, en partant du
2
constat que l’éclairement énergétique émis par un corps noir à 600 °C est d’environ 20 kW/m.
A.1.3 Éléments de scénario auxquels l’ensemble de formules est applicable
L’ensemble de formules concerne la prédiction du débit calorifique minimal nécessaire pour provoquer
l’embrasement généralisé dans un compartiment. Sauf indication contraire, ces formules s’appliquent
aux feux ventilés naturellement, par exemple ceux pour lesquels l’effet de la ventilation forcée due aux
systèmes HVAC est négligeable. En outre, l’effet du vent est également négligeable.
A.1.4 Cohérence des ensembles de formules
L’ensemble de formules est développé d’une manière cohérente.
A.1.5 Normes et autres documents dans lesquels l’ensemble de formules est utilisé
© ISO 2016 – Tous droits réservés 5
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Aucun document spécifié.
A.2 Symboles
2
A aire de l’ouverture d’aération (m)
2
Af aire du plancher (m)
2
AT aire totale interne de l’enceinte à l’exclusion de l’aire de l’ouverture (m)
2
Awc aire des parois et du plafond (m)
−2 −1
h coefficient de transfert thermique efficace (kW·m ·K )
T
2 −4 −2 −1
(kρc) inertie thermique du revêtement du plancher (kJ·m ·K ·s )
f
2 −4 −2 −1
(kρc) inertie thermique du revêtement des parois et du plafond (kJ·m ·K ·s )
wc
H hauteur de l’ouverture de ventilation (m)
−1
débit de ventilation mécanique (kg·s )
m
débit calorifique (minimal) critique de déclenchement de l’embrasement généralisé (kW)
Q
fo
taux de dégagement de chaleur dans une enceinte (kW)
Q
taux de dégagement de chaleur de référence (=1 000 kW)
Q
0
t temps caractéristique d’amorce de l’embrasement généralisé (s)
c
tg temps caractéristique de croissance du feu (s)
5/2
coefficient d’ouverture (m )
AH
‐1/2
rapport entre l’aire de la surface interne et le coefficient d’ouverture (m )
AA/ H
T
A.3 Documentation relative à l’ensemble de formules
A.3.1 Généralités
Le débit calorifique minimal nécessaire pour provoquer un embrasement généralisé dans un
compartiment est généralement prédit en utilisant le bilan énergétique afin de calculer la température
de la couche supérieure en fonction du débit calorifique (et parfois le temps nécessaire), puis en
établissant une relation entre l’amorce de l’embrasement généralisé et certaines conditions critiques
dans le compartiment. Pour les besoins du calcul, on suppose généralement que l’embrasement
généralisé se produit lorsque l’augmentation de la température de la couche supérieure se trouve entre
2
500 °C et 600 °C ou lorsque l’éclairement énergétique vers le plancher dépasse environ 20 kW/m.
De manière empirique et théorique, les principaux facteurs affectant le débit calorifique minimal
d’amorce de l’embrasement généralisé ( Q ) sont l’aire (A) et la hauteur (H) de n’importe quelle
fo
ouverture d’un compartiment, l’aire totale des surfaces internes (A), et les propriétés thermiques des
T
matériaux de revêtement de l’enceinte. C’est pourquoi les corrélations d’embrasement généralisé qui
apparaissent dans la littérature peuvent être systématiquement exprimées sous la forme de la Formule
(A.1):
6 © ISO 2016 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 11 -------------------
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 24678-6
Première édition
2016-08-01
Ingénierie de la sécurité incendie —
Exigences régissant les formules
algébriques —
Partie 6:
Phénomènes liés à l’embrasement
généralisé
Fire safety engineering — Requirements governing algebraic
formulae —
Part 6: Flashover related phenomena
Numéro de référence
ISO 24678-6:2016(F)
©
ISO 2016
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sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie, l’affichage sur
l’internet ou sur un Intranet, sans autorisation écrite préalable. Les demandes d’autorisation peuvent être adressées à l’ISO à
l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
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Tel. +41 22 749 01 11
Fax +41 22 749 09 47
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www.iso.org
ii © ISO 2016 – Tous droits réservés
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Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Symboles . 2
5 Exigences régissant la description des phénomènes physiques . 2
6 Exigences régissant la documentation . 2
7 Exigences régissant les limites . 2
8 Exigences régissant les paramètres d’entrée . 3
9 Exigences régissant le domaine d’application . 3
Annexe A (informative) Formules algébriques permettant de calculer le taux de
dégagement de chaleur minimal capable de provoquer un embrasement généralisé
dans les enceintes de taille résidentielle . 4
Bibliographie .19
© ISO 2016 – Tous droits réservés iii
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ISO 24678-6:2016(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 appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. 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 signification des termes et expressions spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation
de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion de l’ISO aux principes de l’Organisation
mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles techniques au commerce (OTC), voir le lien
suivant: www.iso.org/iso/fr/avant-propos.html.
Le comité chargé de l’élaboration du présent document est l’ISO/TC 92, Sécurité incendie, sous-
comité SC 4, Ingénierie de la sécurité incendie.
Il est possible de consulter la liste contenant toutes les parties de l’ISO 24678 sur le site Internet de l’ISO.
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ISO 24678-6:2016(F)
Introduction
Le présent document est destiné à être utilisé par les praticiens de la sécurité incendie impliqués dans
les méthodes de calcul utilisées dans l’ingénierie de la sécurité incendie. Ces praticiens comprennent,
par exemple, les ingénieurs en sécurité incendie; les autorités compétentes telles que: les fonctionnaires
territoriaux, le personnel de lutte contre l’incendie, le personnel chargé de faire appliquer des mesures
réglementaires et le législateur. Il est prévu que les utilisateurs du présent document possèdent une
qualification et une compétence appropriées dans le domaine de l’ingénierie de la sécurité incendie.
Il est particulièrement important que les utilisateurs comprennent les paramètres pour lesquels des
méthodologies particulières peuvent être employées.
Les formules algébriques conformes aux exigences du présent document sont utilisées conjointement
avec d’autres méthodes de calcul d’ingénierie lors de la conception de la sécurité contre l’incendie. Cette
conception est précédée de la détermination d’un contexte, y compris les objectifs devant être atteints en
matière de sécurité contre l’incendie, ainsi que de critères de performance lorsqu’un plan expérimental
de sécurité incendie est confronté à des scénarios d’incendie de dimensionnement spécifiés. Les
méthodes de calcul d’ingénierie sont utilisées pour déterminer si ces critères de performance seront
satisfaits par une conception donnée et, dans la négative, la manière dont la conception doit être
modifiée.
Les calculs d’ingénierie ont notamment pour objet la conception sûre en matière d’incendie des
environnements bâtis entièrement neufs, par exemple les bâtiments, les navires ou les véhicules, ainsi
que l’évaluation de la sécurité contre l’incendie des environnements bâtis existants.
Les formules algébriques mentionnées dans le présent document sont très utiles pour estimer les
conséquences des scénarios d’incendie de dimensionnement. Ces formules sont particulièrement utiles
dans la mesure où elles permettent au praticien de déterminer rapidement la manière dont il convient de
modifier un plan provisoire de sécurité incendie pour répondre aux critères de performance. Ainsi, les
calculs numériques détaillés peuvent être repoussés jusqu’à l’étape de documentation de la conception
finale. Les domaines dans lesquels des formules algébriques se sont avérées applicables comprennent,
par exemple, la détermination du transfert de chaleur, par convection et par rayonnement, des panaches
de feu, la prédiction des propriétés des écoulements en jet sous plafond régissant les temps de réponse
des détecteurs, le calcul du transport de la fumée dans les ouvertures de ventilation et l’analyse des
dangers d’un feu en compartiment tels que le remplissage par la fumée et l’embrasement généralisé.
En ce qui concerne les phénomènes d’embrasement généralisé, des formules algébriques sont
souvent utilisées pour estimer le seuil (minimum) du débit calorifique nécessaire pour produire un
embrasement généralisé dans l’espace considéré. Ces estimations peuvent suggérer des restrictions
relatives aux composants inflammables ou un système adapté de détection incendie et de suppression
permettant de limiter le débit calorifique maximal attendu en dessous de celui susceptible de produire
un embrasement généralisé. Ces formules sont développées de manière empirique à partir d’expériences
réalisées dans des enceintes relativement petites rectilignes de mêmes dimensions et dont les parois
et le plafond présentent des propriétés thermiques similaires. Ainsi, le calcul du seuil des débits
calorifiques (embrasement généralisé) ne tient pas compte des nombreuses variables compliquant
les feux en milieu confiné. Il convient donc que ces valeurs calculées soient considérées comme des
estimations préliminaires. En définitive, ces estimations peuvent être utiles pour vérifier les résultats
des modèles à zones et des modèles numériques plus complets, qui calculent la croissance du feu et ses
conséquences.
L’ISO 23932 est étayée par un ensemble disponible de documents relatifs à l’ingénierie de la sécurité
incendie qui contiennent les méthodes et les données nécessaires aux étapes de la conception technique
de la sécurité incendie décrites dans l’ISO 23932:2009, Article 4 et illustrées par la Figure 1 (extraite de
la norme ISO 23932:2009, Article 4). Cet ensemble de documents est appelé Système global d’information
et d’analyse de l’ingénierie de la sécurité incendie. Cette approche globale ainsi que le système de
documents permettent de mieux comprendre les interactions qui existent entre les évaluations des
incendies lors de l’utilisation de l’ensemble de documents relatifs à l’ingénierie de la sécurité incendie.
Cet ensemble comprend les documents suivants: ISO 16730-1, ISO 16732-1, ISO 16733-1, ISO 16734,
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ISO 24678-6:2016(F)
ISO 16735, ISO 16736, ISO 16737, ISO/TS 13447, ISO/TS 24679, ISO/TS 29761 ainsi que d’autres rapports
techniques spécifiant des exemples et des documents d’orientation sur l’application de ces documents.
L’introduction de chaque document étayant le Système global d’information et d’analyse de l’ingénierie
de la sécurité incendie inclut la langue afin de relier ledit document aux étapes du processus de
conception technique de sécurité incendie décrit dans l’ISO 23932. L’ISO 23932 exige que les méthodes
d’ingénierie soient sélectionnées de manière appropriée afin de prédire les conséquences d’un incendie
dans le cadre de scénarios spécifiques ainsi que les éléments du scénario. (ISO 23932:2009, Article 10)
Conformément aux exigences de l’ISO 23932, le présent document spécifie les exigences régissant les
formules algébriques liées à l’ingénierie de la sécurité incendie. Cette étape du processus de l’ingénierie
de la sécurité incendie apparait dans l’encadré grisé de la Figure 1, elle est décrite dans l’ISO 23932.
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ISO 24678-6:2016(F)
NOTE Extrait de l’ISO 23932:2009, Article 4.
Figure 1 — Processus d’ingénierie de la sécurité incendie: Diagramme de dimensionnement,
d’implémentation et d’entretien
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NORME INTERNATIONALE ISO 24678-6:2016(F)
Ingénierie de la sécurité incendie — Exigences régissant
les formules algébriques —
Partie 6:
Phénomènes liés à l’embrasement généralisé
1 Domaine d’application
Le présent document spécifie les exigences permettant de régir l’application d’ensembles de formules
algébriques explicites pour le calcul des phénomènes liés à l’embrasement généralisé.
Le présent document est une mise en application des exigences générales spécifiées dans l’ISO 16730-1
pour les calculs relatifs à la dynamique du feu impliquant des ensembles de formules algébriques
explicites.
Le présent document est organisé sous forme d’un modèle dans lequel les informations spécifiques
relatives aux formules algébriques pour l’embrasement généralisé sont fournies pour satisfaire aux
types suivants d’exigences générales:
a) description des phénomènes physiques traités par la méthode de calcul;
b) documentation du mode opératoire de calcul et de sa base scientifique;
c) limites de la méthode de calcul;
d) paramètres d’entrée de la méthode de calcul;
e) domaine d’application de la méthode de calcul.
L’Annexe A contient un ensemble de formules algébriques dont chacune permet de calculer le débit
calorifique minimal nécessaire pour provoquer un embrasement généralisé dans des enceintes de taille
résidentielle.
2 Références normatives
Les documents suivants cités dans le texte constituent, pour tout ou partie de leur contenu, des
exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique. Pour les
références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y compris les éventuels
amendements).
ISO 16730-1, Ingénierie de la sécurité incendie — Procédures et exigences pour la vérification et la
validation des méthodes de calcul — Partie 1: Généralités
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions de l’ISO 13943 ainsi que les suivants,
s’appliquent.
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http://www.electropedia.org/;
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse http://www.iso.org/obp.
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ISO 24678-6:2016(F)
3.1
débit calorifique critique pour un embrasement généralisé
débit calorifique minimal d’un feu dans une enceinte nécessaire pour provoquer un embrasement
généralisé dans cette enceinte
4 Symboles
Les symboles utilisés dans les formules de l’Annexe A pour déterminer le point d’amorce de
l’embrasement généralisé sont donnés en A.2.
5 Exigences régissant la description des phénomènes physiques
5.1 L’amorce de l’embrasement généralisé est un phénomène thermophysique complexe pouvant être
extrêmement transitoire. Sous l’effet d’une combustion dans une enceinte, une couche de fumée chaude
se développe dans la partie supérieure, tel que mentionné dans l’ISO 16735. Un échange de chaleur et de
masse s’opère dans l’enceinte. Le transfert thermique radiatif et convectif vers la surface du combustible
peut augmenter le débit calorifique. Pour déterminer le point d’amorce de l’embrasement généralisé, il
convient de tenir compte des interactions entre les phénomènes.
5.2 Les phénomènes d’embrasement généralisé à calculer ainsi que leurs plages utiles doivent être
clairement identifiés, y compris les caractéristiques présumées par association avec les grandeurs
calculées.
5.3 Les éléments de scénario (par exemple, un environnement à deux couches) auxquels les formules
spécifiques s’appliquent doivent être clairement identifiés.
5.4 Étant donné que différentes formules décrivent différentes caractéristiques d’un embrasement
généralisé (5.2) ou s’appliquent à différents scénarios (5.3), il doit être démontré que, si plusieurs
méthodes permettent de calculer une grandeur donnée, une orientation doit être donnée pour le choix
des méthodes appropriées. Un exemple descriptif est donné en Annexe A.
6 Exigences régissant la documentation
6.1 Le mode opératoire à suivre pour réaliser les calculs doit être décrit par un ensemble de formules
algébriques.
6.2 Chaque formule doit être présentée dans un article distinct contenant une phrase pour décrire le
résultat de la formule ainsi que des notes explicatives et les limites propres à la formule présentée.
6.3 Chaque variable de l’ensemble de formules doit être clairement définie, avec les unités SI
appropriées, bien que les versions des formules avec des coefficients sans dimension soient préférées.
6.4 La base scientifique de l’ensemble de formules doit être donnée par référence à des manuels
reconnus, à la littérature scientifique évaluée par des pairs ou par des dérivations, selon le cas.
6.5 Des exemples doivent montrer comment l’ensemble de formules est évalué, en utilisant, pour tous
les paramètres d’entrée, des valeurs conformes aux exigences de l’Article 6.
7 Exigences régissant les limites
7.1 Les limites quantitatives à l’application directe de l’ensemble de formules algébriques pour calculer
les paramètres de sortie, cohérentes avec les scénarios décrits à l’Article 6, doivent être spécifiées.
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7.2 Des avertissements relatifs à l’utilisation de l’ensemble de formules algébriques dans une méthode
de calcul plus générale doivent être fournis, ces avertissements devant comprendre un contrôle de
la cohérence avec les autres relations utilisées dans la méthode de calcul et les modes opératoires
numériques utilisés.
8 Exigences régissant les paramètres d’entrée
8.1 Les paramètres d’entrée de l’ensemble de formules algébriques doivent être clairement définis,
par exemple les dimensions géométriques des surfaces et des ouvertures de l’enceinte, les emplacements
spécifiques des ouvertures, l’emplacement spécifique de la source d’incendie, les propriétés physiques
des limites physiques, les propriétés de combustion, etc.
8.2 L’origine des données relatives aux paramètres d’entrée doit être identifiée ou fournie explicitement
dans le document.
8.3 Le domaine de validité de chaque paramètre d’entrée doit être indiqué comme spécifié dans
l’ISO 16730-1.
9 Exigences régissant le domaine d’application
9.1 Une ou plusieurs collectes de données mesurées doivent être identifiées pour déterminer le
domaine d’application de l’ensemble de formules. Ces données doivent présenter un certain niveau de
qualité [par exemple répétabilité, reproductibilité — voir l’ISO 5725 (toutes les parties)] évalué par un
mode opératoire documenté/normalisé.
9.2 Le domaine d’application des formules algébriques doit être déterminé par une comparaison avec
les données de mesurage en 9.1.
9.3 Les sources d’erreur possibles qui limitent l’ensemble de formules algébriques aux scénarios
spécifiques indiqués à l’Article 6 doivent être identifiées, par exemple l’hypothèse de couches de gaz
homogènes dans un espace confiné.
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Annexe A
(informative)
Formules algébriques permettant de calculer le taux de
dégagement de chaleur minimal capable de provoquer un
embrasement généralisé dans les enceintes de taille résidentielle
A.1 Description des phénomènes physiques traités par l’ensemble de formules
A.1.1 Généralités
Les ensembles de formules traités dans l’Annexe A ont tous été obtenus de manière empirique à partir
de mesures de température et d’éclairement énergétique issues d’essais au cours desquels plusieurs
combustibles ont été brûlés dans des enceintes de dimensions et de construction similaires. Les essais
ont généralement été réalisés à des fins d’étude du comportement du feu en milieu confiné, y compris du
phénomène d’embrasement généralisé. En raison du fait que la température des produits de combustion
des incendies est substantiellement plus élevée que celle de l’air ambiant, les gaz contenus dans
l’enceinte se stratifient au contact des produits de combustion les moins denses pour former une couche
chaude croissante dans le volume du plafond de l’enceinte. Le taux de dégagement de chaleur critique
de déclenchement de l’embrasement généralisé (Q ) est atteint lorsque la température mesurée des
fo
couches chaudes dépasse 500 °C à 600 °C (environ 770 K à 870 K) et l’éclairement énergétique vers la
2
surface du plancher dépasse 20 kW/m ce qui est suffisant pour enflammer des matières combustibles
[12]
en un court laps de temps .
La plage d’application est limitée par la gamme de taille des essais à partir desquels ces formules ont été
obtenues; c’est-à-dire, les enceintes de volume moyen. Toutes ces formules ont été obtenues de manière
[12]
empirique sur la base d’enceintes de taille résidentielle et de petite taille. Les ensembles de données
[13]
analysés présentent d’importantes variations car ils sont issus d’enceintes expérimentales similaires
mais qui utilisent des blocs de combustible et des matériaux de revêtement d’enceinte différents. Il
est à noter que la plupart des relations algébriques abordées dans les paragraphes suivants ont été
obtenues à partir d’expériences réalisées dans des enceintes ventilées naturellement. Seule une des
formules développées convient à des conditions de ventilation forcée. Pour évaluer l’incertitude, il sera
nécessaire de le refaire pour chaque essai réalisé individuellement.
Les ensembles de formules, toutes normalisées par le coefficient d’ouvertureAH , relient Q à l’aire
fo
totale intérieure de l’enceinte et un facteur proportionnel à l’inertie thermique des surfaces de l’enceinte.
L’ensemble de formules obtenu représentant au mieux les données est identifié à l’aide des données
[14]
disponibles et des calculs de Q et d’une modélisation de feu par mécanique des fluides numérique .
fo
A.1.2 Description générale de la méthode de calcul
Soit le cas d’un feu en croissance dans un compartiment, déclenché par exemple par une cigarette tombée
accidentellement sur un matelas dans une chambre. Le volume d’air est suffisant pour que la combustion
s’opère aux stades précoces de la croissance du feu. La combustion est dite contrôlée par le combustible
car le feu, y compris le débit calorifique résultant, est principalement influencé par les facteurs liés au
combustible tels que le type de combustible (le matelas) et sa configuration (horizontale). Les produits
de combustion ont tendance à se stratifier en une couche sous le plafond car ils sont plus chauds, et
donc moins denses que l’environnement ambiant. Il existe souvent une démarcation très nette entre la
couche supérieure de fumée chaude et la couche inférieure de fumée relativement froide. À mesure que
la combustion se poursuit, l’épaisseur et la température de la couche chaude augmentent. Cela amplifie
le transfert thermique radiatif et convectif vers les éléments de combustion situés au-dessous, qui à
leur tour voient leur débit calorifique augmenter à la suite de la hausse de la température de la couche
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supérieure, intensifiant ainsi les débits calorifiques des éléments en combustion et des surfaces de
l’enceinte. S’il y a suffisamment de combustible et qu’il est disposé de sorte à intensifier la croissance du
feu, ce dernier peut entrer dans une phase de transition appelée embrasement généralisé.
L’embrasement généralisé est défini comme «un passage à l’état de combustion généralisée en surface
de l’ensemble des matériaux combustibles dans une enceinte». D’une manière générale, presque toutes
les surfaces inflammables exposées s’enflamment et brûlent durant l’embrasement généralisé. Il en
résulte un feu pleinement développé. Les embrasements généralisés représentent souvent le passage du
feu contrôlé par le combustible au feu contrôlé par la ventilation lorsque le débit calorifique est limité
par la disponibilité de l’oxygène, fourni par l’alimentation en air frais dans le compartiment. À la suite
d’un embrasement généralisé, il n’existe plus aucune distinction entre une couche supérieure chaude et
une couche inférieure froide. Ou plutôt, il n’existe plus qu’une seule zone bien mélangée de gaz chaud.
Une fois que le débit calorifique atteint son maximum, il reste relativement constant jusqu’à ce qu’une
grande partie du combustible présent dans le compartiment soit consumée. Le stade postérieur à
l’embrasement généralisé est le plus dangereux d’un feu en compartiment, il est donc particulièrement
intéressant d’estimer le débit calorifique critique au-delà duquel le feu passe au stade d’embrasement
généralisé.
Si le phénomène d’embrasement généralisé est universellement admis, ce n’est pas le cas des conditions
critiques définissant son seuil. Des températures élevées comprises entre 500 °C et 600 °C, un
2
éclairement énergétique vers le sol de 20 kW/m et l’aspect des flammes aux ouvertures sont tous
des facteurs utilisés pour signaler l’éventualité d’un embrasement généralisé dans une enceinte.
L’embrasement généralisé est réputé comme s’étant produit lorsque deux des conditions sont remplies.
[15]
Comme la plupart des essais de feux en milieu confiné impliquent des mesures de température
étendues, des modèles sont développés afin de prévoir les gradients thermiques verticaux et, le plus
souvent, l’augmentation des températures de la couche supérieure dans la gamme ci-dessus est
utilisée pour déterminer le point d’amorce de l’embrasement généralisé. Les formules algébriques de
l’embrasement généralisé prennent toujours ce critère en compte.
D’une manière générale, l’embrasement généralisé se produit dans une enceinte lorsque l’éclairement
2
énergétique vers le plancher est d’environ 20 kW/m . Ce niveau d’éclairement énergétique correspond
plus ou moins à une température de la couche supérieure d’environ 500 °C à 600 °C, en partant du
2
constat que l’éclairement énergétique émis par un corps noir à 600 °C est d’environ 20 kW/m .
A.1.3 Éléments de scénario auxquels l’ensemble de formules est applicable
L’ensemble de formules concerne la prédiction du débit calorifique minimal nécessaire pour provoquer
l’embrasement généralisé dans un compartiment. Sauf indication contraire, ces formules s’appliquent
aux feux ventilés naturellement, par exemple ceux pour lesquels l’effet de la ventilation forcée due aux
systèmes HVAC est négligeable. En outre, l’effet du vent est également négligeable.
A.1.4 Cohérence des ensembles de formules
L’ensemble de formules est développé d’une manière cohérente.
A.1.5 Normes et autres documents dans lesquels l’ensemble de formules est utilisé
Aucun document spécifié.
A.2 Symboles
2
A aire de l’ouverture d’aération (m )
2
A aire du plancher (m )
f
2
A aire totale interne de l’enceinte à l’exclusion de l’aire de l’ouverture (m )
T
2
A aire des parois et du plafond (m )
wc
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−2 −1
h coefficient de transfert thermique efficace (kW·m ·K )
T
2 −4 −2 −1
(kρc) inertie thermique du revêtement du plancher (kJ ·m ·K ·s )
f
2 −4 −2 −1
(kρc) inertie thermique du revêtement des parois et du plafond (kJ ·m ·K ·s )
wc
H hauteur de l’ouverture de ventilation (m)
−1
débit de ventilation mécanique (kg·s )
m
débit calorifique (minimal) critique de déclenchement de l’embrasement généralisé (kW)
Q
fo
taux de dégagement de chaleur dans une enceinte (kW)
Q
taux de dégagement de chaleur de référence (=1 000 kW)
Q
0
t temps caractéristique d’amorce de l’embrasement généralisé (s)
c
t temps caractéristique de croissance du feu (s)
g
5/2
coefficient d’ouverture (m )
AH
-1/2
rapport entre l’aire de la surface interne et le coefficient d’ouverture (m )
AA/ H
T
A.3 Documentation relative à l’ensemble de formules
A.3.1 Généralités
Le débit calorifique minimal nécessaire pour provoquer un embrasement généralisé dans un
compartiment est généralement prédit en utilisant le bilan énergétique afin de calculer la température
de la couche supérieure en fonction du débit calorifique (et parfois le temps nécessaire), puis en
établissant une relation entre l’amorce de l’embrasement généralisé et certaines conditions critiques
dans le compartiment. Pour les besoins du calcul, on suppose généralement que l’embrasement
généralisé se produit lorsque l’augmentation de la température de la couche supérieure se trouve entre
2
500 °C et 600 °C ou lorsque l’éclairement énergétique vers le plancher dépasse environ 20 kW/m .
De manière empiriq
...
Questions, Comments and Discussion
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