Respiratory protective devices -- Human factors

ISO/TS 16976-5:2013 is one of a series of Technical Specifications that provide information on factors related to human anthropometry, physiology, ergonomics and performance for the preparation of standards for design, testing and use of respiratory protective devices. It contains information related to thermal effects of respiratory protective devices on the human body, in particular: temperatures of surfaces associated with discomfort sensation and harmful effects on human tissues; thermal effects of breathing gas temperatures on lung airways and tissues; effects of breathing gas temperature and humidity on respiratory heat exchange; effects of respiratory protective devices on overall body heat exchange. The information represents data for adult healthy men and women aged between 20 and 60 years.

Dispositifs de protection respiratoire -- Facteurs humains

L'ISO/TS 16976-5:2013 fait partie d'une série de Spécifications techniques fournissant des informations sur les facteurs liés ŕ l'anthropométrie, la physiologie humaine, l'ergonomie et les performances en vue de l'élaboration de normes relatives ŕ la conception, aux essais et ŕ l'utilisation d'appareils de protection respiratoire. Elle contient des informations relatives aux effets thermiques des appareils de protection respiratoire sur le corps humain, portant notamment sur les températures de surfaces associées ŕ une sensation d'inconfort et ŕ des effets nocifs sur les tissus humains, les effets thermiques des températures du gaz respirable sur les voies respiratoires et les tissus pulmonaires, les effets de la température et de l'humidité du gaz respirable sur les échanges thermiques respiratoires et les effets des appareils de protection respiratoire sur les échanges thermiques globaux du corps. Les informations fournies représentent les données relatives ŕ des hommes et femmes adultes de 20 ans ŕ 60 ans.

General Information

Status
Replaced
Publication Date
17-Oct-2013
Withdrawal Date
17-Oct-2013
Current Stage
6060 - International Standard published
Start Date
19-Sep-2013
Completion Date
18-Oct-2013
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Standards Content (sample)

TECHNICAL ISO/TS
SPECIFICATION 16976-5
First edition
2013-11-01
Respiratory protective devices —
Human factors —
Part 5:
Thermal effects
Dispositifs de protection respiratoire — Facteurs humains —
Partie 5: Effets thermiques
Reference number
ISO/TS 16976-5:2013(E)
ISO 2013
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ISO/TS 16976-5:2013(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
© ISO 2013

All rights reserved. Unless otherwise specified, no part of this publication may be reproduced or utilized otherwise in any form

or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting on the internet or an intranet, without prior

written permission. Permission can be requested from either ISO at the address below or ISO’s member body in the country of

the requester.
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Fax + 41 22 749 09 47
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Published in Switzerland
ii © ISO 2013 – All rights reserved
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ISO/TS 16976-5:2013(E)
Contents Page

Foreword ........................................................................................................................................................................................................................................iv

Introduction ..................................................................................................................................................................................................................................v

1 Scope ................................................................................................................................................................................................................................. 1

2 Normative references ...................................................................................................................................................................................... 1

3 Terms, definitions, symbols and abbreviated terms ....................................................................................................... 2

3.1 Terms and definitions ....................................................................................................................................................................... 2

3.2 Symbols and abbreviated terms............................................................................................................................................... 2

4 Local thermal effects ........................................................................................................................................................................................ 2

4.1 General ........................................................................................................................................................................................................... 2

4.2 Effects on skin contact by the RPD ........................................................................................................................................ 2

4.3 Hot surfaces ............................................................................................................................................................................................... 3

4.4 Cold surfaces ............................................................................................................................................................................................. 4

4.5 Effects of inhaled breathable gas to airways and lung tissues ....................................................................... 8

5 Effects on whole body heat balance ...............................................................................................................................................10

5.1 Respiratory heat exchange ........................................................................................................................................................10

5.2 Skin surface heat exchange .......................................................................................................................................................11

5.3 Increased metabolic rate .............................................................................................................................................................12

5.4 Thermoneutral conditions .........................................................................................................................................................12

5.5 Heat stress ...............................................................................................................................................................................................12

5.6 Cold stress ................................................................................................................................................................................................13

Bibliography .............................................................................................................................................................................................................................15

© ISO 2013 – All rights reserved iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO/TS 16976-5:2013(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. 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. 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 WTO principles in the Technical

Barriers to Trade (TBT) see the following URL: Foreword - Supplementary information

The committee responsible for this document is ISO/TC 94, Personal safety — Protective clothing and

equipment, Subcommittee SC 15, Respiratory protective devices.

ISO/TS 16976 consists of the following parts, under the general title Respiratory protective devices —

Human factors:
— Part 1: Metabolic rates and respiratory flow rates [Technical Specification]
— Part 2: Anthropometrics [Technical Specification]

— Part 3: Physiological responses and limitations of oxygen and limitations of carbon dioxide in the

breathing environment [Technical Specification]

— Part 4: Work of breathing and breathing resistance: Physiologically based limits [Technical Specification]

— Part 5: Thermal effects [Technical Specification]
— Part 7: Hearing and speech [Technical Specification]
— Part 8: Ergonomic factors [Technical Specification]
The following parts are under preparation:
— Part 6: Psycho-physiological effects [Technical Specification]
iv © ISO 2013 – All rights reserved
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ISO/TS 16976-5:2013(E)
Introduction

For an appropriate design, selection and use of respiratory protective devices, basic physiological

demands of the user must be considered. The function of a respiratory protective device, the way it is

designed and used and the properties of its material may have a thermal effect on the human body.

This part of ISO/TS 16976 belongs to a series of documents providing basic physiological and

anthropometric data on humans. It contains information about thermal effects associated with wearing

respiratory protective devices
© ISO 2013 – All rights reserved v
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TECHNICAL SPECIFICATION ISO/TS 16976-5:2013(E)
Respiratory protective devices — Human factors —
Part 5:
Thermal effects
1 Scope

This part of ISO 16976 is one of a series of Technical Specifications that provide information on factors

related to human anthropometry, physiology, ergonomics and performance for the preparation of

standards for design, testing and use of respiratory protective devices. It contains information related

to thermal effects of respiratory protective devices on the human body, in particular:

— temperatures of surfaces associated with discomfort sensation and harmful effects on human tissues;

— thermal effects of breathing gas temperatures on lung airways and tissues;

— effects of breathing gas temperature and humidity on respiratory heat exchange;

— effects of respiratory protective devices on overall body heat exchange.

The information represents data for adult healthy men and women in the age 20–60 years.

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 7730, Ergonomics of the thermal environment — Analytical determination and interpretation of thermal

comfort using calculation of the PMV and PPD indices and local thermal comfort criteria

ISO 7933, Ergonomics of the thermal environment — Analytical determination and interpretation of heat

stress using calculation of the predicted heat strain

ISO 11079, Ergonomics of the thermal environment — Determination and interpretation of cold stress when

using required clothing insulation (IREQ) and local cooling effects

ISO 13732-1, Ergonomics of the thermal environment — Methods for the assessment of human responses to

contact with surfaces — Part 1: Hot surfaces

ISO 13732-3, Ergonomics of the thermal environment — Methods for the assessment of human responses to

contact with surfaces — Part 3: Cold surfaces

ISO 16972, Respiratory protective devices — Terms, definitions, graphical symbols and units of measurement

ISO/TS 16976-1, Respiratory protective devices — Human factors — Part 1: Metabolic rates and

respiratory flow rates

ISO/TS 16976-3, Respiratory protective devices — Human factors — Part 3: Physiological responses and

limitations of oxygen and limitations of carbon dioxide in the breathing environment

© ISO 2013 – All rights reserved 1
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ISO/TS 16976-5:2013(E)
3 Terms, definitions, symbols and abbreviated terms
3.1 Terms and definitions

For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 16972 and the following apply.

3.1.1
clo
unit for the expression of the thermal insulation of clothing
Note 1 to entry: 1 clo is equal to 0,155 m °C/W.
3.1.2
insulation required
IREQ
cold stress index as determined according to ISO 11079
3.1.3
metabolic rate
physiological energy utilization per unit of time
3.1.4
predicted heat strain
PHS
heat stress index as determined according to ISO 7933
3.2 Symbols and abbreviated terms
PPE personal protective equipment
RPD respiratory protective device
PMV predicted mean vote
PPD predicted percentage dissatisfied
T surface temperature: temperature of the surface contacted by skin
T ambient temperature: temperature of the air surrounding the body or inhaled

T contact temperature: temperature of the interface between skin and contacted surface

T rectal temperature: temperature of the core body
4 Local thermal effects
4.1 General

The effects of heat and cold described hereafter will vary according to individual sensitivity.

[1]
Notice should be taken of the assessment scales given in ISO 8996.
4.2 Effects on skin contact by the RPD

Heat transfer by conduction takes place via the hands when handling the equipment and via face, head

and torso during the actual use of the equipment.
2 © ISO 2013 – All rights reserved
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ISO/TS 16976-5:2013(E)

Parts of RPD are, by their very nature, in more or less direct contact with naked human skin for example

in the face. In contact areas heat exchange will be affected. The magnitude of this effect is dependent

on contact pressure, structure of surfaces, size of contact area, mass of material in contact, thermal

conditions and thermal properties of materials in contact.

Materials used in RPD are mostly made of materials with low conductive heat transfer properties.

Exceptions are metal parts, in particular, if they are not insulated.

In extreme hot or cold environments the ambient conditions may heat or cool the RPD or parts of it,

thereby increasing the risk of a thermal effect on the skin.

A risk assessment of contact cooling or heating of the bare skin shall be based on

ISO 13732-1, for hot surfaces, and
ISO 13732-3, for cold surfaces.

Exposure values and criteria used in the figures below are based on hand or body skin surface contacts. Face

skin is likely to be more sensitive in particular to discomfort and more conservative values should be used.

4.3 Hot surfaces

ISO 13732-1 provides comprehensive information about the risk of bare skin contacting different types

of materials at different temperatures. Figure 1 shows surface temperatures of polished metal that may

cause skin burns. This condition appears to be the most severe case, but other metals such as steel and

copper maybe as harmful at similar or slightly higher temperatures. Other materials like plastic, glass

and ceramics require considerably higher temperature to cause harm to bare skin.

For long contact duration (10 min and longer) the burn threshold doesn’t depend on the type of material.

For these materials the zone 3 “safe surface” in Figure 1 moves up to the line 4, i.e. upper limit

© ISO 2013 – All rights reserved 3
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ISO/TS 16976-5:2013(E)
Key
t contact duration, in s
T surface temperature, in °C
1 Zone 1 indicates a high risk of skin burn
2 Zone 2 indicates a possible risk of skin burn
3 Zone 3 indicates safe surface temperatures
4 upper limit
5 lower limit

Figure 1 — Surface temperature of uncoated, polished metallic surfaces with similar heat

conductivity properties that may cause skin burns within 10 s

RPD is likely to be used for short duration timed in minutes and longer duration timed in hours. Table 1

indicates burn thresholds for contact periods of 1 min and longer for different materials (modified from

ISO 13732-1). Values apply for contact areas that are less than 10 % of the body surface, so they should

apply for most RPD.
Table 1 — Burn threshold for contact periods of 1 min and longer
Material 1 min 10 min 8 h and longer
°C °C °C
Uncoated metal 51 48 43
Coated metal 51 48 43
Ceramics, glass and 56 48 43
stone materials
Plastics 60 48 43
Wood 60 48 43
4.4 Cold surfaces

ISO 13732-3 provides detailed information about the assessment of cooling effects on skin in contact

with various types of cold surfaces. Information is given about five types of materials: aluminium, steel,

stone, plastic and wood. For each of the materials three criteria for cooling are applied.

4 © ISO 2013 – All rights reserved
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ISO/TS 16976-5:2013(E)

As with a hot surface, contact with a small skin surface area with cold, metallic goods may rapidly cool

the skin and eventually result in local frostbite. Figure 2 shows cooling curves obtained with the finger

tip touching surfaces of steel and aluminium at temperature of −20°C, −30°C, −40 °C and −50 °C. The

contact temperature (T ), which is likely to be very close to the skin surface temperature drops to below

[3]

0°C within few seconds when touching the metal surfaces. The risk of developing local frostbite is

highly probable.
[3]
Studies have shown that

— cooling to a skin temperature of 0 °C is associated with an imminent risk of tissue freezing “frostbite”

— Cooling to a skin temperature of −7 °C is associated with the gradual development of numbness

— Cooling to a skin temperature of −15 °C is associated with the experience of pain

a) Steel
b) Aluminium
Key
t contact duration, in s
T contact temperature, in °C
1 − 20 °C
2 − 30 °C
3 − 40 °C
4 − 50 °C (estimated value shown, no published data available)

Figure 2 — Change in Tc of finger in contact with metallic surfaces at temperatures of −20 °C,

−30 °C, −40 °C and −50 °(estimated)
© ISO 2013 – All rights reserved 5
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ISO/TS 16976-5:2013(E)

Figures 3 to 5 show the surface temperature of a specific material that might cause the different type of

[3]
cooling effects.
Key
t contact duration, in s
T surface temperature, in °C
1 aluminium
2 steel
3 stone

Figure 3 — Frostbite threshold — Acceptable surface temperature as function of time for T to

reach 0 °C (finger touching cold surfaces between 0,5 s and 100 s)
6 © ISO 2013 – All rights reserved
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ISO/TS 16976-5:2013(E)
Key
t contact duration, in s
T surface temperature, in °C
1 aluminium
2 steel
3 stone
4 nylon
5 wood

Figure 4 — Numbness threshold — Acceptable surface temperature as function of time for T to

reach −7 °C (finger touching cold surfaces between 0,5 s and 100 s)
© ISO 2013 – All rights reserved 7
---------------------- Page: 12 ----------------------
ISO/TS 16976-5:2013(E)
Key
t contact duration, in s
T surface temperature, in °C
1 aluminium
2 steel
3 stone
4 nylon
5 wood

Figure 5 — Pain threshold — Acceptable surface temperature as function of time for T to reach

−15 °C (finger touching cold surfaces between 0,5 s and 100 s)
4.5 Effects of inhaled breathable gas to airways and lung tissues
4.5.1 General RPD function

During respiration there is a heat exchange function also for the RPD. There is at least initially a cooling

...

SPÉCIFICATION ISO/TS
TECHNIQUE 16976-5
Première édition
2013-11-01
Dispositifs de protection
respiratoire — Facteurs humains —
Partie 5:
Effets thermiques
Respiratory protective devices — Human factors —
Part 5: Thermal effects
Numéro de référence
ISO/TS 16976-5:2013(F)
ISO 2013
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO/TS 16976-5:2013(F)
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
© ISO 2013

Droits de reproduction réservés. Sauf indication contraire, aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni utilisée

sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie, 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.
ISO copyright office
Case postale 56 • CH-1211 Geneva 20
Tel. + 41 22 749 01 11
Fax + 41 22 749 09 47
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Publié en Suisse
ii © ISO 2013 – Tous droits réservés
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ISO/TS 16976-5:2013(F)
Sommaire Page

Avant-propos ..............................................................................................................................................................................................................................iv

Introduction ..................................................................................................................................................................................................................................v

1 Domaine d’application ................................................................................................................................................................................... 1

2 Références normatives ................................................................................................................................................................................... 1

3 Termes, définitions, symboles et abréviations ..................................................................................................................... 2

3.1 Termes et définitions ......................................................................................................................................................................... 2

3.2 Symboles et abréviations ............................................................................................................................................................... 2

4 Effets thermiques locaux ............................................................................................................................................................................. 2

4.1 Généralités .................................................................................................................................................................................................. 2

4.2 Effets d’un contact cutané avec l’APR................................................................................................................................... 3

4.3 Surfaces chaudes ................................................................................................................................................................................... 3

4.4 Surfaces froides ...................................................................................................................................................................................... 4

4.5 Effets du gaz respirable inhalé sur les voies respiratoires et les tissus pulmonaires ................ 9

5 Effets sur l’équilibre thermique du corps entier .............................................................................................................11

5.1 Échanges thermiques respiratoires ...................................................................................................................................11

5.2 Échanges thermiques au niveau de la surface de la peau ...............................................................................12

5.3 Métabolisme énergétique accru ............................................................................................................................................13

5.4 Conditions thermoneutres .........................................................................................................................................................13

5.5 Contrainte thermique .....................................................................................................................................................................14

5.6 Contrainte liée au froid .................................................................................................................................................................15

Bibliographie ...........................................................................................................................................................................................................................17

© ISO 2013 – Tous droits réservés iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO/TS 16976-5:2013(F)
Avant-propos

L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes

nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est

en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude

a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,

gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.

L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne

la normalisation électrotechnique.

Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont

décrites dans les Directives ISO/CEI, 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/CEI, 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 sur la liste ISO des déclarations de brevets reçues

(voir www.iso.org/patents).

Les éventuelles appellations commerciales utilisées dans le présent document sont données pour

information à l’intention des utilisateurs et ne constituent pas une approbation ou une recommandation.

Pour plus d’explications sur la signification des termes et expressions spécifiques employés par l’ISO

pour l’évaluation de la conformité, et pour plus d’informations au sujet de l’adhésion de l’ISO aux

principes de l’OMC relatifs aux obstacles techniques au commerce (OTC), voir l’URL suivante: Avant-

propos — Informations supplémentaires.

Le comité chargé de l’élaboration du présent document est l’ISO/TC 94, Sécurité individuelle ― Vêtements

et équipements de protection, sous-comité SC 15, Appareils de protection respiratoire.

L’ISO/TS 16976 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Appareils de protection

respiratoire — Facteurs humains:

— Partie 1: Régimes métaboliques et régimes des débits respiratoires [Spécification technique]

— Partie 2: Anthropométrie [Spécification technique]

— Partie 3: Réponses physiologiques et limitations en oxygène et en gaz carbonique dans l’environnement

respiratoire [Spécification technique]

— Partie 4: Travail de respiration et de résistance à la respiration: limites physiologiques

[Spécification technique]
— Partie 5: Effets thermiques [Spécification technique]
— Partie 7: Discours et audition [Spécification technique]
— Partie 8: Facteurs ergonomiques [Spécification technique]
La partie suivante est en préparation:
— Partie 6: Effets psycho-physiologiques [Spécification technique]
iv © ISO 2013 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO/TS 16976-5:2013(F)
Introduction

La conception, le choix et l’utilisation des appareils de protection respiratoire doivent répondre aux

exigences physiologiques fondamentales de l’utilisateur. Le fonctionnement d’un appareil de protection

respiratoire, la manière dont il est conçu et utilisé et les propriétés du matériau dont il est constitué

peuvent avoir un effet thermique sur le corps humain.

La présente partie de l’ISO/TS 16976 fait partie d’une série de documents fournissant des données

physiologiques et anthropométriques élémentaires concernant l’être humain. Elle contient des

informations concernant les effets thermiques associés au port d’appareils de protection respiratoire.

© ISO 2013 – Tous droits réservés v
---------------------- Page: 5 ----------------------
SPÉCIFICATION TECHNIQUE ISO/TS 16976-5:2013(F)
Dispositifs de protection respiratoire — Facteurs humains —
Partie 5:
Effets thermiques
1 Domaine d’application

La présente partie de l’ISO/TS 16976 fait partie d’une série de Spécifications techniques fournissant

des informations sur les facteurs liés à l’anthropométrie, la physiologie humaine, l’ergonomie et les

performances en vue de l’élaboration de normes relatives à la conception, aux essais et à l’utilisation

d’appareils de protection respiratoire. Elle contient des informations relatives aux effets thermiques des

appareils de protection respiratoire sur le corps humain, portant notamment sur

— les températures de surfaces associées à une sensation d’inconfort et à des effets nocifs sur les

tissus humains,

— les effets thermiques des températures du gaz respirable sur les voies respiratoires et les tissus

pulmonaires,

— les effets de la température et de l’humidité du gaz respirable sur les échanges thermiques

respiratoires, et

— les effets des appareils de protection respiratoire sur les échanges thermiques globaux du corps.

Les informations fournies représentent les données relatives à des hommes et femmes adultes de

20 ans à 60 ans.
2 Références normatives

Les documents suivants, en totalité ou en partie, sont référencés de manière normative dans le présent

document et sont indispensables pour son application. 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 7730, Ergonomie des ambiances thermiques — Détermination analytique et interprétation du confort

thermique par le calcul des indices PMV et PPD et par des critères de confort thermique local

ISO 7933, Ergonomie des ambiances thermiques — Détermination analytique et interprétation de la

contrainte thermique fondées sur le calcul de l’astreinte thermique prévisible

ISO 11079, Ergonomie des ambiances thermiques — Détermination et interprétation de la contrainte liée

au froid en utilisant l’isolement thermique requis du vêtement (IREQ) et les effets du refroidissement local

ISO 13732-1, Ergonomie des ambiances thermiques — Méthodes d’évaluation de la réponse humaine au

contact avec des surfaces — Partie 1: Surfaces chaudes

ISO 13732-3, Ergonomie des ambiances thermiques — Méthodes d’évaluation de la réponse humaine au

contact avec des surfaces — Partie 3: Surfaces froides

ISO 16972, Appareils de protection respiratoire — Termes, définitions, symboles graphiques et unités de mesure

ISO/TS 16976-1, Appareils de protection respiratoire — Facteurs humains — Partie 1: Régimes métaboliques

et régimes des débits respiratoires
© ISO 2013 – Tous droits réservés 1
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO/TS 16976-5:2013(F)

ISO/TS 16976-3, Appareils de protection respiratoire — Facteurs humains — Partie 3: Réponses

physiologiques et limitations en oxygène et en gaz carbonique dans l’environnement respiratoire

3 Termes, définitions, symboles et abréviations
3.1 Termes et définitions

Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l’ISO 16972 ainsi que les

suivants s’appliquent.
3.1.1
clo
unité utilisée pour exprimer l’isolement thermique d’un vêtement
Note 1 à l’article: 1 clo est égal à 0,155 m °C/W.
3.1.2
isolement thermique requis
IREQ
indice de contrainte liée au froid, déterminé conformément à l’ISO 11079
3.1.3
métabolisme énergétique
utilisation physiologique de l’énergie par unité de temps
3.1.4
astreinte thermique prévisible
PHS
indice de contrainte thermique, déterminé conformément à l’ISO 7933
3.2 Symboles et abréviations
EPI équipement de protection individuelle
APR appareil de protection respiratoire
PMV vote moyen prévisible
PPD pourcentage prévisible d’insatisfaits
T température de surface: température de la surface en contact avec la peau
T température ambiante: température de l’air autour du corps ou de l’air inhalé

T température de contact: température de l’interface entre la peau et la surface en contact

T température rectale: température centrale du corps
4 Effets thermiques locaux
4.1 Généralités

Les effets de la chaleur et du froid décrits ci-après varieront en fonction de la sensibilité individuelle.

[1]

Il convient de prêter attention aux échelles d’évaluation données dans l’ISO 8996 .

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4.2 Effets d’un contact cutané avec l’APR

Un transfert de chaleur par conduction a lieu via les mains lors de la manipulation de l’équipement et via

le visage, la tête et le torse pendant l’utilisation réelle de l’équipement.

Compte tenu de leur nature particulière, les parties de l’APR sont en contact plus ou moins direct avec

la peau nue, par exemple du visage. Dans les zones de contact, les échanges thermiques seront affectés.

L’ampleur de cet effet dépend de la pression de contact, de la structure des surfaces, des dimensions de

la surface de contact, de la masse de matériau en contact, des conditions thermiques et des propriétés

thermiques des matériaux en contact.

Les matériaux utilisés dans les APR sont pour la plupart des matériaux à faible transfert thermique par

conduction. Les parties métalliques font exception, notamment lorsqu’elles ne sont pas isolées.

Dans des environnements extrêmement chauds ou froids, les conditions ambiantes peuvent chauffer ou

refroidir l’APR ou des parties de celui-ci, augmentant ainsi le risque d’un effet thermique sur la peau.

L’appréciation du risque de refroidissement ou d’échauffement de la peau nue par contact doit être

fondée sur:
l’ISO 13732-1 pour les surfaces chaudes, et
l’ISO 13732-3 pour les surfaces froides.

Les valeurs d’exposition et les critères utilisés dans les figures ci-dessous sont basés sur des contacts

avec la surface de la peau des mains ou du corps. La peau du visage étant vraisemblablement plus

sensible, notamment à l’inconfort, il convient d’utiliser des valeurs plus conservatives.

4.3 Surfaces chaudes

L’ISO 13732-1 fournit des informations complètes sur le risque de contact de la peau nue avec différents

types de matériaux à différentes températures. La Figure 1 représente les températures de surface d’un

métal poli qui peuvent provoquer des brûlures de la peau. Cette condition semble être le cas le plus grave,

mais d’autres métaux, tels que l’acier et le cuivre, peuvent être aussi dangereux à des températures

équivalentes ou légèrement plus élevées. D’autres matériaux comme le plastique, le verre et la céramique

exigent une température considérablement plus élevée pour provoquer des lésions de la peau nue.

Pour une durée de contact prolongée (10 min et plus), le seuil de brûlure ne dépend pas du type de matériau.

Pour ces matériaux, la zone 3 «surface sûre» de la Figure 1 se déplace jusqu’à la ligne 4, c’est-à-dire la

limite supérieure.
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Légende
t durée de contact, en s
T température de surface, en °C
1 zone 1 indique un risque élevé de brûlure de la peau
2 zone 2 indique un risque possible de brûlure de la peau
3 zone 3 indique des températures de surface sûres
4 limite supérieure
5 limite inférieure

Figure 1 — Température de surface de surfaces métalliques polies non revêtues ayant des

propriétés de conductivité thermique similaires pouvant provoquer des brûlures de la peau

en moins de 10 s

Un APR est susceptible d’être utilisé pendant une courte durée, indiquée en minutes, ou pendant une

durée prolongée, indiquée en heures. Le Tableau 1 indique les seuils de brûlure pour des durées de

contact supérieures ou égales à 1 min pour différents matériaux (modifié par rapport à l’ISO 13732-1).

Les valeurs s’appliquant à des surfaces de contact inférieures à 10 % de la surface corporelle, elles sont

donc applicables à la plupart des APR.

Tableau 1 — Seuil de brûlure pour des durées de contact supérieures ou égales à 1 min

Matériau 1 min 10 min 8 h et plus
°C °C °C
Métal non revêtu 51 48 43
Métal revêtu 51 48 43
Céramique, verre et 56 48 43
pierre
Plastiques 60 48 43
Bois 60 48 43
4.4 Surfaces froides

L’ISO 13732-3 fournit des informations détaillées sur l’évaluation des effets de refroidissement sur la

peau en contact avec différents types de surfaces froides. Des informations sont données pour cinq

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types de matériaux: aluminium, acier, pierre, plastique et bois. Pour chacun de ces matériaux, trois

critères de refroidissement sont appliqués.

Comme avec une surface chaude, le contact d’une petite surface de peau avec des éléments métalliques

froids peut entraîner un refroidissement rapide de la peau et finalement une gelure locale. La Figure 2

représente les courbes de refroidissement lorsque le bout du doigt touche des surfaces d’acier et

d’aluminium à une température de −20 °C, −30 °C, −40 °C et −50 °C. La température de contact, T , qui est

probablement très proche de la température de surface de la peau, chute au-dessous de 0 °C en quelques

[3]

secondes lors du contact avec les surfaces métalliques . Le risque de voir apparaître une gelure locale

est hautement probable.
[3]
Des études ont montré que

— le refroidissement jusqu’à une température de la peau de 0 °C est associé à un risque imminent de

gel des tissus (gelure),

— le refroidissement jusqu’à une température de la peau de −7 °C est associé à l’apparition graduelle

d’un engourdissement, et

— le refroidissement jusqu’à une température de la peau de –15 °C est associé à l’apparition d’une douleur.

a) Acier
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b) Aluminium
Légende
t durée de contact, en s
T température de contact, en °C
1 −20 °C
2 −30 °C
3 −40 °C
4 −50 °C (valeur estimée représentée; aucune donnée publiée disponible)

Figure 2 — Variation de la T d’un doigt en contact avec des surfaces métalliques à des

températures de −20 °C, −30 °C, −40 °C et −50 °C (estimée)

Les Figures 3 à 5 représentent la température de surface d’un matériau spécifique susceptible de

[3]
provoquer les différents types d’effets de refroidissement .
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Légende
t durée de contact, en s
T température de surface, en °C
1 aluminium
2 acier
3 pierre

Figure 3 — Seuil de gelure: température de surface acceptable en fonction du temps pour que T

atteigne 0 °C (doigt touchant des surfaces froides pendant 0,5 s à 100 s)
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Légende
t durée de contact, en s
T température de surface, en °C
1 aluminium
2 acier
3 pierre
4 nylon
5 bois

Figure 4 — Seuil d’engourdissement: température de surface acceptable en fonction du temps

pour que T atteigne −7 °C (doigt touchant des surfaces froides pendant 0,5 s à 100 s)

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Légende
t durée de contact, en s
T température de surface, en °C
1 aluminium
2 acier
3 pierre
4 nylon
5 bois

Figure 5 — Seuil de douleur: température de surface acceptable en fonction du temps pour que

T atteigne −15 °C (doigt touchant des surfaces froides pendant 0,5 s à 100 s)

4.5 Effets du gaz respirable inhalé sur les voies respiratoires et les tissus pulmonaires

4.5.1 Fonctionnement général d’un APR

Pendant la respiration, une fonction d’échange thermique existe également pour l’APR. On observe, au

moins au début, un effet de refroidissement de l’air chaud et un effet d’échauffement de l’air froid. Cet

effet n’est pas bien connu et dépend du type de matériau de l’APR, du niveau d’activité et des conditions

ambiantes. Par exemple, l’utilisation d’air comprimé à haute pression ne devrait présenter aucun

problème dans l’air chaud car l’air est refroidi à la sortie du tube pendant sa détente. Par contre, un

APR dont le fonctionnement est basé sur une réaction chimique peut présenter un problème car le gaz

respirable est chauffé par le procédé chimique.

Le gaz respirable inhalé a une faible masse volumique (même à basse température) et une faible capacité

thermique. La structure anatomique et physiologique des voies respiratoires, en particulier des voies

respiratoires supérieures, présente des caractéristiques importantes pour le maintien de la chaleur et

de l’humidité du corps et l’atténuation d’un refroidissement ou d’un échauffement lié à l’env

...

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