ISO 29903:2012
(Main)Guidance for comparison of toxic gas data between different physical fire models and scales
Guidance for comparison of toxic gas data between different physical fire models and scales
ISO 29903:2012 provides principles for characterizing the measured production of toxic gases from a laboratory fire test and provides bases for comparing the results between different types and scales of such tests. It also includes consideration of the uncertainties in the gas determinations. The combined uncertainty is a key factor in the ability to establish similarity or difference of test results. The sufficiency of the agreement between a bench-scale test and a real-scale test depends on the precision needed in the fire hazard or risk assessment, which is not covered by ISO 29903:2012. ISO 29903:2012 defines the relevance and significance of toxic gas data from measurements in different fire tests. With such a definition it is possible to provide generic guidance on how such data can be compared between different sizes and types of fire tests. The combustion conditions represented by the fire test, other specific characteristics of the test and the test specimen, the sampling strategy of the fire effluents, and the analysis technique for the toxic gas species are the most important factors when defining the significance of the toxic gas data. ISO 29903:2012 is intended to serve as a tool for the definition of the relevance and significance of toxic gas data from fire tests, comparison of toxic gas data from fire tests of different scales and characteristics, and prediction of toxic gas data from a large-scale test based on small-scale data or vice versa. ISO 29903:2012 gives general guidance regarding comparison of toxic gas data between physical fire models of different scales, but is principally developed for the gases listed in ISO 13571, i.e., carbon dioxide (CO2), carbon monoxide (CO), hydrogen halides (HCl, HBr, HF), sulphur dioxide (SO2), hydrogen cyanide (HCN), nitrogen oxides (NO, NO2), formaldehyde (CH2O) and acrolein (C3H4O). It does not cover characterization and comparisons of the toxicity of the effluents from fire tests.
Lignes directrices pour la comparaison de données de gaz toxiques entre divers modèles et échelles de feu physiques
L'ISO 29903:2012 spécifie les principes pour caractériser la production mesurée de gaz toxiques à partir d'un essai au feu en laboratoire et fournit les bases pour comparer les résultats entre différents types et différentes échelles de tels essais. Elle prend également en considération les incertitudes associées aux déterminations des gaz. L'incertitude composée constitue un facteur essentiel dans l'aptitude à établir la similitude ou la différence entre les résultats des essais. Le degré de concordance entre un essai à l'échelle du laboratoire et un essai en grandeur réelle dépend de la fidélité requise lors de l'évaluation du danger d'incendie et du risque d'incendie. Ce point n'est pas abordé dans l'ISO 29903:2012. L'ISO 29903:2012 définit la pertinence et l'importance des données sur les gaz toxiques issues des mesurages effectués lors de différents essais au feu. Une telle définition permet de fournir des lignes directrices génériques sur la manière dont de telles données peuvent être comparées entre différentes échelles et différents types d'essais au feu. Les conditions de combustion représentées par l'essai au feu, d'autres caractéristiques spécifiques de l'essai et de l'éprouvette, la stratégie d'échantillonnage des effluents du feu, et la technique d'analyse des espèces de gaz toxiques constituent les facteurs les plus importants lors de la détermination de l'importance des données relatives aux gaz toxiques. L'ISO 29903:2012 est destinée à servir d'outil pour: la détermination de la pertinence et de l'importance des données sur les gaz toxiques obtenues lors d'essais au feu; la comparaison des données sur les gaz toxiques obtenues lors d'essais au feu de différentes échelles et caractéristiques; et la prévision des données sur les toxiques obtenues lors d'un essai à grande échelle sur la base de données obtenues lors d'un essai à petite échelle et vice versa. L'ISO 29903:2012 fournit des lignes directrices générales concernant la comparaison de données sur les gaz toxiques entre des modèles de feu physiques de différentes échelles, mais elle traite principalement des gaz énumérés dans l'ISO 13571, à savoir: le dioxyde de carbone (CO2), le monoxyde de carbone (CO), les halogénures d'hydrogène (HCl, HBr, HF), le dioxyde de soufre (SO2), le cyanure d'hydrogène (HCN), les oxydes d'azote (NO, NO2), le formaldéhyde (CH2O) et l'acroléine (C3H4O). Elle ne traite pas de la caractérisation et des comparaisons de la toxicité des effluents issus d'essais au feu.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 29903
First edition
2012-12-01
Guidance for comparison of toxic gas
data between different physical fire
models and scales
Lignes directrices pour la comparaison de données de gaz toxiques
entre divers modèles et échelles de feu physiques
Reference number
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ISO 2012
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ISO 29903:2012(E)
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ISO 29903:2012(E)
Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 2
4 Combustion conditions . 3
4.1 General . 3
4.2 Thermal environment . 3
4.3 Ventilation . 3
4.4 Characteristics of test specimens . 3
5 Toxic gas data . 4
5.1 Identification of toxic species . 4
5.2 Different expressions for toxic gas data . 4
5.3 Significance of analysis data . 6
6 Comparison/prediction of toxic gas data from different physical fire models .7
6.1 General . 7
6.2 Comparison principles . 8
6.3 Comparison methodology . 9
6.4 Prediction of data from one fire model to another .11
7 Documentation .12
Annex A (informative) Characteristics of physical fire models .13
Annex B (informative) Influence of sampling and analysis on toxic gas data .16
Annex C (informative) Application examples: Comparison of ISO 19700 bench-scale data with data
from large-scale tests .18
Bibliography .25
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ISO 29903:2012(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International
Standards adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting.
Publication as an International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies
casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 29903 was prepared by Technical Committee ISO/TC 92, Fire Safety, Subcommittee SC 3, Fire threat
to people and the environment.
iv © ISO 2012 – All rights reserved
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ISO 29903:2012(E)
Introduction
The production of toxic gases in fires can be a significant factor in determining whether people escape
from a fire or not. Estimation of the time available for escape and the time required for escape each
require values of the concentrations of toxic gases along possible escape paths. Typically, the yields
of the gases from burning finished products are estimated or measured prior to conducting such
calculations. In some rare cases toxic species production can be calculated during modelling of the fire
development. Typically spread of the gases and their dilution with air is then simulated using equations
or computational models.
The yields of these gases can be measured in a real-scale laboratory test of the entire finished product
(e.g. a chair) or in a bench-scale test (using a physical fire model) of a specimen cut from the product
or a component of the product. Since there are thousands of different combustibles, routine real-scale
testing is both costly and impractical. Thus, there is a need to develop reliable methods to use physical
fire models, conducted in less than real-scale, for the estimation of real-scale emissions.
The yields of the gases from the real-scale test are often considered to be the accurate values for the
particular test conditions. In tests involving a portion of the finished product in a physical fire model,
the specimen characteristics and the combustion conditions differ from those in the real-scale test. In
most cases the physical fire model reproduces one part of the entire real-scale scenario, e.g. initial well
ventilated conditions or later vitiated conditions. The yields of combustion products in a fire test depend
on apparatus conditions such as: the fuel/air equivalence ratio, whether the decomposition is flaming or
non-flaming, the persistence of flaming of the sample, the temperature of the specimen and the effluents
produced, the stability of the decomposition conditions, and the interaction of the apparatus with the
decomposition process, with the effluents and with the flames.
It is, therefore, important to have a standardised methodology for comparing the toxic gas yields
generated in tests of different scales to determine the appropriateness of using the data from individual
physical fire models in fire hazard and risk assessment. It is also valuable to be able to compare the yield
data from different physical fire models to determine whether or when they generate comparable results.
This International Standard concerns the comparison of toxic gas data between small-scale (physical
fire models) and large-scale tests and between different small-scale tests, i.e. it covers
a) the comparison of toxic gas data from fire tests of different physical scales and characteristics in
terms of a methodology to identify whether the data are comparable and (provided it is comparable)
how to make relevant comparisons, and
b) the prediction of large-scale results based on small-scale test data or vice versa.
© ISO 2012 – All rights reserved v
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 29903:2012(E)
Guidance for comparison of toxic gas data between
different physical fire models and scales
1 Scope
This International Standard provides principles for characterizing the measured production of toxic
gases from a laboratory fire test and provides bases for comparing the results between different types
and scales of such tests. It also includes consideration of the uncertainties in the gas determinations. The
combined uncertainty is a key factor in the ability to establish similarity or difference of test results.
The sufficiency of the agreement between a bench-scale test and a real-scale test depends on the
precision needed in the fire hazard or risk assessment, which is not covered by ISO 29903:2012.
This International Standard defines the relevance and significance of toxic gas data from measurements
in different fire tests. With such a definition it is possible to provide generic guidance on how such data
can be compared between different sizes and types of fire tests.
The combustion conditions represented by the fire test, other specific characteristics of the test and the
test specimen, the sampling strategy of the fire effluents, and the analysis technique for the toxic gas
species are the most important factors when defining the significance of the toxic gas data.
This International Standard is intended to serve as a tool for the
a) definition of the relevance and significance of toxic gas data from fire tests,
b) comparison of toxic gas data from fire tests of different scales and characteristics, and
c) prediction of toxic gas data from a large-scale test based on small-scale data or vice versa.
This International Standard gives general guidance regarding comparison of toxic gas data between
physical fire models of different scales, but is principally developed for the gases listed in ISO 13571,
i.e. carbon dioxide (CO ), carbon monoxide (CO), hydrogen halides (HCl, HBr, HF), sulfur dioxide (SO ),
2 2
hydrogen cyanide (HCN), nitrogen oxides (NO, NO ), formaldehyde (CH O) and acrolein (C H O).
2 2 3 4
This International Standard does not cover characterization and comparisons of the toxicity of the
effluents from fire tests.
2 Normative references
The following documents, in whole or in part, are normatively referenced in this document and are
indispensable for its application. For dated references, only the edition cited applies. For undated
references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 5725-1, Accuracy (trueness and precision) of measurement methods and results — Part 1: General
principles and definitions
ISO 13571, Life-threatening components of fire — Guidelines for the estimation of time available for escape
using fire data
ISO 13943, Fire safety — Vocabulary
ISO 16730, Fire safety engineering — Assessment, verification and validation of calculation methods
ISO 19706, Guidelines for assessing the fire threat to people
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ISO 29903:2012(E)
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 13943, ISO 5725-1 and the
following apply.
3.1
small-scale fire test
fire test performed on a test specimen of small dimensions
NOTE 1 The definition above is taken from ISO 13943 and is given here for clarity and the convenience of the reader.
NOTE 2 Such a test is synonymously referred to as a “bench-scale test.”
NOTE 3 In these tests, the typical maximum length of a linear test specimen is less than 1 m. The typical
maximum dimensions of a rectangular specimen are approximately 0.1 m.
3.2
medium-scale fire test
fire test performed on a test specimen of small-medium size dimensions
NOTE A fire test performed on a test specimen of which the maximum dimension is between 0.5 m and 1.0 m
is here called a medium-scale fire test.
3.3
intermediate-scale fire test
fire test performed on a test specimen of medium dimensions
NOTE 1 The definition above is taken from ISO 13943 and is given here for clarity and the convenience of the reader.
NOTE 2 A fire test performed on a test specimen for which the maximum dimension is between 1 m and 3 m is
usually called an intermediate-scale fire test.
3.4
large-scale fire test
fire test, that cannot be carried out in a typical laboratory chamber, performed on a test specimen of
large dimensions
NOTE 1 The definition above is taken from ISO 13943 and is given here for clarity and the convenience of the reader.
NOTE 2 A fire test performed on a test specimen of which the maximum dimension is greater than 3 m is
usually called a large-scale fire test.
3.5
real-scale fire test
fire test that simulates a given application, taking into account the real scale, the real way the item is
installed and used, and the environment
NOTE 1 The definition above is taken from ISO 13943 and is given here for clarity and the convenience of the reader.
NOTE 2 Such a fire test normally assumes that the products are used in accordance with the conditions laid
down by the specifier and/or in accordance with normal practice.
3.6
matrix effect
combined effect of all components of the sample other than the analyte on the measurement of the quantity
NOTE 1 Matrix effect (in analytical chemistry) as defined in IUPAC Compendium of Chemical Terminology [1].
NOTE 2 The matrix effect in analysis of toxic gases in a fire effluent will be the combined effect from the
components of the effluent on the analyte.
NOTE 3 If a specific component can be identified as causing an effect then this is referred to as interference.
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ISO 29903:2012(E)
4 Combustion conditions
4.1 General
The yields and nature of the fire effluent component from a fire test of any scale are determined by
the involved fuels and the prevalent thermal and oxidative conditions in the current stage of the fire.
These conditions also determine the burning rate of the products/materials and thus the rate of effluent
generation. See ISO 16312-1.
During a fire test of a finished product, the combustion conditions are likely to change. These changes
include the chemistry of the combustible item and the sufficiency of the ventilation.
Whether decomposition is flaming or non-flaming is a dominant factor in the production of toxic gases.
The combustion conditions under which toxic gas data are developed shall be as close to equivalent as
possible between the physical fire models or test scales compared (see Clause 6).
NOTE 1 A large change in the rate of combustion may affect the degree of oxidation of the emitted effluent.
Smaller changes in combustion rate may have no significant effect.
NOTE 2 Fire stages and the corresponding combustion conditions are described in ISO 19706.
4.2 Thermal environment
The thermal boundary conditions in a test include the external applied heat flux and the heat flux from
any flaming combustion. Also of importance is the heat flux distribution among radiation, convection,
and conduction.
The thermal environment sensed by the test specimen during combustion includes both gas temperature
and the temperature of the sample material, as defined by the thermal boundary conditions.
4.3 Ventilation
The oxygen availability (ventilation) in the physical fire models compared determines the combustion
conditions. Comparison among different methods requires characterization of the ventilation conditions
in order to assess the degree of similarity.
For a given experiment, it is necessary to identify how the ventilation is characterized and whether the
characterization is local or global.
For a physical fire model in which the fuel gasification rate and the entering oxygen flow and concentration
are each controlled independently, the relative oxygen availability can be characterized by a fuel/oxygen
equivalence ratio. For other models and real-scale fire tests, one or both of the terms in the equivalence
ratio may not be well-known. In those cases, a broader characterization is used. This could be a global
equivalence ratio or a term such as “underventilated burning” or “well ventilated burning.”
NOTE 1 Methods for calculating equivalence ratios for physical fire models are given in ISO 19703.
NOTE 2 The local air speed rate can be a significant factor in some fire tests. This applies especially for a tube
furnace, where the air speed can affect the results of the combustion.
4.4 Characteristics of test specimens
For finished products that consist of a single, homogeneous material, the test specimen used in a physical
fire model shall be prepared to accommodate the constraints of the test apparatus.
For specimens from non-homogeneous products, the test specimen must also contain the same portions
of the different materials present in the finished product in both tests compared.
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ISO 29903:2012(E)
For layered commercial products, an ideal physical fire model accommodates specimens that preserve
the relationship of the layers. When this is not possible within the constraints of the model, the rationale
for the configuration of the layers shall be documented.
NOTE The yields of toxic gases can depend on the surface exposed, and the timing and extent of penetration
of the layers.
5 Toxic gas data
5.1 Identification of toxic species
The minimum set of gases that shall be considered are listed in ISO 13571.
Additional gases shall be appraised as warranted by the chemical composition of the test specimen and
the finished product from which it is sampled.
5.2 Different expressions for toxic gas data
5.2.1 General
Subclause 5.2 contains a summary of different expressions typically used for toxic gas data obtained
from fire tests and whether the data are suitable for comparison with similar data from other tests or as
a basis for the prediction of large scale results based on small scale data or vice versa.
The experimental data on toxic gases from a fire test can be expressed in several ways. From unrefined
measurement data, which is often expressed as gas concentrations from a specific physical fire model,
to data in higher degrees of refinement, e.g. yields. What is determined depends in part on the physical
fire model used. See Annex A for information concerning the characteristics of different fire models.
The data can be in the form of scalar data or vector data. Some types of data are suitable for direct
quantitative comparison, but others require a model for quantitative comparison. The most common
quantities used in presentation of toxic gas data are given in Table 1 below.
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ISO 29903:2012(E)
Table 1 — Common types of data on toxic gases from fire tests and properties for comparison
Type of data Typical units SI-units Scalar or vector Direct or indirect Qualitative or
data comparison quantitative
3 3 a d
Concentration of toxi- ppm (v/v), m /m Scalar / Vector Indirect (Direct) Quantitative (Quali-
e
cants i.e. µL/L tative )
a d
The contribution to FED — — Scalar / Vector Indirect (Direct) Quantitative (Quali-
e
(or FEC) from individual tative )
toxicants
3 3
Lethal toxic potency g/m kg/m Scalar Direct Quantitative
Total amount of toxi- kg kg Scalar Indirect (e.g. as yield) Quantitative
cants released
b
Yields g/g kg/kg Scalar (Vector) Direct Quantitative
c d
Production rates g/s kg/s Vector (Scalar) Indirect (Direct) Quantitative (Quali-
e
tative )
−1 −2 −1 −2 c
Normalized production g·s ·m kg·s ·m Vector (Scalar) Direct Quantitative
rates
a
Scalar if the model is steady-state or vector if the model studies changes in concentration over time.
b
Typically calculated as scalar data for the whole experimental period but can be calculated as vector data at each point in
time.
c
Typically calculated as vector data at each point in time but can be calculated as scalar data for the whole experimental
period.
d
Indirect comparison using a model (as shown in Figure 1) allows quantitative comparison. In some cases direct comparison
can be used for qualitative assessment.
e
Direct comparisons without the use of a model can provide qualitative information.
NOTE The “Type of data” given in Table 1 are explained in 5.2.2 – 5.2.7.
5.2.2 Yields
Yield is typically the recommended comparison parameter. Yield is the measured mass of a toxicant generated
during combustion, per unit mass of test specimen consumed in the fire test (mass loss) or alternatively, per
unit mass of specimen exposed (mass-charge). The calculation of yields is defined in ISO 19703.
Yield is a quantitative comparison parameter and is independent of dilution or other apparatus specific
parameters which do not impact on the combustion conditions.
NOTE 1 It can be difficult to calculate toxic gas yields in some large-scale physical fire models (e.g. ISO 9705),
as the mass loss is normally not measured in these tests.
NOTE 2 Yield can be expressed relative to mass loss rate and thereby provide kinetic information or be a
unique value representing an average of the complete test.
5.2.2.1 Mass of a toxic gas generated
A measurement or approximation of the mass of the toxic gas generated is essential to the calculation
of toxic gas yields. The typical gas measurement during a fire test is the volumetric concentration of
the gas in a volumetric sample of the total effluent. If the effluent from the fire test is not fully mixed,
multiple concentration measurements across the effluent flow are necessary.
The concentration measurement shall be converted to a mass of the toxic gas generated during the
sampling time interval using the ideal gas law. Corrections for condensation, solution, and deposition of
the gas shall be included, as appropriate, in the calculation.
5.2.2.2 Mass of the test specimen consumed
A measurement or approximation of the consumed mass of the specimen is essential to the calculation
of toxic gas yields.
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ISO 29903:2012(E)
The mass consumed shall be calculated in at least one of three ways.
— Mass loss based on continuous measurement of the remaining mass of the test specimen.
— Mass loss based on a final measurement of the remaining specimen mass.
— Estimation of the mass loss, when no gravimetric measurement is possible, using the chemical
formulation of the test specimen and a carbon balance of the combustion products.
NOTE The third method can be in significant error if the chemical composition of the specimen residue is not
the same as the initial chemical composition. This error can be reduced by determining the chemical composition
of the residue.
5.2.3 Concentrations of toxicants
The concentrations measured in a specific physical fire model are a function of the degree of dilution
in the sampling point. Concentrations are unique for the specific physical fire model and should not be
used for a direct quantitative comparison. The agreement of relative concentrations between different
physical fire models, can however be used for comparison.
The CO/CO concentration ratio, for example, can be used as a comparison principle (see 6.2.2).
2
NOTE Concentrations are normally expressed as volume fractions.
5.2.4 The contribution to FED (or FEC) from individual toxicants
The ranking of the different toxicants measured based on the relative contribution to the total toxicity
using the FED (or FEC) concept is a semiquantitative comparison principle. The measured concentrations
of toxicants are weighted relative to lethality, or incapacitation limits, e.g. LC . See ISO 13344.
50
5.2.5 Lethal toxic potency
Total lethal toxic potency of the fire effluents measured from the physical fire model is a quantitative
3
comparison parameter. The predicted lethal toxic potency (LC50) has the unit g/m and requires data
on mass loss or mass charge. The concept of lethal toxic potency referred to here is defined in ISO 13344.
5.2.6 Total amount of toxicant released
The total amount of a toxicant produced from a test is a unique parameter for a specific test only and is not
a suitable comparison parameter unless weighted against surface area of sample, sample mass or mass loss.
5.2.7 Production rates
The production rate is temporally resolved data concerning the measured mass of a toxicant generated
during combustion, e.g. expressed in g/s.
The production rate can be normalized relative to, e.g. the exposed surface area, and is in that case
−1 −2
expressed in g·s ·m . Normalized production rates are directly comparable quantitative parameters.
5.3 Significance of analysis data
5.3.1 General
It is important to ascertain that the analytical techniques used for measurement of the toxic gas
components compared between fire models, give comparable data. Factors to take into consideration are
— resolution of data,
— response time,
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ISO 29903:2012(E)
— selectivity of analytical technique, and
— effect of matrix.
Regarding selectivity, the same individual toxicants must be included in a comparison. This is important
if data are expressed as “total values” as is sometimes the case when referring to oxides of nitrogen
(NOx) or to polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH).
The measurement matrix can induce errors and interfere with the analytical method. An assessment of
possible matrix effects must always be made as fire effluents is a difficult and variable matrix.
NOTE An example of influence of resolution is the comparison of the analytical results from methods giving
peak-value data and methods giving averaged data.
5.3.2 Limit of detection (LoD)
If a specific toxicant is not identified in any of the scales compared, and if the LoD on both scales is
toxicologically insignificant (see ISO 13571), then this information concerning the specific toxicant is
sufficient for comparison based on LoD alone. That is, a numerical comparison is not important.
If the LoD-value for a certain toxic gas results in a fractional effective dose/concentration that is
insignificant relative to the total fractional effective dose/concentration for the sum of toxic gases
present, the maximum contribution (i.e. LoD) from that gas could be regarded as insignificant.
NOTE 1 Information on methods for calculating limit of detection and limit of quantification are given in
ISO 12828-1 [2].
NOTE 2 Methods for calculating fractional effective doses for asphyxiants and fractional effective
concentrations for irritants are given in ISO 13571.
5.3.3 Measurement uncertainty
The trueness, repeatability, and reproducibility of analytical methods must be known and taken into
consideration in a determination of the measurement uncertainty.
NOTE 1 Methods for determination of the measurement uncertainty are given in ISO/IEC Guide 98-3 [3].
NOTE 2 For definitions of trueness, repeatability and reproducibility see ISO 5725-1.
6 Comparison/prediction of toxic gas data from different physical fire models
6.1 General
The toxic gas dat
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 29903
Première édition
2012-12-01
Lignes directrices pour la
comparaison de données de gaz
toxiques entre divers modèles et
échelles de feu physiques
Guidance for comparison of toxic gas data between different physical
fire models and scales
Numéro de référence
ISO 29903:2012(F)
©
ISO 2012
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ii © ISO 2012 – Tous droits réservés
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ISO 29903:2012(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 2
4 Conditions de combustion . 3
4.1 Généralités . 3
4.2 Environnement thermique . 3
4.3 Ventilation . 3
4.4 Caractéristiques des éprouvettes . 4
5 Données sur les gaz toxiques . 4
5.1 Identification des espèces toxiques . 4
5.2 Différentes expressions concernant les données sur les gaz toxiques . 4
5.3 Importance des données d’analyse . 7
6 Comparaison/prévision des données sur les gaz toxiques provenant de plusieurs modèles
physiques de feu. 8
6.1 Généralités . 8
6.2 Principes de comparaison . 8
6.3 Méthodologie de comparaison . 9
6.4 Prévision des données depuis un modèle feu vers un autre .12
7 Documentation .12
Annexe A (informative) Caractéristiques des modèles physiques de feu .14
Annexe B (informative) Influence de l’échantillonnage et de l’analysesur les données relatives aux
gaz toxiques .17
Annexe C (informative) Exemples d’applications: Comparaison entre les données issues
d’essaisà l’échelle du laboratoire selon l’ISO 19700et les données issues d’essais au feu à
grande échelle .19
Bibliographie .27
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ISO 29903:2012(F)
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.
L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne
la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives
ISO/CEI, Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d’élaborer les Normes internationales. Les projets de
Normes internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote.
Leur publication comme Normes internationales requiert l’approbation de 75 % au moins des comités
membres votants.
L’attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable de
ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L’ISO 29903 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 92, Sécurité au feu, sous-comité SC 3, Dangers
pour les personnes et l’environnement dus au feu.
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ISO 29903:2012(F)
Introduction
La production de gaz toxiques dans les incendies peut être un facteur significatif pour déterminer si des
gens doivent ou non être évacués en cas d’incendie. L’estimation du temps disponible pour l’évacuation
et l’estimation du temps nécessaire pour l’évacuation requièrent chacune des valeurs des concentrations
de gaz toxiques le long des éventuels trajets d’évacuation. En général, les taux de production en gaz
issus de la combustion de produits finis sont estimés ou mesurés avant de procéder à de tels calculs.
Dans quelques rares cas, la production d’espèces toxiques peut être calculée lors de la modélisation du
développement d’un feu. En général, la propagation des gaz et leur dilution avec l’air est ensuite simulée
à l’aide d’équations ou de modèles informatiques.
Les taux de production de ces gaz peuvent être mesurés lors d’un essai de laboratoire en grandeur réelle
effectué sur le produit fini dans son intégralité (par exemple, une chaise), ou lors d’un essai à l’échelle du
laboratoire (à l’aide d’un modèle physique de feu) effectué sur une éprouvette prélevée dans le produit
ou sur un composant du produit. Dans la mesure où il existe des milliers de combustibles différents, les
essais de routine en grandeur réelle sont à la fois coûteux et difficiles à réaliser. En conséquence, il est
nécessaire de développer des méthodes fiables pour utiliser des modèles physiques de feu lors d’essais à
une échelle moindre qu’en grandeur réelle, pour l’estimation des émissions en grandeur réelle.
Les taux de production en gaz lors de l’essai en grandeur réelle sont souvent considérés comme les
valeurs précises pour les conditions d’essai spécifiques. Lors d’essais impliquant une partie du produit
fini dans un modèle physique de feu, les caractéristiques de l’éprouvette et les conditions de combustion
sont différentes de celles de l’essai en grandeur réelle. Dans la plupart des cas, le modèle physique de feu
reproduit une partie de l’ensemble du scénario en grandeur réelle, par exemple, des conditions initiales
bien ventilées ou des conditions ultérieures viciées. Les taux de production en produits de combustion
lors d’un essai au feu dépendent des conditions de l’appareillage, telles que: le rapport d’équivalence
combustible/air, si la décomposition se produit avec flammes ou sans flammes, la persistance de flammes
sur l’échantillon, la température de l’éprouvette et les effluents produits, la stabilité des conditions de
décomposition, et l’interaction de l’appareillage avec le processus de décomposition, avec les effluents
et avec les flammes.
Par conséquent, il est important de disposer d’une méthodologie normalisée pour comparer les taux
de production en gaz toxiques produits lors des essais de différentes grandeurs pour déterminer
l’adéquation de l’utilisation des données issues de modèles physiques de feu individuels lors de l’évaluation
d’un danger d’incendie ou d’un risque d’incendie. Il est également intéressant de pouvoir comparer les
données de taux de production issues de modèles physiques de feu différents pour déterminer si et
quand ils produisent des résultats comparables.
La présente Norme internationale concerne la comparaison de données sur les gaz toxiques entre des
essais à petite échelle (modèles physiques de feu) et des essais à grande échelle et entre différents essais
à petite échelle, à savoir:
a) la comparaison des données sur les gaz toxiques obtenues lors d’essais au feu de différentes
caractéristiques et échelles physiques selon une méthodologie permettant de déterminer si les
données sont comparables et, si ces données sont comparables, la procédure à suivre pour effectuer
des comparaisons pertinentes, et
b) la prévision des résultats à grande échelle sur la base de données d’essai à petite échelle ou vice versa.
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NORME INTERNATIONALE ISO 29903:2012(F)
Lignes directrices pour la comparaison de données de gaz
toxiques entre divers modèles et échelles de feu physiques
1 Domaine d’application
La présente Norme internationale spécifie les principes pour caractériser la production mesurée de
gaz toxiques à partir d’un essai au feu en laboratoire et fournit les bases pour comparer les résultats
entre différents types et différentes échelles de tels essais. Elle prend également en considération les
incertitudes associées aux déterminations des gaz. L’incertitude composée constitue un facteur essentiel
dans l’aptitude à établir la similitude ou la différence entre les résultats des essais.
Le degré de concordance entre un essai à l’échelle du laboratoire et un essai en grandeur réelle dépend
de la fidélité requise lors de l’évaluation du danger d’incendie et du risque d’incendie. Ce point n’est pas
abordé dans la présente Norme internationale.
La présente Norme internationale définit la pertinence et l’importance des données sur les gaz toxiques
issues des mesurages effectués lors de différents essais au feu. Une telle définition permet de fournir
des lignes directrices génériques sur la manière dont de telles données peuvent être comparées entre
différentes échelles et différents types d’essais au feu.
Les conditions de combustion représentées par l’essai au feu, d’autres caractéristiques spécifiques de
l’essai et de l’éprouvette, la stratégie d’échantillonnage des effluents du feu, et la technique d’analyse
des espèces de gaz toxiques constituent les facteurs les plus importants lors de la détermination de
l’importance des données relatives aux gaz toxiques.
La présente Norme internationale est destinée à servir d’outil pour:
a) la détermination de la pertinence et de l’importance des données sur les gaz toxiques obtenues lors
d’essais au feu;
b) la comparaison des données sur les gaz toxiques obtenues lors d’essais au feu de différentes échelles
et caractéristiques; et
c) la prévision des données sur les toxiques obtenues lors d’un essai à grande échelle sur la base de
données obtenues lors d’un essai à petite échelle et vice versa.
La présente Norme internationale fournit des lignes directrices générales concernant la comparaison de
données sur les gaz toxiques entre des modèles de feu physiques de différentes échelles, mais elle traite
principalement des gaz énumérés dans l’ISO 13571, à savoir: le dioxyde de carbone (CO ), le monoxyde
2
de carbone (CO), les halogénures d’hydrogène (HCl, HBr, HF), le dioxyde de soufre (SO ), le cyanure
2
d’hydrogène (HCN), les oxydes d’azote (NO, NO ), le formaldéhyde (CH O) et l’acroléine (C H O).
2 2 3 4
La présente Norme internationale ne traite pas de la caractérisation et des comparaisons de la toxicité
des effluents issus d’essais au feu.
2 Références normatives
Les documents ci-après, dans leur intégralité ou non, sont des références normatives indispensables à
l’application du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique. Pour les
références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y compris les éventuels
amendements).
ISO 5725-1, Exactitude (justesse et fidélité) des résultats et méthodes de mesure — Partie 1: Principes
généraux et définitions
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ISO 29903:2012(F)
ISO 13571, Composants dangereux du feu — Lignes directrices pour l’estimation du temps disponible pour
l’évacuation, utilisant les caractéristiques du feu
ISO 13943, Sécurité au feu — Vocabulaire
ISO 16730, Ingénierie de la sécurité incendie — Évaluation, vérification et validation des méthodes de calcul
ISO 19706, Lignes directrices pour l’évaluation des dangers du feu pour les personnes
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l’ISO 13943, l’ISO 5725-1
ainsi que les suivants s’appliquent.
3.1
essai au feu à petite échelle
essai au feu effectué sur une éprouvette d’essai de petites dimensions
NOTE 1 La définition ci-dessus est prise dans l’ISO 13943 et elle est donnée ici par souci de clarté et de
commodité pour le lecteur.
NOTE 2 Un tel essai est également désigné par «essai à l’échelle du laboratoire».
NOTE 3 Dans ces essais, la longueur maximale type d’une éprouvette linéaire est inférieure à 1 m. Les
dimensions maximales types d’une éprouvette rectangulaire sont d’environ 0,1 m.
3.2
essai au feu à moyenne échelle
essai au feu effectué sur une éprouvette d’essai de petites ou moyennes dimensions
NOTE Un essai au feu effectué sur une éprouvette dont la dimension maximale est située entre 0,5 m et 1,0 m
est appelé ici «essai à moyenne échelle».
3.3
essai au feu à échelle intermédiaire
essai au feu effectué sur une éprouvette d’essai de petites dimensions
NOTE 1 La définition ci-dessus est prise dans l’ISO 13943 et elle est donnée ici par souci de clarté et de
commodité pour le lecteur.
NOTE 2 Un essai au feu effectué sur une éprouvette dont la dimension maximale est située entre 1 m et 3 m est
habituellement appelé «essai à échelle intermédiaire».
3.4
essai au feu à grande échelle
essai au feu, qui ne peut pas être réalisé dans une pièce typique de laboratoire et qui est effectué sur une
éprouvette d’essai de grandes dimensions
NOTE 1 La définition ci-dessus est prise dans l’ISO 13943 et elle est donnée ici par souci de clarté et de
commodité pour le lecteur.
NOTE 2 Un essai au feu effectué sur une éprouvette dont la dimension maximale est supérieure à 3 m est
habituellement appelé «essai à grande échelle».
3.5
essai au feu en grandeur réelle
essai au feu qui simule une application donnée en prenant en compte les dimensions réelles, l’utilisation
ou l’installation réelle de l’objet et l’environnement
NOTE 1 La définition ci-dessus est prise dans l’ISO 13943 et elle est donnée ici par souci de clarté et de
commodité pour le lecteur.
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NOTE 2 Cet essai suppose que les produits sont utilisés suivant les conditions fixées par le prescripteur ou
conformément à la pratique normale.
3.6
effet de matrice
effet combiné de tous les composants de l’échantillon autres que l’analyte sur le mesurage de la grandeur
[1]
NOTE 1 Effet de matrice (en chimie analytique) tel que défini dans le recueil de terminologie chimique de l’IUPAC .
NOTE 2 L’effet de matrice, dans l’analyse des gaz toxiques dans un effluent du feu, sera l’effet combiné des
composants de l’effluent sur l’analyte.
NOTE 3 Si un composant spécifique peut être identifié comme provoquant un effet, il est alors qualifié
d’interférence.
4 Conditions de combustion
4.1 Généralités
Les taux de production et la nature du composant de l’effluent du feu générés lors d’un essai au feu
de toute échelle sont déterminés par les combustibles impliqués et par les conditions thermiques et
oxydantes prédominantes dans le stade de feu considéré. Ces conditions déterminent également la
vitesse de combustion des produits/matériaux et, par conséquent, le taux de production des effluents.
Voir l’ISO 16312-1.
Au cours de l’essai au feu d’un produit fini, les conditions de combustion sont susceptibles de varier. Ces
variations comprennent la chimie de l’élément combustible et l’exhaustivité de la ventilation.
Le fait de déterminer si la décomposition se produit avec flammes ou sans flammes est un facteur
essentiel dans la production de gaz toxiques.
Les conditions de combustion, dans lesquelles les données sur les gaz toxiques sont déterminées, doivent
être aussi proches que possibles des conditions équivalentes entre les modèles physiques de feu ou les
échelles d’essai comparés (voir Article 6).
NOTE 1 Une variation importante de la vitesse de combustion peut avoir une incidence sur le degré d’oxydation
de l’effluent émis. Il se peut que de plus petites variantes de la vitesse de combustion n’aient aucun effet significatif.
NOTE 2 Les stades du feu et les conditions de combustion correspondantes sont décrits dans l’ISO 19706.
4.2 Environnement thermique
Lors d’un essai, les conditions aux limites thermiques comprennent le flux de chaleur externe appliqué
et le flux de chaleur provenant de toute combustion avec flammes. La répartition du flux thermique
entre rayonnement, convection et conduction constitue également un facteur important.
L’environnement thermique auquel est soumise l’éprouvette au cours de la combustion comprend à la fois
la température des gaz et la température du matériau de l’échantillon, comme défini par les conditions
aux limites thermiques.
4.3 Ventilation
La disponibilité de l’oxygène (ventilation) dans les modèles physiques de feu comparés détermine les
conditions de combustion. La comparaison entre les différentes méthodes nécessite la caractérisation
des conditions de ventilation afin d’évaluer le degré de similitude.
Pour une expérience donnée, il est nécessaire d’identifier la manière dont la ventilation est caractérisée
et de déterminer si la caractérisation est locale ou globale.
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ISO 29903:2012(F)
Pour un modèle physique de feu dans lequel le taux de gazéification du combustible ainsi que le débit et la
concentration de l’oxygène entrant sont contrôlés séparément, la disponibilité relative de l’oxygène peut
être caractérisée par un rapport d’équivalence combustible/oxygène. Pour d’autres modèles et d’autres
essais au feu en grandeur réelle, il est possible que l’un ou les deux termes du rapport d’équivalence ne
soit pas bien connu. Dans ces cas, une caractérisation plus large est utilisée. Il pourrait s’agir d’un rapport
d’équivalence global ou d’un terme tel que «combustion sous-ventilée» ou «combustion bien ventilée».
NOTE 1 Les méthodes de calcul des rapports d’équivalence pour les modèles physiques de feu sont données
dans l’ISO 19703.
NOTE 2 Dans certains essais au feu, la vitesse de l’air local peut être un facteur significatif. Cela s’applique
notamment à un four tubulaire où la vitesse de l’air peut avoir une incidence sur les résultats de la combustion.
4.4 Caractéristiques des éprouvettes
Pour les produits finis composés d’un matériau homogène unique, l’éprouvette utilisée dans un modèle
physique de feu doit être préparée de manière qu’elle soit adaptée aux contraintes de l’appareillage d’essai.
Pour les éprouvettes prélevées dans des produits non homogènes, l’éprouvette doit également contenir
les mêmes parties des différents matériaux présents dans le produit fini lors des deux essais comparés.
Pour les produits commerciaux stratifiés, un modèle physique de feu idéal intègre les éprouvettes qui
préservent la relation entre les couches. Lorsque les contraintes du modèle ne le permettent pas, la
justification concernant la configuration des couches doit être documentée.
NOTE Les taux de production en gaz toxiques peuvent dépendre de la surface exposée, ainsi que de la durée
et de l’étendue de pénétration des couches.
5 Données sur les gaz toxiques
5.1 Identification des espèces toxiques
Le groupe minimal des gaz qui doivent être étudiés est donné dans l’ISO 13571.
Les gaz supplémentaires doivent être évalués sur la base de la composition chimique garantie de
l’éprouvette et du produit fini d’où elle a été prélevée.
5.2 Différentes expressions concernant les données sur les gaz toxiques
5.2.1 Généralités
Le paragraphe 5.2 récapitule les différentes expressions habituellement utilisées pour les données sur les
gaz toxiques obtenues lors d’essais au feu et détermine si ces données conviennent pour la comparaison
avec des données similaires obtenues lors d’autres essais ou si elles peuvent être utilisées pour la
prévision de résultats à grande échelle en se fondant sur des données à petite échelle et vice versa.
Les données expérimentales sur les gaz toxiques dégagés lors d’un essai au feu peuvent être exprimées de
plusieurs manières. À partir de données de mesure brutes, souvent exprimées comme des concentrations
de gaz provenant d’un modèle physique de feu spécifique, on obtient des données plus affinées, par
exemple, des taux de production. Ce qui est déterminé dépend en partie du modèle physique de feu
utilisé. L’Annexe A fournit des informations concernant les caractéristiques de différents modèles feu.
Les données peuvent se présenter sous forme de données scalaires ou de données vectorielles.
Certains types de données conviennent pour une comparaison quantitative directe, tandis que d’autres
nécessitent un modèle pour la comparaison quantitative. Le Tableau 1 ci-dessous indique les grandeurs
les plus couramment utilisées dans la présentation des données sur les gaz toxiques.
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ISO 29903:2012(F)
Tableau 1 — Types courants de données sur les gaz toxiques émis lors d’essais au feu et
propriétés pour la comparaison
Comparaison
Unités cou- Données scalaires ou vec- Qualitative ou
Type de données Unités SI directe ou indi-
rantes torielles quantitative
recte
3 3 a
Concentration en ppm (v/v), m /m Scalaires / Vectorielles Indirecte Quantitative
d e
toxiques c’est-à-dire (Directe) (Qualitative)
µL/L
a
La contribution des - - Scalaires / Vectorielles Indirecte Quantitative
d e
toxiques individuels à (Directe) (Qualitative)
la FED (ou à la FEC)
3 3
Potentiel toxique g/m kg/m Scalaires Directe Quantitative
létal
Quantité totale de kg kg Scalaires Indirecte (par Quantitative
toxiques dégagés exemple, taux de
production)
b
Taux de production g/g kg/kg Scalaires (Vectorielles) Directe Quantitative
c
Débits de production g/s kg/s Vectorielles (Scalaires) Indirecte Quantitative
d e
(Directe) (Qualitative)
–1 –2 –1 –2 c
Débits de production g·s ·m kg·s ·m Vectorielles (Scalaires) Directe Quantitative
normalisés
a
Scalaires si le modèle est stationnaire ou vectorielles si le modèle étudie les variations de concentration dans le temps.
b
Habituellement calculées sous forme de données scalaires sur l’ensemble de la période d’expérimentation, mais elles
peuvent être calculées sous forme de données vectorielles à tout instant dans le temps.
c
Habituellement calculées sous forme de données vectorielles à tout instant dans le temps, mais elles peuvent être
calculées sous forme de données scalaires sur l’ensemble de la période d’expérimentation.
d
La comparaison indirecte à l’aide d’un modèle (comme illustré à la Figure 1) permet d’effectuer une comparaison
quantitative. Dans certains cas, une comparaison directe peut être utilisée pour une évaluation qualitative.
e
Des comparaisons directes sans l’utilisation d’un modèle peuvent fournir des informations qualitatives.
NOTE Les «Types de données» indiqués dans le Tableau 1 sont expliqués de 5.2.2 à 5.2.7.
5.2.2 Taux de production
Le taux de production constitue en général le paramètre de comparaison recommandé. Le taux de
production est la masse mesurée d’un toxique produit pendant la combustion, par unité de masse
d’éprouvette consumée lors de l’essai au feu (perte de masse) ou, en variante, par unité de masse
d’éprouvette exposée (charge massique). Le calcul des taux de production est défini dans l’ISO 19703.
Le taux de production est un paramètre de comparaison quantitative et il est indépendant de la dilution ou
d’autres paramètres spécifiques de l’appareillage qui n’ont pas d’incidence sur les conditions de combustion.
NOTE 1 Dans certains modèles physiques de feu à grande échelle (par exemple l’ISO 9705), le calcul des taux
de production en gaz toxiques peut s’avérer difficile car la perte de masse n’est normalement pas mesurée lors
de ces essais.
NOTE 2 Le taux de production peut être exprimé par rapport au taux de perte de masse. De ce fait, il peut
fournir des informations cinétiques ou être une valeur unique représentant une moyenne de l’ensemble de l’essai.
5.2.2.1 Masse d’un gaz toxique dégagé
Une mesure ou une approximation de la masse du gaz toxique dégagé est indispensable pour le calcul des
taux de production en gaz toxiques. La mesure type d’un gaz lors d’un essai au feu est la concentration
volumique du gaz dans un échantillon volumétrique de l’effluent total. Si l’effluent généré lors de l’essai
au feu n’est pas complètement mélangé, de nombreuses mesures de concentrations dans l’écoulement de
l’effluent sont nécessaires.
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ISO 29903:2012(F)
La mesure de la concentration doit être convertie en une masse du gaz toxique généré durant l’intervalle
de temps d’échantillonnage, à l’aide de la loi des gaz parfaits. Des corrections portant sur la condensation,
la mise en solution et le dépôt doivent être incluses, selon le cas, dans le calcul.
5.2.2.2 Masse de l’éprouvette consumée
Une mesure ou une approximation de la masse consumée de l’éprouvette est indispensable pour le calcul
des taux de production en gaz toxiques.
La masse consumée doit être calculée au moins de trois manières.
— Perte de masse basée sur le mesurage en continu de la masse restante de l’éprouvette.
— Perte de masse basée sur un mesurage final de la masse restante de l’éprouvette.
— Estimation de la perte de masse, lorsque aucun mesurage gravimétrique n’est possible, en utilisant
la formule chimique de l’éprouvette et un bilan carbone des produits de combustion.
NOTE La troisième méthode peut être erronée si la composition chimique du résidu d’éprouvette n’est
pas identique à la composition chimique initiale. Cette erreur peut être réduite en déterminant la composition
chimique du résidu.
5.2.3 Concentration en toxiques
Les concentrations mesurées dans un modèle physique de feu spécifique dépendent du degré de dilution
au point d’échantillonnage. Les concentrations sont propres au modèle physique de feu spécifique et
il convient de ne pas les utiliser pour une compa
...
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