ISO 19703:2005

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 19703
First edition
2005-05-01
Corrected version
2006-09-01

Generation and analysis of toxic gases
in fire — Calculation of species yields,
equivalence ratios and combustion
efficiency in experimental fires
Production et analyse des gaz toxiques dans le feu — Calcul des taux
de production des espèces, des rapports d'équivalence et de l'efficacité
de combustion dans les feux expérimentaux




Reference number
ISO 19703:2005(E)
©
ISO 2005

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ISO 19703:2005(E)
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Published in Switzerland

ii © ISO 2005 – All rights reserved

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ISO 19703:2005(E)
Contents Page
Foreword. iv
Introduction . vi
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions. 1
4 Symbols and abbreviated terms . 3
5 Appropriate input data required for calculations . 5
5.1 Data handling . 5
5.2 Test specimen information . 5
5.3 Fire conditions . 6
5.4 Data collection . 6
6 Calculation of yields of fire gases and smoke, stoichiometric oxygen demand, and
recovery of key elements. 7
6.1 Calculation of measured yields from fire gas concentration data . 7
6.2 Calculation of notional gas yields. 10
6.3 Calculation of recovery of elements in key products . 12
6.4 Calculation of stoichiometric oxygen demand. 12
6.5 Calculation of smoke yields . 19
7 Calculation of equivalence ratio. 22
7.1 General. 22
7.2 Derivation of φ for flow-through, steady-state experimental systems . 23
7.3 Derivation of φ for flow-through, calorimeter experimental systems. 24
7.4 Derivation of φ for closed chamber systems . 25
7.5 Derivation of φ in room fire tests. 25
8 Calculation of combustion efficiency. 25
8.1 General. 25
8.2 Heat release efficiency . 26
8.3 Oxygen consumption efficiency . 27
8.4 Oxides of carbon method . 29
Bibliography . 33

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ISO 19703:2005(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 19703 was prepared by Technical Committee ISO/TC 92, Fire safety, Subcommittee SC 3, Fire threat to
people and environment.
This corrected version of ISO 19703:2005 incorporates the following corrections:
a) Clause 2:
⎯ ISO/TR 9122-1:1989 has been cancelled and replaced by ISO/TS 19706.
1)
⎯ ISO/TR 19701:— has been modified to ISO/TR 19701:2005 and the associated footnote deleted.
⎯ These two references, plus ISO 5725-1:1994, ISO 5725-2:1994, ISO/TR 9122-4:1993, ISO/TS 13571
and the International vocabulary of basic and general terms in metrology, have been moved to the
Bibliography as references [21] to [27].
b) 3.6: The definition of mass concentration of gas, has been modified.
c) Clause 4:
⎯ The semi-colon (;) has been replaced by a comma in the subscripts of some of the symbols, such as
m and some of the quantities modified.
m,loss
⎯ σ has been amended to σ .
α mα
d) 5.3: The second subclause numbered 5.3.1 has been renumbered to 5.3.2.
e) Table 4:
⎯ In row 1, column 2, m has been modified to m .
A,E A,X
⎯ Footnote a has been modified to read: “m is the atomic mass, expressed in grams, of element X.”
A,X
f) 7.1, Equation (45): The units for the factor 1 331 have been modified to read: “., expressed in cubic
metres,”
iv © ISO 2005 – All rights reserved

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ISO 19703:2005(E)
g) 8.3.2 (twice): The symbol χ has been modified to χ .
ox,dep ox
h) 8.3.3.1(twice) and 8.3.3.3, Equation (58): The symbol χ has been modified to χ .
ox,prod prod
i) Equation (57): The reference associated with the definition of χ has been changed to “(see 8.4)”.
cox
j) Table 10:
⎯ Symbols in subtitles 1 and 2 have been modified to ω and ω , respectively.
O,2,cons O,2,der
⎯ The symbol associated with “Combustion efficiency” (fourth row, second column under Oxygen
consumption method) has been modified to χ .
ox
⎯ In Footnote a, m has been modified to m .
A,E A,X
⎯ A footnote indicator has been added to the fourth column of the first and third rows under “Oxygen in
b
products method”, e.g. (microlitres per litre) .
k) Table 11:
⎯ Symbol in subtitle 1 has been modified to ω .
O,2,cons
⎯ The symbol associated with “Combustion efficiency” (fourteenth row, second column under Oxygen
consumption method) has been modified to χ .
ox
l) Bibliography: ISO 5660 has been revised to ISO 5660-1 with the new title: Reaction-to-fire tests — Heat
release, smoke production and mass loss rate — Part 1: Heat release rate (cone calorimeter method).
m) Other minor editorial changes to layout, punctuation, etc.

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ISO 19703:2005(E)
Introduction
It is the view of committees ISO TC92/SC3 (Fire threat to people and the environment), ISO TC92/SC4 (Fire
safety engineering), and IEC TC89 (Fire hazard testing) that commercial products should not be regulated
solely on the basis of the toxic potency of the effluent produced when the product is combusted in a bench-
scale test apparatus (physical fire model). Rather, the information that characterizes the toxic potency of the
effluent should be used in a fire risk or hazard assessment that includes the other factors that contribute to
determining the magnitude and impact of the effluent. The characterization of (a) the apparatus used to
generate the effluent and (b) the effluent itself must thus be in a form usable in such a fire safety assessment.
As described in ISO/TS 13571, the time to incapacitation in a fire is determined by the integrated exposure of
a person to the fire effluent components. The toxic species concentrations depend on both the yields originally
generated and the successive dilution in air. The former are commonly obtained using a bench-scale
apparatus (in which a specimen from a commercial product is burned) or a real-scale fire test of the
commercial product. These yields, expressed as the mass of effluent component per mass of fuel consumed,
are then inserted into a fluid mechanical model that estimates the transport and dilution of the effluent
throughout the building as the fire evolves.
For the engineering analysis to produce accurate results, the yield data must come from an apparatus that
has been demonstrated to produce yields comparable to those produced when the full product is burned. In
addition to depending on the chemical composition, conformation and physical properties of the test specimen,
toxic-product yields are sensitive to the combustion conditions in the apparatus. Thus, one means of
increasing the likelihood that the yields from a bench-scale apparatus will be accurate is to operate it under
combustion conditions similar to those expected when the real product burns. The important conditions
include whether the fuel is flaming or non-flaming, the degree of flame extension, the fuel/air equivalence ratio,
and the thermal environment. Similarly, these parameters should be known for a real-scale fire test.
The yields of toxic gases, the combustion efficiency and the equivalence ratio are likely to be sensitive to the
manner in which the test specimen is sampled from the whole commercial product. There may be difficulty or
alternative ways of obtaining of a proper test specimen. That is not the subject of this document, which
presumes that a specimen has been selected for study and characterizes the combustion conditions and the
yields of effluent species for that specimen.
For those experimental fires in which time-resolved data are available, the methods in this International
Standard can be used to produce either instantaneous or averaged values. The application may be influenced
by changes in the chemistry of the test specimen during combustion. For those fire tests limited to producing
time-averaged gas concentrations, the calculated values produced by the methods in this International
Standard are limited to being averages as well. In real fires, combustion conditions, the fuel chemistry and the
composition of fire effluent from many common materials and products vary continuously during the course of
the fire. Thus, how well the average yields obtained using these methods correspond to the yields in a given
real fire has much to do with the stage of the fire, the pace of fire development and the chemical nature of the
materials and products exposed.
This International Standard provides definitions and equations for the calculation of toxic product yields and
the fire conditions under which they have been derived in terms of equivalence ratio and combustion efficiency.
Sample calculations for practical cases are provided.

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INTERNATIONAL STANDARD ISO 19703:2005(E)

Generation and analysis of toxic gases in fire — Calculation of
species yields, equivalence ratios and combustion efficiency in
experimental fires
1 Scope
This International Standard provides definitions and equations for the calculation of toxic product yields and
the fire conditions under which they have been derived in terms of equivalence ratio and combustion efficiency.
Sample calculations for practical cases are provided. The methods can be used to produce either
instantaneous or averaged values for those experimental fires in which time-resolved data are available.
This International Standard is intended to provide guidance to fire researchers for
⎯ appropriate experimental fire data to be recorded,
⎯ calculating average yields of gases and smoke in fire effluents in fire tests and fire-like combustion in
reduced scale apparatus
⎯ characterizing burning behaviour in experimental fires in terms of equivalence ratio and combustion
efficiency using oxygen consumption and product generation data.
This International Standard does not provide guidance on the operating procedure of any particular piece of
apparatus or interpretation of data obtained therein (e.g. toxicological significance of results).
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/IEC 13943:2000, Fire safety — Vocabulary
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 13943:2000 and the following apply.
3.1
atomic mass
12
〈of an element〉 value proportional to the mass of its atom relative to carbon (isotope C) that is assigned the
value of 12,00 containing 1 mole of carbon atoms
3.2
combustion efficiency
ratio of the heat released in a combustion reaction to the theoretical heat of complete combustion
NOTE 1 Combustion efficiency can be calculated only for cases where complete combustion can be defined.
NOTE 2 Combustion efficiency can also be expressed as a percentage.
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ISO 19703:2005(E)
3.3
empirical formula
chemical formula of a substance in which the relative numbers of atoms of each type are given
NOTE Typically, the number for one type of atom is chosen, to be an integer (usually C or O), e.g. a particular
sample might be represented as C H O N Cl .
6 8,9 4,1 0,3 0,01
3.4
equivalence ratio
φ
actual fuel-to-air mass ratio divided by the stoichiometric fuel-to-air mass ratio for that fuel
NOTE 1 For φ < 1, as in small or well-ventilated fires, the fuel/air mixture is said to be fuel lean and complete
combustion (i.e., to CO and H O) will dominate. For φ = 1, the mixture is stoichiometric. For φ > 1, as in ventilation-
2 2
controlled fires, the mixture is fuel rich and relatively high concentrations of pyrolysis and incomplete combustion gases
will result.
NOTE 2 Standard, dry air contains 20,95 % oxygen by volume. In practice, the oxygen concentration in entrained air
can vary, requiring correction in the calculation of φ to a standard, dry air basis. In this International Standard, fuel-to-
oxygen ratios, rather than fuel/air ratios, are used for the equivalence ratio calculations.
NOTE 3 For gaseous fuels, an alternative expression of the equivalence ratio can be based on the fuel-to-air volume
ratio.
3.5
mass loss concentration
mass of a test specimen consumed during combustion per unit chamber volume (closed system) or per total
volume of air passing through an open system
NOTE 1 Mass loss concentration is typically expressed in units of grams per cubic metre.
NOTE 2 For an open system, the definition assumes that the mass is dispersed in the air flow uniformly over time.
3.6
mass concentration of gas
mass of gas per unit volume
NOTE 1 The mass concentration of a gas can be derived directly from the measured volume fraction and its molar
mass, or measured directly.
NOTE 2 Mass concentration is typically expressed in units of grams per cubic metre.
3.7
mass concentration of particles
mass of solid and liquid aerosol particles per unit volume
NOTE Mass concentration of particles is typically expressed in units of grams per cubic metre.
3.8
molar mass
mass of 1 mole
NOTE Molar mass is normally expressed in units of grams per mole.
3.9
net heat of combustion
enthalpy, per unit mass of fuel consumed, generated in complete combustion with the water produced being in
the gaseous state
NOTE Net heat of combustion is typically expressed in units of kilojoules per gram or megajoules per kilogram.
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ISO 19703:2005(E)
3.10
notional yield
stoichiometric yield
maximum possible mass of a combustion product generated during combustion, per unit mass of test
specimen consumed
NOTE Notional yield is typically expressed in units of grams per gram or kilograms per kilogram.
3.11
recovery of element
〈in a specified combustion product〉 degree of conversion of an element in the test specimen to a
corresponding gas, i.e. a ratio of the actual yield to notional yield of the gas containing that element
3.12
stoichiomeric mixture
mixture of fuel and oxidizer which has the correct composition to produce only the products of complete
combustion
3.13
stoichiometric oxygen demand
stoichiometric oxygen-to-fuel mass ratio
amount of oxygen needed by a material for complete combustion
NOTE Stoichiometric oxygen demand is typically expressed in units of grams per gram or kilograms per kilogram.
3.14
uncertainty of measurement
parameter associated with the result of a measurement, that characterizes the dispersion of values that could
reasonably be attributed to the measurand
[20]
NOTE The description and propagation of uncertainty in measurements is described in GUM .
3.15
yield
mass of a combustion product generated during combustion per unit mass of test specimen consumed
NOTE Yield is typically expressed in units of grams per gram or kilograms per kilogram.
4 Symbols and abbreviated terms
Symbol Quantity Typical units
A extinction area of smoke square metre
A or A specific extinction area of smoke per unit mass of material square metres per gram or
σf SEA
burned square metres per kilogram
D mass optical density (log analogue of A ) cubic metres per gram or cubic

MO 10 SEA
metres per kilogram
F recovery fraction of element E in gas containing E dimensionless
R,E
∆H measured heat release in a combustion kilojoules per gram
act
∆H net heat or enthalpy generated in complete combustion kilojoules per gram
c
I / I fraction of light transmitted through smoke dimensionless
o
L is the light path through the smoke metre
m atomic mass of the element E gram
A,E
m mass of element E per unit mass of material dimensionless
E
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ISO 19703:2005(E)
m mass of element E in the material percent
E,per
m mass of fuel gram
fuel
m total mass of the gas of interest gram
gas
m total mass loss of material gram
m,loss

m material mass loss rate grams per minute
m,loss
m actual mass of oxygen available for combustion gram
O2,act
m actual mass flow rate of oxygen available for combustion grams per minute
O2,act
m stoichiometric mass of oxygen required for complete gram
O2,stoich
combustion
m total mass of particles gram
part
m mass concentration of smoke grams per cubic metre
s
M molar mass of the gas of interest grams per mole
gas
M molar mass of the polymer unit gram
poly
n number of atoms of element E in the gas dimensionless
E
n number of atoms of element E in the polymer unit dimensionless
E,poly
P ambient pressure kilopascal
amb
P standard pressure 101,3 kPa
std
T temperature of the gas of interest at the point of degree Celsius
C
measurement
V total volume of fire effluent cubic metre
eff

V volume air flow rate cubic metres per minute
air
w measured mass fraction of oxygen consumed dimensionless
O2,cons
w derived mass fraction of oxygen consumed dimensionless
O2,der
w mass fraction of oxygen in polymer that contributes to the dimensionless
Oex,poly
formation of oxygen-containing products
w mass fraction of oxygen consumed in the form of the major dimensionless
Ogases
oxygen-containing products (w + w + w )
OCO2 OCO OH2O
w mass fraction of oxygen in the polymer dimensionless
Opoly
Y measured mass yield of gas of interest dimensionless
gas
Y measured mass yield of smoke particles dimensionless
part
α linear decadic absorption coefficient (or optical density) inverse metre
α light extinction coefficient inverse metre
k
χ combustion efficiency ratio dimensionless
χ combustion efficiency ratio calculated from the generation dimensionless
cox
efficiency of carbon in the fuel to oxides of carbon
χ combustion efficiency ratio calculated from oxygen dimensionless
ox
depletion
χ combustion efficiency ratio calculated from the oxygen in dimensionless
prod
the major combustion products
φ equivalence ratio dimensionless
η generation efficiency for oxides of carbon dimensionless
ϕ volume concentration of the gas of interest volume per volume, percent,
gas
[parts per million (ppm)
deprecated]
ϕ volume fraction oxygen in the air supply (0,209 5 for dry air) dimensionless
O2
4 © ISO 2005 – All rights reserved

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ISO 19703:2005(E)
ρ mass concentration of the gas of interest grams per cubic metre
gas
ρ mass loss concentration of the material grams per cubic metre
m,loss
ρ mass concentration of the smoke particles grams per cubic metre
part
σ mass specific extinction coefficient square metres per gram or
m,α
square metres per kilogram
Ψ notional mass yield of gas of interest dimensionless
gas
Ψ stoichiometric mass oxygen-to-fuel ratio (stoichiometric dimensionless
O
oxygen demand)
5 Appropriate input data required for calculations
5.1 Data handling
5.1.1 Uncertainty
In calculating the fire parameters described in this document, it is essential to take into account the uncertainty
[1]
or error associated with each component, and to combine them in the correct manner . Uncertainty is derived
from accuracy (how close the measured value is to the true value) and precision (how well the values agree
with each other). There will be uncertainties relating to physically measured parameters (e.g. mass loss, gas
concentrations etc.).
Assuming all errors to be independent, the total error, δq, is obtained by summing the squares of the errors in
accordance with the general Equation (1):
22
δδqq
⎛⎞ ⎛ ⎞
δqa=δ + .+ δz (1)
⎜⎟ ⎜ ⎟
δδaz
⎝⎠ ⎝ ⎠
In other words, evaluate the error caused by each of the individual measurements, and then combine them by
taking the root of the sum of the squares.
In empirically derived equations, uncertainties in “constant” values should be treated similarly to measurement
uncertainties. If a constant is truly constant, i.e. has negligible uncertainty, then it can be neglected.
5.1.2 Significant figures and rounding off
When recording and reporting data, it is also important to handle significant figures properly. The general
approach is to carry one digit beyond the last certain one. When rounding off, the typical rule is to round up
when the figure to be dropped is 5 or more and round down when it is less than 5.
5.2 Test specimen information
5.2.1 Composition
Information should be given where possible on the combustible fraction, organic and inorganic combustible
components, inert components, elemental composition, empirical formula, and molecular or formula weight
The combustible in a fire experiment of any scale is often a single, homogenous material, perhaps with
dispersed additives. In this case, the molecular formula of the material should be provided. Commercial
products, however, are generally non-homogeneous combinations of materials, with each component
containing one or more polymers and possibly multiple additives. For complex materials representative of
commercial products, the yields, effective heats of combustion, etc. will vary with time as the various
components become involved. For some of the following (global) calculations, a simplification is the use of an
empirical formula for the composite.
© ISO 2005 – All rights reserved 5

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ISO 19703:2005(E)
5.2.2 Net heat of combustion
The net heat of combustion for combustible components may be required for some of the calculations (e.g.
combustion efficiency).
5.3 Fire conditions
5.3.1 Apparatus
Give the name of the apparatus with a brief description of mode of operation (e.g., flow-through steady state,
calorimeter, closed chamber system, etc.). Refer to the appropriate standard or other reference relating to the
procedure.
5.3.2 Set-up procedure
The fire conditions are generally apparatus-dependent, and largely dictated by the set-up procedure for the
particular apparatus. The following information is required:
a) test specimen details, its mass, dimensions and orientation of the combustible;
b) thermal environment in terms of the temperature (expressed in degrees Celsius) and/or irradiance
(expressed in kilowatts per square metre) to which test specimen is subjected;
NOTE  The temperature distribution and the radiation field in a test are frequently not uniform and as a result are
rarely well documented. Sufficient information about the thermal and radiative conditions is needed that another
person can reproduce the results using the same apparatus, compare the results with results for the same specimen
tested in another apparatus, etc.
c) oxygen concentration in the air supply (volume percent or volume fraction);
d) volume of chamber or air flow. For a closed system, give the air volume (expressed in litres or cubic
metres), and for an open system, give the air flow (expressed in litres per minute or in cubic metres per
metre), and the dynamics of the flow. In both cases, give information on the atmospheric mixing
conditions and the degree of homogeneity of the fire effluent.
5.4 Data collection
5.4.1 Data acquisition
Time-resolved data or time-integrated data may be acquired. The method of data acquisition will be specified
in the test protocol.
5.4.2 Measured data and observations
Most of the following data parameters will be required in order to calculate yields, equivalence ratios and
combustion efficiencies in experimental fires. The units applied to data will be usually dictated by the
operational procedure associated with a particular piece of apparatus. A number of typical units are suggested
below:
a) mass loss of the test specimen, derived by measuring the test specimen mass before and after test to
give overall mass loss (expressed in milligrams, grams or kilograms) or mass loss fraction (expressed in
mass percent, grams per gram or kilograms per kilogram), or by measuring the specimen mass
throughout a test to give
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 19703
Première édition
2005-05-01


Production et analyse des gaz toxiques
dans le feu — Calcul des taux de
production des espèces, des rapports
d'équivalence et de l'efficacité de
combustion dans les feux expérimentaux
Generation and analysis of toxic gases in fire — Calculation of species
yields, equivalence ratios and combustion efficiency in experimental
fires




Numéro de référence
ISO 19703:2005(F)
©
ISO 2005

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ISO 19703:2005(F)
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ISO 19703:2005(F)
Sommaire Page
Avant-propos. iv
Introduction . v
1 Domaine d'application. 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions. 1
4 Symboles et termes abrégés . 4
5 Données d'entrée appropriées pour les calculs. 5
5.1 Traitement des données . 5
5.2 Information sur les éprouvettes d'essai. 6
5.3 Conditions de combustion . 6
5.4 Collecte des données. 7
6 Calcul des taux de production des gaz de combustion et de la fumée, du rapport
stœchiométrique en oxygène et de la régénération des principaux éléments . 7
6.1 Calcul des taux de production mesurés à partir des données sur la concentration en gaz
de combustion . 7
6.2 Calcul des taux de production théoriques des gaz. 10
6.3 Calcul de la régénération des éléments dans les principaux produits. 12
6.4 Calcul du rapport stœchiométrique en oxygène. 13
6.5 Calcul des taux de production des fumées . 20
7 Calcul du rapport d'équivalence . 23
7.1 Généralités . 23
7.2 Calcul de φ pour les conditions expérimentales à état stable et à débit continu . 25
7.3 Calcul de φ pour les conditions expérimentales de calorimétrie à débit continu. 26
7.4 Calcul de φ pour les systèmes à chambre fermée. 26
7.5 Calcul de φ dans les essais au feu de compartiment. 26
8 Calcul de l'efficacité de combustion. 27
8.1 Généralités . 27
8.2 Efficacité du dégagement de chaleur . 27
8.3 Efficacité basée sur la consommation d'oxygène. 28
8.4 Méthode basée sur les oxydes de carbone . 30
Bibliographie . 35

© ISO 2005 – Tous droits réservés iii

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ISO 19703:2005(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 19703 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.
La présente version française de l’ISO 19703:2005 correspond à la version anglaise publiée le 2005-05-01 et
corrigée le 2006-09-01.
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ISO 19703:2005(F)
Introduction
Les comités ISO TC92/SC3 (Dangers pour les personnes et l'environnement dus au feu), ISO TC92/SC4
(Ingénierie de la sécurité incendie) et CEI TC89 (Essais relatifs aux risques du feu) considèrent qu'il convient
de ne pas réglementer les produits commerciaux en se basant uniquement sur le potentiel toxique des
effluents engendrés lorsque ledit produit est soumis à combustion dans un appareillage d'essai au banc
(conditions d'essais conventionnelles). Il est au contraire recommandé d'utiliser les informations caractérisant
le potentiel toxique des effluents dans le cadre d'une évaluation des risques d'incendie ou des dangers de feu
qui intègre les autres facteurs contribuant à déterminer l'ampleur et l'impact des effluents. Les conditions de la
caractérisation (a) de l'appareillage servant à produire les effluents et (b) des effluents eux-mêmes doivent
donc être exploitables dans ce type d'évaluation de la sécurité incendie.
Tel que décrit dans l'ISO/TS 13571, le temps disponible avant incapacité dans une situation d'incendie est
déterminé par l'exposition cumulée d'une personne aux composants des effluents du feu. Les concentrations
en espèces toxiques dépendent à la fois des taux de production initialement engendrés et de la dilution
successive dans l'air. Les taux de production sont généralement déterminés en utilisant un appareillage
d'essai au banc (dans lequel une éprouvette-échantillon de produit commercial est brûlée) ou en soumettant
le produit commercial à un essai au feu en vraie grandeur. Ces taux de production, exprimés sous forme de
masse de composant d'effluents par masse de combustible consommé, sont ensuite reportés dans un modèle
de mécanique des fluides qui estime le transport et la dilution des effluents dans l'ensemble du bâtiment au
fur et à mesure de l'évolution du feu.
Pour que l'analyse technique produise des résultats précis, les taux de production doivent être déterminés à
partir d'un appareillage dont il a été démontré qu'il produisait des taux de production comparables à ceux
obtenus lorsque la totalité du produit est brûlée. En plus de dépendre de la composition chimique, de la
conformation et des propriétés physiques de l'éprouvette d'essai, les taux de production en produits toxiques
sont sensibles aux conditions de combustion dans l'appareillage. Par conséquent, l'une des solutions pour
augmenter la probabilité d'obtenir des taux de production précis à partir d'un appareillage d'essai au banc
consiste à reproduire des conditions de combustion similaires à celles attendues lors de la combustion du
produit dans des conditions réelles. Les principales conditions incluent la présence ou l'absence d'une flamme
lors de la combustion, le degré d'extension de la flamme, le rapport d'équivalence combustible/air et
l'environnement thermique. De même, il convient de déterminer ces paramètres pour un essai au feu en vraie
grandeur.
Les taux de production en gaz toxiques, l'efficacité de combustion et le rapport d'équivalence sont
susceptibles d'être sensibles à la manière dont l'éprouvette d'essai est prélevée dans le produit commercial
global. Des difficultés peuvent apparaître ou des méthodes alternatives peuvent être utilisées pour obtenir une
éprouvette d'essai adaptée. Le présent document ne traite pas de ces difficultés ou méthodes alternatives et
suppose qu'une éprouvette a été choisie pour l'étude et qu'elle caractérise les conditions de combustion et les
taux de production des espèces d'effluents pour cette éprouvette.
Pour les feux expérimentaux pour lesquels des données résolues dans le temps sont disponibles, les
méthodes exposées dans la présente Norme internationale peuvent servir à déterminer des valeurs
instantanées ou moyennes. L'application peut varier en fonction des changements dans la composition
chimique de l'éprouvette d'essai au cours de la combustion. Pour les essais au feu limités à la production de
concentrations en gaz dont la moyenne est établie dans le temps, les valeurs calculées en utilisant les
méthodes de la présente Norme internationale se limitent également à des moyennes. Dans les feux réels,
les conditions de combustion, la composition chimique du combustible et la composition des effluents du feu
issus de nombreux matériaux et produits communs varient en permanence pendant l'évolution du feu. Ainsi,
la précision avec laquelle les taux de production moyens obtenus par ces méthodes correspondent à ceux
d'un feu réel donné dépend fortement de la phase d'incendie, de la vitesse de développement du feu et de la
nature chimique des matériaux et produits exposés.
La présente Norme internationale donne des définitions et des équations permettant de calculer les taux de
production en produits toxiques et les conditions de combustion dans lesquelles ces taux de production ont
été déterminés en termes de rapport d'équivalence et d'efficacité de combustion. Des exemples pratiques de
calculs sur éprouvettes sont également fournis.
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NORME INTERNATIONALE ISO 19703:2005(F)

Production et analyse des gaz toxiques dans le feu — Calcul
des taux de production des espèces, des rapports
d'équivalence et de l'efficacité de combustion dans les feux
expérimentaux
1 Domaine d'application
La présente Norme internationale donne des définitions et des équations permettant de calculer les taux de
production en produits toxiques et les conditions de combustion dans lesquelles ces taux de production ont
été déterminés en termes de rapport d'équivalence et d'efficacité de combustion. Des exemples pratiques de
calculs sur éprouvettes sont également fournis. Les méthodes exposées peuvent être utilisées pour produire
des valeurs instantanées ou moyennes pour ces feux expérimentaux dans lesquels des données en fonction
du temps sont disponibles.
La présente Norme internationale a pour but de fournir des lignes directrices aux chercheurs du domaine de
la lutte contre l'incendie, afin
⎯ d'enregistrer des données appropriées relatives aux feux expérimentaux,
⎯ de calculer les taux de production moyens en gaz et en fumée dans les effluents pendant les essais au
feu et dans des conditions de combustion analogue à celles d'un incendie sur un appareillage à échelle
réduite, et
⎯ de caractériser les conditions de combustion dans les feux expérimentaux en termes de rapport
d'équivalence et d'efficacité de combustion, en utilisant les caractéristiques de consommation d'oxygène
et de génération de produits.
La présente Norme internationale ne fournit aucune ligne directrice sur le mode opératoire d'un appareil
spécifique ou sur l'interprétation des données acquises (interprétation toxicologique des résultats, par
exemple).
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent document. Pour les
références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du
document de référence s'applique (y compris les éventuels amendements).
ISO/CEI 13943:2000, Sécurité au feu — Vocabulaire
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l'ISO 13943:2000 ainsi que les
suivants s'appliquent.
3.1
masse atomique
12
〈élément〉 valeur proportionnelle à la masse de l'atome de cet élément par rapport au carbone (isotope C)
auquel est affectée la valeur 12,00 contenant 1 mole d'atomes de carbone
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ISO 19703:2005(F)
3.2
efficacité de combustion
rapport entre la quantité de chaleur libérée pendant une réaction de combustion et la quantité de chaleur
théorique de la combustion complète
NOTE 1 L'efficacité de combustion peut uniquement être calculée lorsque la combustion complète peut être définie.
NOTE 2 L'efficacité de combustion peut aussi être exprimée en pourcentage.
3.3
formule empirique
formule chimique d'une substance indiquant les nombres relatifs d'atomes de chaque type
NOTE Une valeur entière est généralement choisie pour le nombre associé à un type d'atome donné (C ou O en
général). Il est par exemple admis de représenter un échantillon particulier sous la formule C H O N Cl .
6 8,9 4,1 0,3 0,01
3.4
rapport d'équivalence
φ
rapport effectif de masse combustible et masse d'air divisé par le rapport stœchiométrique de masse
combustible et de masse d'air pour ce combustible
NOTE 1 Pour φ < 1, tel que dans les feux de petite taille ou bien ventilés, le mélange combustible/air est dit pauvre en
combustible; la combustion complète (c'est-à-dire en CO et en H O) prédominera. Pour φ = 1, le mélange est
2 2
stœchiométrique. Pour φ > 1, tel que dans les feux à ventilation contrôlée, le mélange est riche en combustible et des gaz
de pyrolyse et de combustion incomplète se formeront en concentrations relativement élevées.
NOTE 2 L'air sec normal contient 20,95 % d'oxygène en volume. Dans la pratique, la concentration en oxygène de l'air
entraîné peut varier, d'où la nécessité de corriger la valeur de φ calculée pour la ramener à une base d'air sec normal.
Dans la présente Norme internationale, les calculs de rapport d'équivalence utilisent des rapports combustible-oxygène
plutôt que des rapports combustible-air.
NOTE 3 Pour les combustibles gazeux, le rapport d'équivalence peut également être exprimé sur la base du rapport de
volume combustible-air.
3.5
concentration de perte de masse
masse d'une éprouvette d'essai consommée pendant la combustion, exprimée par volume unitaire de la
chambre (système fermé) ou par volume total d'air traversant un système ouvert
NOTE 1 La concentration de perte de masse est généralement exprimée en grammes par mètre cube.
NOTE 2 Pour un système ouvert, cette définition suppose que la masse est dispersée dans l'écoulement d'air de
manière uniforme dans le temps.
3.6
concentration massique de gaz
masse de gaz par volume unitaire
NOTE 1 La concentration massique de gaz peut être déterminée à partir de la fraction volumique mesurée et sa masse
molaire, ou mesurée directement.
NOTE 2 La concentration massique est généralement exprimée en grammes par mètre cube.
3.7
concentration massique en particules
masse des particules aérosols solides et liquides par volume unitaire
NOTE La concentration massique en particules est généralement exprimée en grammes par mètre cube.
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ISO 19703:2005(F)
3.8
masse molaire
masse de 1 mole
NOTE La masse molaire est normalement exprimée en grammes par mole.
3.9
pouvoir calorifique inférieur
enthalpie, exprimée par masse unitaire de combustible consommé, générée lorsque la combustion est
complète, l'eau produite étant à l'état gazeux
NOTE Le pouvoir calorifique inférieur est généralement exprimé en kilojoules par gramme ou en mégajoules par
kilogramme.
3.10
taux de production théorique
taux de production stœchiométrique
masse maximale d'un produit de combustion généré pendant la combustion, exprimée par masse unitaire de
l'éprouvette d'essai consommée
NOTE Le taux de production théorique est généralement exprimé en grammes par gramme ou en kilogrammes par
kilogramme.
3.11
régénération d'un élément
〈en un produit de combustion spécifié〉 degré de conversion d'un élément dans l'éprouvette d'essai en un gaz
correspondant, correspondant au rapport entre le taux de production réel et le taux de production théorique du
gaz contenant cet élément
3.12
mélange stœchiométrique
mélange constitué de combustible et de comburant dont la composition permet de produire uniquement les
produits de la combustion complète
3.13
demande stœchiométrique en oxygène
rapport stœchiométrique de masse oxygène-combustible
quantité d'oxygène dont a besoin un matériau pour réaliser une combustion complète
NOTE La demande stœchiométrique en oxygène est généralement exprimée en grammes par gramme ou en
kilogrammes par kilogramme.
3.14
incertitude de mesure
paramètre associé au résultat d'une mesure, caractérisant la dispersion des valeurs susceptibles d'être
raisonnablement imputées à la grandeur à mesurer
[20]
NOTE La description et la propagation de l'incertitude dans les mesures sont décrites dans le GUM .
3.15
taux de production
masse d'un produit de combustion généré pendant la combustion, exprimée par masse unitaire de
l'éprouvette d'essai consommée
NOTE Le taux de production est généralement exprimé en grammes par gramme ou en kilogrammes par
kilogramme.
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ISO 19703:2005(F)
4 Symboles et termes abrégés
Symbole Grandeur Unité typique
A surface d'extinction de la fumée mètre carré
A ou surface d'extinction spécifique de la fumée par masse unitaire de mètre carré par gramme
σf
A matériau brûlé
ou mètre carré par
SEA
kilogramme
D densité optique massique (équivalent log de A ) mètre cube par gramme

MO 10 SEA
ou mètre cube par
kilogramme
F fraction régénérée de l'élément E dans le gaz contenant E sans dimension
R,E
∆H dégagement de chaleur mesuré pendant la combustion kilojoule par gramme
act
∆H pouvoir calorifique inférieur ou enthalpie générée pendant la kilojoule par gramme
c
combustion complète
I / I fraction de lumière transmise à travers la fumée sans dimension
o
L trajet de la lumière à travers la fumée mètre
m masse atomique de l'élément E gramme
A,E
m masse de l'élément E par masse unitaire de matériau sans dimension
E
m masse de l'élément E dans le matériau pourcentage
E,per
m masse du combustible gramme
fuel
m masse totale du gaz étudié gramme
gas
m perte de masse totale du matériau gramme
m,loss
m vitesse de perte de masse du matériau gramme par minute
m,loss
m masse réelle d'oxygène disponible pour la combustion gramme
O2,act
m débit massique réel de l'oxygène disponible pour la combustion gramme par minute
O2,act
m masse stœchiométrique d'oxygène nécessaire pour la combustion gramme
O2,stoich
complète
m masse totale des particules gramme
part
m concentration massique de la fumée gramme par mètre cube
s
M masse molaire du gaz étudié gramme par mole
gas
M masse molaire de l'unité polymère gramme
poly
n nombre d'atomes de l'élément E dans le gaz sans dimension
E
n nombre d'atomes de l'élément E dans l'unité polymère sans dimension
E,poly
P pression ambiante kilopascal
amb
P pression normalisée 101,3 kPa
std
T température du gaz étudié au point de mesure degré Celsius
C
V volume total des effluents du feu mètre cubes
eff

V débit d'air volumique mètre cubes par minute
air
w fraction massique mesurée de l'oxygène consommé sans dimension
O2,cons
w fraction massique dérivée de l'oxygène consommé sans dimension
O2,der
w fraction massique d'oxygène dans le polymère, contribuant à la sans dimension
Oex,poly
formation de produits contenant de l'oxygène
w fraction massique d'oxygène consommé sous la forme des sans dimension
Ogases
principaux produits contenant de l'oxygène (w + w + w )
OCO2 OCO OH2O
w fraction massique de l'oxygène dans le polymère sans dimension
Opoly
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ISO 19703:2005(F)
Y taux de production massique mesuré du gaz étudié sans dimension
gas
Y taux de production massique mesuré des particules de fumée sans dimension
part
α coefficient décimal d'absorption linéaire (ou densité optique) mètre inverse
α coefficient d'extinction de la lumière mètre inverse
k
χ taux d'efficacité de combustion sans dimension
χ taux d'efficacité de combustion calculé à partir du taux d'efficacité
sans dimension
cox
de génération d'oxydes de carbone à partir du carbone du
combustible
χ taux d'efficacité de combustion calculé à partir de l'appauvrissement sans dimension
ox
en oxygène
χ taux d'efficacité de combustion calculé à partir de l'oxygène présent sans dimension
prod
dans les produits de combustion majeurs
φ rapport d'équivalence sans dimension
η taux d'efficacité de génération des oxydes de carbone sans dimension
ϕ concentration volumique du gaz étudié volume par volume ou
gas
pourcentage (ou parties
par million, ppm, à éviter)
ϕ fraction volumique de l'oxygène dans l'alimentation en air sans dimension
O2
(0,209 5 pour l'air sec)
ρ concentration massique du gaz étudié gramme par mètre cube
gas
ρ concentration de perte de masse du matériau gramme par mètre cube
m,loss
ρ concentration massique des particules de fumée gramme par mètre cube
part
σ coefficient d'extinction spécifique massique mètre carré par gramme
m,α
ou mètre carré par
kilogramme
Ψ taux de production massique théorique du gaz étudié sans dimension
gas
Ψ rapport stœchiométrique de masse oxygène-combustible sans dimension
O
(demande stœchiométrique en oxygène)
5 Données d'entrée appropriées pour les calculs
5.1 Traitement des données
5.1.1 Incertitude
Pour calculer les paramètres de combustion décrits dans le présent document, il est essentiel de tenir compte
[1]
de l'incertitude ou de l'erreur associée à chaque composant et de les combiner de manière correcte .
L'incertitude dérive de l'exactitude (c'est-à-dire l'étroitesse de l'accord entre la valeur mesurée et la valeur
réelle) et de la fidélité (l'étroitesse de l'accord entre les différentes valeurs). Des incertitudes apparaîtront sur
les paramètres mesurés physiquement (perte de masse, concentrations en gaz, etc.).
En supposant que toutes les erreurs sont indépendantes, l'erreur totale, δq, est obtenue en ajoutant les carrés
des erreurs conformément à l'Équation (1) générale:
22
δδqq
⎛⎞ ⎛ ⎞
δqa=δ+ .+ δz (1)
⎜⎟ ⎜ ⎟
δδaz
⎝⎠ ⎝ ⎠
En d'autres termes, évaluer l'erreur due à chacune des mesures individuelles et les combiner ensuite en
calculant la racine de la somme des carrés.
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Dans les équations établies de manière empirique, il convient de traiter les incertitudes dans les valeurs
«constantes» comme des incertitudes de mesure. Si une constante est réellement constante, c'est-à-dire que
son incertitude est négligeable, elle peut alors être négligée.
5.1.2 Chiffres significatifs et arrondi
Lors de l'enregistrement des données et de la production de rapports, il est également important de traiter
correctement les chiffres significatifs. L'approche générale consiste à conserver un chiffre au-delà du dernier
chiffre certain. Pour l'arrondi, la règle typique est d'arrondir par excès lorsque le chiffre à arrondir est supérieur
ou égal à 5, et d'arrondir par défaut lorsqu'il est inférieur à 5.
5.2 Information sur les éprouvettes d'essai
5.2.1 Composition
Dans la mesure du possible, il convient de donner des informations sur la fraction combustible, les
composants combustibles organiques et inorganiques, les composants inertes, la composition élémentaire, la
formule empirique et le poids moléculaire ou formulaire.
Dans un feu expérimental réalisé sur une échelle quelconque, le combustible est souvent un seul matériau
homogène, contenant éventuellement des additifs dispersés. Dans ce cas, il convient de préciser la formule
moléculaire du matériau. En revanche, les produits commerciaux sont généralement des combinaisons non
homogènes de matériaux dont chaque composant contient un ou plusieurs polymères et éventuellement
plusieurs additifs. Pour les matériaux complexes représentatifs de produits commerciaux, les taux de
production, les chaleurs de combustion effectives, etc., varieront en fonction du temps, au fur et à mesure où
les différents composants seront impliqués dans la combustion. Pour certains des calculs suivants (globaux),
une méthode simplifiée consiste à utiliser une formule empirique pour le composite.
5.2.2 Pouvoir calorifique inférieur
Le pouvoir calorifique inférieur des composants combustibles peut être nécessaire pour certains calculs
(efficacité de combustion, par exemple).
5.3 Conditions de combustion
5.3.1 Appareillage
Indiquer le nom de l'appareil et décrire brièvement son mode opératoire (par exemple état d'écoulement
stable, calorimètre, système à chambre fermée, etc.). Préciser la norme appropriée ou toute autre référence
liée au mode opératoire.
5.3.2 Mode opératoire de réglage
Les conditions de combustion dépendent généralement de l'appareil et sont influencées en grande partie par
le mode opératoire de réglage de l'appareil particulier. Il est nécessaire de fournir les informations suivantes:
a) les détails de l'éprouvette d'essai, sa masse, ses dimensions et l'orientation du combustible;
b) l'environnement thermique en termes de température (exprimée en degrés Celsius) et/ou de
rayonnement calorifique (exprimé en kilowatts par mètre carré), auquel l'éprouvette d'essai est soumise;
NOTE Les champs de température et de rayonnement d'un essai ne sont généralement pas uniformes et sont
donc rarement bien documentés. Il est nécessaire de fournir suffisamment d'informations sur les conditions de
température et de rayonnement afin qu'une autre personne puisse reproduire les résultats en utilisant le même
appareil, comparer les résultats avec ceux obtenus po
...