ISO 18195:2019
(Main)Method for the justification of fire partitioning in water cooled nuclear power plants (NPP)
Method for the justification of fire partitioning in water cooled nuclear power plants (NPP)
The document provides: — guidelines for determining the thermal effects to consider on fire barriers inside a given room; — guidelines for determining the global performance of the fire barriers based on standard test characterization; — guidelines for assessing the need for additional tests to verify the robustness of the solution. Requirements of applicable standards, numerical tools validation and verification (V&V), and the expected qualification of fire resistance laboratories are detailed. The limitations of the method's applicability and scope are discussed. The purpose and justification of this document is to describe a new methodology for the verification of the efficiency of fire barriers, which is initially based on a standardized fire resistance test. The significance of this work relates to the fact that the present methodology will enhance the level of safety by providing more realism to hazards analysis in combination with standardized test data. It completes the standard ISO-fire rating required for justifying the performance. The most relevant benefit of this method concerns the determination of the global performance of a barrier in a fire of extended duration compared to the classification given by the ISO-fire rating.
Méthode de justification de l'efficacité de la sectorisation incendie des centrales nucléaires utilisant l'eau comme fluide caloporteur
Le présent document fournit: — des lignes directrices relatives à la détermination des effets thermiques à prendre en compte pour les parois de séparation coupe-feu installées à l'intérieur d'un local donné; — des lignes directrices relatives à la détermination des performances globales des parois de séparation coupe-feu sur la base d'une caractérisation par essai normalisé; — des lignes directrices relatives à l'évaluation de la nécessité de mettre en place des essais supplémentaires afin de vérifier la robustesse de la solution. Il décrit en détail les exigences des normes applicables, le processus de validation et de vérification des outils numériques, ainsi que la qualification attendue des laboratoires de résistance au feu. Il expose également les limites d'utilisation et du domaine d'application de cette méthode. L'objet et la justification du présent document consistent à décrire une nouvelle méthodologie de vérification de l'efficacité des parois de séparation coupe-feu, initialement déterminée sur la base d'un essai de résistance au feu normalisé. L'importance de ces travaux tient à la capacité de la présente méthodologie à renforcer le niveau de sécurité en proposant une analyse des dangers plus réaliste associée à des données d'essais normalisés. La présente norme complète le degré de résistance au feu réglementaire imposé dans le cadre de la justification des performances. L'avantage le plus pertinent de cette méthode réside dans sa capacité à déterminer les performances globales d'une paroi de séparation coupe-feu dans une situation d'incendie d'une durée supérieure à celle prévue par le degré de résistance au feu réglementaire.
General Information
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 18195
First edition
2019-02
Corrected version
2019-03
Method for the justification of fire
partitioning in water cooled nuclear
power plants (NPP)
Méthode de justification de l'efficacité de la sectorisation incendie des
centrales nucléaires utilisant l'eau comme fluide caloporteur
Reference number
©
ISO 2019
© ISO 2019
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Website: www.iso.org
Published in Switzerland
ii © ISO 2019 – All rights reserved
Contents Page
Foreword .v
Introduction .vi
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms, definitions, symbols and abbreviated terms . 1
3.1 Terms and definitions . 2
3.2 Symbols . 4
3.3 Abbreviated terms . 5
4 Method for justification of nuclear safety fire partitioning: global approach.5
4.1 Objective of the method . 5
4.1.1 The basis of design: standard fire resistance tests . 5
4.1.2 Aim, limitations, and precautions . 6
4.1.3 Minimum requirements concerning the qualification of the method
practitioners . 8
4.2 General principle of the method . 8
4.3 Design of the partitioning: justification of the adequate performance of fire barriers .10
4.4 Fire barriers and structural elements .10
4.5 Overall flowchart (flowchart 1) .11
5 Determination of the design basis fire temperature curve (room fire curve) .12
5.1 General considerations in room fire scenarios .12
5.1.1 Typical development stages of a compartment fire .12
5.2 Defining the design basis fire temperature curve for a room .13
5.3 Requirements concerning calculation tools .14
5.4 Assumptions and input data for numerical calculations .15
5.4.1 Fixed automatic fire fighting system (credited or not) .15
5.4.2 Modeling assumptions .16
5.4.3 Characteristics of a room .16
5.4.4 Nature of fuels .17
5.4.5 Fire scenarios . . .18
5.4.6 Recommended value for pyrolysis rates .23
5.5 Design basis fire temperature curve calculation process .23
5.5.1 Data input .23
5.5.2 Modelling of the fire volume and scenarios .23
5.5.3 Modelling options .23
5.6 Determination of the fire temperature curve .24
6 Determination of the performance of fire barriers (performance curve diagram) .26
6.1 Principles .26
6.2 Characterization of the performance diagram: global methodology .26
6.3 Phase 1: analysis of the standard test .27
6.4 Phase 2 branch A: determination by calculation .28
6.4.1 Study approach.28
6.4.2 Selection of representative experimental curves .29
6.4.3 Calculation tools and choice of the modelling .29
6.4.4 Thermal properties of materials .30
6.4.5 Plotting performance curves from the reference curves .32
6.4.6 Plotting “steady state” curves .34
6.4.7 Plotting the performance diagram .34
6.5 Phase 2 BRANCH B: working out a new family system .34
6.5.1 Study approach for branch B .35
6.5.2 Experimental check (step 5B) .35
6.6 Phase 2 branch C: specific characterization tests .36
6.7 Alternative performance curves .37
6.8 Performance curve diagram .37
6.9 Validation of the models .37
7 Uncertainty and sensitivity .37
7.1 Use of average values (zone model vs. CFD model) .38
7.2 Uncertainties and sensitivities in fire temperature curve calculation .38
7.3 Uncertainties and sensitivities in the performance curve process .38
Annex A (informative) Spreading criterion PFG/PFL (examples) .40
Annex B (informative) Value examples for fire scenarios .42
Annex C (informative) Loss of classification criteria : examples .51
Annex D (informative) Example of performance diagram of a cable fire-wrap .52
Bibliography .65
iv © ISO 2019 – All rights reserved
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation on the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the
World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see the following
URL: www .iso .org/iso/foreword .html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 85, Nuclear energy, nuclear technologies,
and radiological protection, Subcommittee SC 6, Reactor Technology.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www .iso .org/members .html.
This corrected version of ISO 18195:2019 incorporates the following corrections:
— In 5.4.5.4, a few formatting corrections were made;
— In 6.4.7, Figure 13 has been corrected and the key modified accordingly.
Introduction
This document is intended to provide a technical specification to verify the adequacy of the
performance of fire partitions in nuclear power plants. The intended audience of this document are fire
safety engineers and project designers. Nuclear authorities are also concerned considering that this
method is to be used in the process of fire hazard nuclear safety demonstration. The method presented
herein includes a combination of standardized testing and ad hoc testing with numerical and empirical
calculations. Users of this document are expected to be appropriately qualified and competent in the
fields of fire safety engineering, risk assessment and fire resistance standardization.
This document specifies a new methodology to Nuclear Power Plant (NPP) designers, fire safety
professionals and nuclear safety authorities. This methodology aims to verify the adequacy of the
performance of fire barriers in nuclear power plants in order to avoid fire propagation. This method is
a potential tool for risk-informed, performance-based assessment.
NOTE This method is based on the EPRESSI method developed by EDF in collaboration with Efectis France
[39]
fire safety laboratory in France for EPR reactors .
vi © ISO 2019 – All rights reserved
INTERNATIONAL STANDARD ISO 18195:2019(E)
Method for the justification of fire partitioning in water
cooled nuclear power plants (NPP)
1 Scope
The document provides:
— guidelines for determining the thermal effects to consider on fire barriers inside a given room;
— guidelines for determining the global performance of the fire barriers based on standard test
characterization;
— guidelines for assessing the need for additional tests to verify the robustness of the solution.
Requirements of applicable standards, numerical tools validation and verification (V&V), and the
expected qualification of fire resistance laboratories are detailed.
The limitations of the method’s applicability and scope are discussed.
The purpose and justification of this document is to describe a new methodology for the verification of
the efficiency of fire barriers, which is initially based on a standardized fire resistance test.
The significance of this work relates to the fact that the present methodology will enhance the level of
safety by providing more realism to hazards analysis in combination with standardized test data. It
completes the standard ISO-fire rating required for justifying the performance.
The most relevant benefit of this method concerns the determination of the global performance of a
barrier in a fire of extended duration compared to the classification given by the ISO-fire rating.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For
undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 12749-2, Nuclear energy, nuclear technologies, and radiological protection — Vocabulary — Part 2:
Radiological protection
ISO 12749-3, Nuclear energy, nuclear technologies, and radiological protection — Vocabulary — Part 3:
Nuclear fuel cycle
ISO 12749-4, Nuclear energy, nuclear technologies, and radiological protection — Vocabulary — Part 4:
Dosimetry for radiation processing
ISO 12749-5, Nuclear energy, nuclear technologies, and radiological protection — Vocabulary — Part 5:
Nuclear reactors
ISO 13943, Fire safety — Vocabulary
ISO/IEC 17025, General requirements for the competence of testing and calibration laboratories
3 Terms, definitions, symbols and abbreviated terms
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 13943, ISO 12749-2,
ISO 12749-3, ISO 12749-4, and ISO 12749-5 and the following apply.
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https: //www .iso .org/obp
— IEC Electropedia: available at http: //www .electropedia .org/
3.1 Terms and definitions
3.1.1
credited combustible
part of the potential combustible material that will actually participate to the fire development
3.1.2
design basis fire
fire which may break out in any fire source of the plant and which has the severest consequences
(duration, severity)
Note 1 to entry: For a given room, it is a fire taking into account all available fuel in this room liable to burn. Its
characteristics are calculated taking into account the characteristics of the rooms and fuels.
3.1.3
fire volume
volume inside a building, composed or one or several rooms and designed to prevent the extension of a
fire through its boundaries
Note 1 to entry: One of the means of preventing the extension of the fire is to keep it within a limited volume,
either physically, by partitions opposing the fire propagation, either spatially, by boundaries associated with the
remoteness of the components, with active protection systems (sprinklers), or with passive protection systems
(structural features, cable wraps).
3.1.4
fire cell
fire volume (3.1.3) consisting of one or more rooms, bounded by separations guaranteeing that a fire
occurring inside cannot extend to the outside or that one occurring on the outside cannot spread to the
inside for a given period of time
Note 1 to entry: The boundaries of a fire cell may be either fire-resistant physical barriers, wall, ceiling and
floor or spatial separation (3.1.15) through openings with a certain configuration and distance rules between
combustible sources guaranteeing geographical separations with adjacent rooms and other fire areas. The non-
propagation assumption has to be verified (by fire influence studies).
3.1.5
fire compartment
fire volume (3.1.3) consisting of one or more rooms, bounded by material partitions (3.1.10) whose fire
resistance guarantees that a fire occurring inside cannot extend to the outside or that one occurring on
the outside cannot spread to the inside for a given period of time
Note 1 to entry: All the partitions of a fire compartment shall be fire-resistant physical barriers, walls, ceilings,
or floors.
3.1.6
fire resistance rating
time during which the fire partitioning elements (3.1.9) (partitions, walls, floors, doors, dampers,
caulking of penetrations, enclosures of cable racks, etc.) can fulfil their assigned role, despite the effect
of a standard fire
2 © ISO 2019 – All rights reserved
3.1.7
low heat load threshold
LHLT
threshold which is introduced to avoid calculations in case of rooms that have too small quantity of
combustible material and are neither PFL nor PFG
Note 1 to entry: See 5.4.5.3.
3.1.8
“neither PFG nor PFL” criterion
criterion that is met when the quantity of combustible material is not sufficient to generate a significant
fire and does not present risks for spreading to secondary fire sources
Note 1 to entry: By extension, a room is said to be “neither PFG nor PFL” when the concentration of combustible
masses in it is not enough to generate a widespread fire (with no necessity of further verification).
3.1.9
partitioning elements
features (partitions, fire walls, ceilings, floors, ducts, seals of openings such as doors, shutters, dampers,
hatches as well as seals of cable bushings and piping sleeves) which make up a partition (3.1.10)
3.1.10
partition
set of partitioning elements (3.1.9) which fully bound the relevant area by physical separation (3.1.13)
3.1.11
possibility of a fire getting generalized
PFG criterion
criterion for a fire source when its burning is likely to result in flashover and a generalized fire
Note 1 to entry: By extension, a room is said to be PFG when a fire breaking out in an unfavourable part of the
room may result in flashover and generalized fire in the whole room.
3.1.12
all possible fires remaining localized
PFL criterion
criterion for a fire source when its burning shall not result in flashover or propagate to other parts of
the room (3.1.14)
Note 1 to entry: A fire meeting this criterion remains localised and goes out spontaneously. By extension, a room
is said to be PFL when a fire breaking out at the most unfavourable part of the room cannot result in flashover
nor propagate to other parts of the room; it remains localised and goes out spontaneously.
Note 2 to entry: The hypothesis of a fire source or room being PFL assumes a single fire source representation
but the non-propagation to other fire sources inside or outside the room need a confirmation using a spread
temperature threshold (STT).
3.1.13
physical separation
installation of two items of equipment in two distinct rooms (3.1.14) of which at least one is inside a
fire compartment (3.1.5), or protection of one of them by an insulating thermal casing to prevent the
simultaneous loss of both items of equipment due to a single fire
3.1.14
room
single volume identified by the user inside the building with no structural
separation assumed inside
Note 1 to entry: Its boundaries may or may not be completely closed.
3.1.15
spatial separation
installation of two items of equipment in different rooms (3.1.14) or at an adequate distance free of any
fuel to prevent fire from spreading
3.1.16
spread temperature threshold
STT
threshold that is considered in the method to determine if there is a risk of spreading of a PFL fire
source into a PFG fire source
Note 1 to entry: The STT applies to the hot gas layer (see 5.4.5.4).
3.1.17
standard time temperature curve
temperature-time curve used for the relevant fire resistance standard tests
Note 1 to entry: In the scope of document, this curve is defined according to ISO 834-1:1999, Figure 7. The curve
follows the Formula T = T + 345 log (8t +1) with t the time (min) and T the initial temperature.
0 0
3.2 Symbols
Symbol Meaning Unit
A surface (structures) m
Ao surface of the vertical opening i of the room m
i
AT total surface of the walls of the room (excluding surface of openings) m
−1
β , β pyrolysis rate coefficients kg·s
1 2
−3
α growth factor (heat release rate) kJ·s
D equivalent diameter: m
4S
D=
π
Ho maximum height of the vertical opening i of the room = distance between the top of m
i
the opening and the floor of the room
−1
∆H heat of combustion of a fuel kJ·kg
C
−1
Kβ product of the extinction coefficient of the flame K and a correction factor β m
L length of the rack m
M mass of combustible cables kg
−1
mass loss rate (= rate of pyrolysis) kg·s
m
−1
kg·s
m
Q
max
max
maximum mass loss rate: m =
max
ΔH
C
n number of racks
rack
heat release rate kW
Q
maximum heat release rate of the fire source kW
Q
max
S surface (liquid pool) m
S stoichiometric ratio of a fuel g /g
t o2 fuel
t time s
t Time where the performance curve starts to decrease s or h
d
T, θ temperature °C or K
T initial ambient temperature °C or K
4 © ISO 2019 – All rights reserved
Symbol Meaning Unit
T correlated temperature gap estimated in the process of material behaviour °C or K
cor
modelling.
T calculated temperature at point “i” (i is an occurrence of experiment/calculation °C or K
num,i
comparison : instant, location)
T experimental temperature at point “i”. °C or K
exp,i
T Maximum temperature at time t for a performance curve °C or K
max d
ΔT gap of temperature from initial temperature at a certain location (defined by the °C or K
local
applied standard) during a fire resistance test
ΔT gap of an average temperature (defined by the applied standard) from initial tem- °C or K
average
perature during a fire resistance test
θ (t) temperature condition at time t, following an increase law for material performance °C
g
ε emissivity:
ε : emissivity of a material surface. —
material
ε : emissivity of a furnace surface
furnace
X oxygen ratio in the entering air g /g
O2 o2 air
3.3 Abbreviated terms
CFD computational fluid dynamics
HRR heat release rate
MLR mass loss rate
MQH correlation MacCaffrey - Quintiere - Harkleroad correlation
NPP nuclear power plant
UL underwriters laboratories
4 Method for justification of nuclear safety fire partitioning: global approach
4.1 Objective of the method
The present method is a tool made available for engineers to check whether the fire resistance
performance of the fire partitioning elements in buildings is adequate to resist the design basis fire to
which they could be exposed, independently of manual firefighting considerations.
As a prerequisite, prevention against the risks of fire in PWRs is based on the principle of separation of
buildings into fire volumes, which are bounded by fire resistant walls. First, the fire protection design
basis shall establish the minimum fire resistance rating of the fire partitioning elements.
NOTE Numerical values, empirical correlations or mathematical laws can be fixed by the document,
recommended with possibility of change (rec.), or given as example (e.g.). If no indication is given, they are
considered as fixed.
4.1.1 The basis of design: standard fire resistance tests
The fire resistance rating of fire partitioning elements is determined by a standard test, in accordance
with the regulation and with the standardization.
For other products not covered by standard tests, such as fire resistant housings or enclosures, the
fire resistance test may be carried out according to specific procedures. Regardless of the test method
employed, the thermal stress applied to the product shall be that of the standard time/temperature curve.
The fire resistance rating of a product is based on national, European or International standards or,
when no standard applies, on plant designer specifications respecting the same performance criteria
considered in similar standards.
— Thermal effects of the standard fire temperature curve.
— Measurement and qualitative systems for the performance criteria check.
— Temperatures: on elements, on exposed and unexposed surface or inside elements: ambient or
surface.
— Electrical equipment functionality test system.
— Pilot flames or a layer of cotton for ignition verification.
— Fixed gauge tubes to check openings through the partitioning elements.
Furthermore, these tests require the use of standardized equipment and a description of its support
and assembly. Extensions to the performance checks of different products are made on the basis of
these references. Each of these criteria and measurements shall be taken into consideration during the
analysis of the product in order to build its performance curve (see Clause 6).
NOTE The fire resistance rating of fire partitioning elements is determined by a standard test, in accordance
with the regulation and with the standardization. For instance the rating may be given from the decision of
European Commission 2000/367/CE and 2003/629/CE. Depending of the country, alternative standards could be
used when needed by the Authority Having Jurisdiction.
The performance can concern:
— R: load-bearing capacity;
— E: integrity;
— I: insulation
— C: self-closing;
— S: smoke leakage;
— W: radiation;
— DH: smoke screen.
The rated time is given in minutes. For example, REI 120 refers to a structure which guaranties load-
bearing capacity, integrity and insulation for 120 min. These tests are carried out and approvals
delivered by a laboratory approved by the national authorities.
4.1.2 Aim, limitations, and precautions
4.1.2.1 Aim
The method applies to fire barriers qualified with a fire resistance standard.
The present methodology can be adapted to any other standard fire temperature curves and
testing conditions, such as those specified by ASTM, UL or any national standardized curve used for
qualification.
From European or international standardization (ISO 834 or EN 1363) the fire resistance test is based
on a standard time/temperature fire temperature curve with a fast temperature rise, representative of
6 © ISO 2019 – All rights reserved
flashover conditions in organic solid fires. The temperature increase is represented by the logarithmic
curve, following Formula (1):
TT−= 345 log 81t + (1)
()
where
t is the time in min;
T is initial ambient temperature (see Figure 1).
The current methodology extends the performance assessment of a fire resistant product to a
longer duration compared to that of the rating assessment. The methodology set up remains within
the framework of the fire resistance test, namely a flashover or similar in terms of temperature and
pressure distribution.
Unlike the current method of verification of robustness of fire partition elements, it will be the
responsibility of the operator to demonstrate that fire resistance tests are representative of operational
conditions.
4.1.2.2 Limitations
The aim of the method does not cover certain fire scenarios. For example:
— a fire with a very small heat release rate, in case where the fire barriers includes components likely
not to react (e.g.: intumescing elements) or to be activated (e.g.: thermal fuse). Note that additional
tests performed at low temperature (see Euroclass “s” classification) may be performed to solve this
issue. Of course very small fires are less challenging from a fire hazard point of view and specific
demonstration may be proposed for those cases.
— a fire combined with severe pressure conditions (shock wave, blast, etc.): different standards are
necessary to evaluate component performance under these conditions.
4.1.2.3 Precautions
Precautions include the following:
— a very fast growth capable of generating thermal shocks greater than those given by the conventional
curve (mainly represented by a temperature rise time in °C/min): it can be for example assumed
that, based on the recorded sampling time during ISO-fire tests, the maximum temperature rise
is limited to 329 °C /min. This should be compared to the maximum temperature increase over
1 minute during the real scenario. Same approach may be performed for any other conventional
curves (ASTM, Hydrocarbon, etc.). Nevertheless, this aspect is controlled by the method through
the fire temperature curve slope considerations (see 4.2).
— a confined fire excessively ventilated and isolated with a fire load composed on material with high
combustion heat is capable to produce very high temperatures (greater than those obtained with
the conventional curve during the period tested) : fire behaviour of the partition element in such
situation should be assessed using the adapted conventional temperature – time curve. Nevertheless
this aspect is controlled by the method through the fire temperature curve maxima considerations
(see 4.2).
Additional hose stream tests are sometimes required and are performed at the end of the fire tests
for verifying the performance of the products with high-pressure water jet on the exposed phase (for
[40]
example ASTM E2226 ). The current methodology is based only on the fire behaviour of the product
during the fire test period without taking into account the hose stream tests, which is consistent with
the fire resistance ISO standards.
The performance criteria defined for the standard fire resistance rating are also used for assessing
performance in the current method. Any adaptation shall be justified.
NOTE The methodology described below is not intended to determine whether a qualification criterion is
relevant or not.
4.1.3 Minimum requirements concerning the qualification of the method practitioners
The following method shall be applied by qualified and well-informed practitioners.
The first part of the method (see Clause 5) is appropriate for fire safety engineers with an adequate
knowledge of fire safety science and the applicable codes. The organisation shall apply the principles of
ISO 9001.
A fire safety laboratory is required for section on determining barrier performance (see Clause 6).
As the method requires knowledge and experience not only in the application of standard fire tests,
but also in more complex instrumentation processes and engineering models, the capability of the
laboratory teams has to be confirmed.
The fire laboratory meet the requirements of ISO/IEC 17025 or an equivalent national alternative for
the relevant fire tests.
4.2 General principle of the method
For one room, different design fire scenarios are defined. Each of them leads to one temperature-time
curve. The design basis fire temperature curve of the room is a temperature/time curve equal or
superior, in each plotted point, to any possible fire conditions concerning the room.
Fire resistance tests are carried out to assess the ability of a given fire barrier to resist the conventional
fire (see Figure 1). They do not necessarily reflect its behaviour in a real fire where thermal stress may
be, for instance, sharper but shorter or weaker but longer. The present methods consists of creating a
set of time/temperature curves that represent the thermal stress a given fire barrier can successfully
withstand. This set of curves constitutes the performance diagram of the given fire barrier.
8 © ISO 2019 – All rights reserved
a) ISO 834 (2h rating) b) Method application
Key
t time in min
T temperature in °C
1 fire barrier performance curve
2 room fire curve
Figure 1 — ISO 834 versus method application
The method process consists of:
— setting up performance curves for each fire barrier (one or several curves constituting the fire
performance diagram of the barrier);
— setting up the design basis fire temperature curve for each room;
— comparing the design basis fire temperature curve of a given room with the performance curves of
the fire barriers in the room;
A fire barrier will be qualified for a given room only if all the following criteria are met by at least one
performance curve belonging to the fire performance diagram:
— the maximum slope of the fire temperature curve is less than the maximum thermal gradient of the
performance curve;
— the area delimited by the fire temperature curve is smaller than the area delimited by the fire
resistance performance curve. Qualitatively, this means the heat of the fire is less than the heat the
element can withstand;
— the maximum temperature of the fire temperature curve is less than the maximum temperature of
the fire resistance performance curve.
Considering that the design basis fire temperature curve starts with the growth stage of the fire, which
presents the maximum slope, at least one fire resistance performance curve of the equipment shall
encompass the fire temperature curve of the room to fulfil these criteria (see Figure 2). If not, the
equipment will not be validated for the room and a different strategy will be necessary: choice of an
element with better fire resistance properties, addition of other means of protection, elimination of
combustible loads in the room, etc.
NOTE 1 When comparing the curves, one can translate the design basis fire temperature curve on the time
axis in order to demonstrate that it is below a fire resistance performance curve (see Figure 2). In those cases,
one shall be careful to fulfil condition 1.
NOTE 2 The design basis fire temperature curve starts at the temperature of the room in steady state. When
the design basis fire temperature curve starts at a higher temperature than an available performance curve,
the design basis fire temperature curve will be translated to the right before comparison. As a precaution, the
translation will be at least 3 times the minimum translation necessary to ensure the design fire temperature
curve start is bounded by the performance curve.
NOTE 3 The role of automatic extinguishing systems in the present method is detailed in 5.4.1 and flowcharts 1
(see Figure 3) and 2 (see Figure 7).
Key
t time in min
T temperature in °C
1 fire barrier performance curve (starting at 20 °C)
2 room fire curve (starting at 40 °C)
3 shifted room fire curve
Figure 2 — Performance curve versus fire temperature curve
4.3 Design of the partitioning: justification of the adequate performance of fire barriers
As previously said, the aim of the present method is to provide data to allow the verification of the
adequate performance of the fire barriers, in order to design the fire partitioning of a NPP. Considering
a separation between a room and another, the fire barriers will be correctly designed if a fire inside the
one room does not affect or propagate to the second one. For each concerned fire barrier, this supposes
that at least one performance curve from the performance curve diagram covers the design basis fire
temperature curve of the room. In other cases a better performing fire barrier has to be found, or
modifications adopted in the fire volume to reduce its design basis fire temperature curve profile.
4.4 Fire barriers and structural elements
The scope of the present method concerns the justification of partitions and partitioning elements as
defined (see Clause 3). Nevertheless, structural element like walls, ceilings and floors may have their
[41][42][43][44][44][45][46][47]
fire resistant rating obtained by calculation (e. g. Eurocodes 1 to 6 through
ISO TS 24679) and not from tests. In those cases, the method described in Clause 6 can be prohibitively
difficult to apply, due to the need for experimental tests. The scope of the method can be considered
to exclude structural elements like concrete, whose performance may be verified by calculation,
regardless of the time/temperature curve. Structural elements are generally over-rated regarding fire,
especially concrete walls, floor, and ceilings in the nuclear island of NPP.
10 © ISO 2019 – All rights reserved
4.5 Overall flowchart (flowchart 1)
An overall flowchart is given in Figure 3.
a
For each room or for each room not fitted with a reliable, automatic extinguishing system when those systems
can be used for the justification of partitioning (see 5.4.1).
b
For each partitioning element in each room or for each room not fitted with a reliable, automatic extinguishing
system, when those systems can be credited for the justification of partitioning (see 5.4.1).
Figure 3 — Flowchart 1
5 Determination of the design basis fire temperature curve (room fire curve)
5.1 General considerations in room fire scenarios
The assessment of a fire scenario, from a design perspective, depends mainly on the characteristics of
the room concerned and on the fire scenarios taken into account. The temperature profile of room fire
can be assumed to follow the idealized curve similar to that shown in Figure 4.
Key
t time in min
T, MLR temperature in °C or mass loss rate in kg/s
1 room temperature
2 mass loss rate (pyrolysis rate)
a
Stage 1 ignition
b
Stage 2 growth
c
Stage 3 fully developed (Fully developed fire is generally limited by ventilation rate (oxygen inlet))
d
Stage 4 decay
e
Smoldering, end.
f
Ignitiator.
g
Ignition.
h
Flashover.
i
Fuel exhausted.
Figure 4 — Typical stages of a room fire
5.1.1 Typical development stages of a compartment fire
5.1.1.1 Phase 1: ignition
Exposed to a heat source (initiator of the fire) the material will heat up, mainly by conduction from the
exposed surface. Beyond a critical surface temperature, thermal degradation of the material will create
a gas phase by pyrolysis. The mixture of combustible pyrolyzed gases with air leads to the formation
of a flammable gas phase. The ignition may occur under the effect of an additional source (flame,
incandescent particle) or directly by chemical oxidation reactions (spontaneous ignition).
12 © ISO 2019 – All rights reserved
5.1.1.2 Phase 2: growth
The diffusion flame generated creates a thermal flux which contributes to its surface spread (start of
the fire). The spreading rate of the flame depends on the chemical nature of the material, but is also
greatly affected by physical and geometrical factors.
If the fire breaks out in a room, the temperature of this room rises gradually, even quite slowly in some
cases, such as fire-resistant electric cables. At this step, the oxygen supply is sufficient to burn all the
pyrolyzed gases. The fire is therefore said to be "fuel limited".
5.1.1.3 Phase 3: fully developed fire
The increase in ambient temperature induces a temperature rise and the pyrolysis of the various fuels
present within the room, particularly those close to the ceiling. When a critical temperature is reached,
flashover occurs, which consists of the simultaneous combustion of the majority of combustibles
present.
In the event that flashover is not obtained, the fully developed fire would correspond to a stabilized
rate of mass loss of the burning material (typical case for a pool fire, for instance)
At this stage, the fire may be limited by the oxygen supply to the room, in which case the fire is said to
be "ventilation limited". This is frequently the case when flashover occurs.
5.1.1.4 Phase 4: decay
[39]
When most of the combustible material has been consumed (approximately 70 % ), the production of
pyrolyzed gases becomes insufficient to maintain combustion, leading to the decay phase. This phase
ends when all the credited combustibles have been consumed.
5.1.1.5 Phase 5: decay in the absence of combustion
The temperature of the room during this phase is only due to the thermal inertia of the walls and the
room ventilation characteristics.
5.2 Defining the design basis fire temperature
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 18195
Première édition
2019-02
Version corrigée
2019-03
Méthode de justification de l'efficacité
de la sectorisation incendie des
centrales nucléaires utilisant l'eau
comme fluide caloporteur
Method for the justification of fire partitioning in water cooled
nuclear power plants (NPP)
Numéro de référence
©
ISO 2019
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CH-1214 Vernier, Genève
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Fax: +41 22 749 09 47
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Publié en Suisse
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Sommaire Page
Avant-propos .v
Introduction .vi
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes, définitions, symboles et abréviations . 2
3.1 Termes et définitions . 2
3.2 Symboles . 4
3.3 Abréviations . 5
4 Méthode de justification de la sectorisation incendie pour la sûreté nucléaire:
approche globale . 5
4.1 Objectif de la méthode . 5
4.1.1 Base de conception: essais de résistance au feu normalisés . 6
4.1.2 But, limites et précautions . 7
4.1.3 Exigences minimales applicables à la qualification des utilisateurs de la
méthode . . 8
4.2 Principe général de la méthode . 8
4.3 Conception de la sectorisation: justification des performances adéquates des
parois de séparation coupe-feu .10
4.4 Parois de séparation coupe-feu et éléments structurels .11
4.5 Logigramme d'ensemble (logigramme 1) .11
5 Détermination de la courbe de température d'incendie de référence (courbe de feu
du local) .12
5.1 Considérations générales dans les scénarios de feu de local .12
5.1.1 Phases types de développement d'un feu en compartiment .13
5.2 Définition de la courbe de température d'incendie de référence pour un local .13
5.3 Exigences applicables aux outils de calcul .14
5.4 Hypothèses et données d'entrée utilisées pour les calculs numériques .16
5.4.1 Systèmes d'extinction automatiques fixes (mobilisables ou non) .16
5.4.2 Hypothèses de modélisation .16
5.4.3 Caractéristiques d'un local .16
5.4.4 Nature des combustibles .18
5.4.5 Scénarios de feu .18
5.4.6 Valeur recommandée des débits de pyrolyse .24
5.5 Processus de calcul de la courbe de température d'incendie de référence .24
5.5.1 Données d'entrée . .24
5.5.2 Modélisation des volumes de feu et des scénarios .24
5.5.3 Options de modélisation .24
5.6 Détermination de la courbe de température de feu .24
6 Détermination des performances des parois de séparation coupe-feu (diagramme
de performance) .27
6.1 Principes .27
6.2 Caractérisation du diagramme de performance: méthodologie globale .27
6.3 Phase 1: analyse de l'essai normalisé .28
6.4 Phase 2 filière A: détermination par calcul .29
6.4.1 Démarche d'étude .29
6.4.2 Choix des courbes expérimentales représentatives .30
6.4.3 Outils de calcul et choix de la modélisation.30
6.4.4 Propriétés thermiques des matériaux.31
6.4.5 Élaboration des courbes de performance à partir des courbes de référence .33
6.4.6 Élaboration des courbes «état stationnaire» .35
6.4.7 Élaboration du diagramme de performance .35
6.5 Phase 2 FILIÈRE B: utilisation d'un nouveau système de famille .36
6.5.1 Démarche d'étude de la filière B .36
6.5.2 Vérification expérimentale (étape 5B) .37
6.6 Phase 2 filière C: essais de caractérisation spécifiques .38
6.7 Courbes de performance alternatives .39
6.8 Diagramme de performance.39
6.9 Validation des modèles .39
7 Incertitude et sensibilité .39
7.1 Utilisation des valeurs moyennes (comparaison entre le modèle de zone et le
modèle de mécanique des fluides numérique) .40
7.2 Incertitudes et sensibilités inhérentes au calcul de la courbe de température de feu . .40
7.3 Incertitudes et sensibilités inhérentes au processus d'établissement de la courbe
de performance .41
Annexe A (informative) Critère de propagation — PFG/PFL (exemples) .42
Annexe B (informative) Exemples de valeurs pour les scénarios de feu .44
Annexe C (informative) Critères de perte de classement: exemples .53
Annexe D (informative) Exemple de diagramme de performance d'une enveloppe de
chemin de câbles coupe-feu .54
Bibliographie .67
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Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux.
L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient en particulier de prendre note des différents
critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www
.iso .org/directives).
L'attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l'ISO (voir www .iso .org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l'intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion
de l'ISO aux principes de l'Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: www .iso .org/iso/fr/avant -propos .html.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 85, Énergie nucléaire, technologies
nucléaires, et radioprotection, sous-comité SC 6, Technologie du réacteur.
Il convient que l'utilisateur adresse tout retour d'information ou toute question concernant le présent
document à l'organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l'adresse www .iso .org/fr/members .html.
La présente version corrigée de l'ISO 18195:2019 inclut les corrections suivantes.
— En 5.4.5.4, des corrections de mise en page ont été effectuées;
— En 6.4.7, la Figure 13 a été corrigée et la légende modifiée;
— Des corrections éditoriales ont été apportées dans l'Introduction, en 3.1.9, dans le titre de l'Article 4,
en 5.1.1, 5.4.1, 5.4.3.1 et 6.3.
Introduction
Le présent document vise à établir une Spécification technique afin de vérifier l'adéquation des
performances des éléments de sectorisation incendie dans les centrales nucléaires. Il s'adresse aux
ingénieurs en sécurité incendie et aux concepteurs de projets. Les autorités nucléaires sont également
visées en ce sens que cette méthode est appelée à être utilisée dans le cadre de la démonstration de
la sûreté nucléaire face aux risques d'incendie. La méthode ici présentée comprend à la fois des essais
normalisés et des essais ponctuels, ainsi que des calculs numériques et empiriques. Il est attendu que
les utilisateurs du présent document disposent de qualifications et de compétences adéquates dans les
domaines de l'ingénierie de la sécurité incendie, de l'évaluation des risques et de la normalisation de la
résistance au feu.
Le présent document spécifie une nouvelle méthodologie destinée aux concepteurs de centrales
nucléaires, aux professionnels de la sécurité incendie et aux autorités chargées de la sûreté nucléaire.
Cette méthodologie vise à vérifier l'adéquation des performances des parois de séparation coupe-feu
dans les centrales nucléaires afin de prévenir la propagation des incendies. Elle peut potentiellement
servir d'outil dans le cadre d'une évaluation axée sur les performances et sur une maîtrise des risques.
NOTE La présente méthode s'appuie sur la méthode EPRESSI élaborée par EDF en collaboration avec le
[39]
laboratoire de sécurité incendie Efectis France, en France, pour les réacteurs EPR .
vi © ISO 2019 – Tous droits réservés
NORME INTERNATIONALE ISO 18195:2019(F)
Méthode de justification de l'efficacité de la sectorisation
incendie des centrales nucléaires utilisant l'eau comme
fluide caloporteur
1 Domaine d'application
Le présent document fournit:
— des lignes directrices relatives à la détermination des effets thermiques à prendre en compte pour
les parois de séparation coupe-feu installées à l'intérieur d'un local donné;
— des lignes directrices relatives à la détermination des performances globales des parois de
séparation coupe-feu sur la base d'une caractérisation par essai normalisé;
— des lignes directrices relatives à l'évaluation de la nécessité de mettre en place des essais
supplémentaires afin de vérifier la robustesse de la solution.
Il décrit en détail les exigences des normes applicables, le processus de validation et de vérification des
outils numériques, ainsi que la qualification attendue des laboratoires de résistance au feu.
Il expose également les limites d'utilisation et du domaine d'application de cette méthode.
L'objet et la justification du présent document consistent à décrire une nouvelle méthodologie de
vérification de l'efficacité des parois de séparation coupe-feu, initialement déterminée sur la base d'un
essai de résistance au feu normalisé.
L'importance de ces travaux tient à la capacité de la présente méthodologie à renforcer le niveau de
sécurité en proposant une analyse des dangers plus réaliste associée à des données d'essais normalisés.
La présente norme complète le degré de résistance au feu réglementaire imposé dans le cadre de la
justification des performances.
L'avantage le plus pertinent de cette méthode réside dans sa capacité à déterminer les performances
globales d'une paroi de séparation coupe-feu dans une situation d'incendie d'une durée supérieure à
celle prévue par le degré de résistance au feu réglementaire.
2 Références normatives
Les documents suivants cités dans le texte constituent, pour tout ou partie de leur contenu, des
exigences du présent document. Pour les références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les
références non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les éventuels
amendements).
ISO 12749-2, Énergie nucléaire, technologies nucléaires et protection radiologique — Vocabulaire —
Partie 2: Protection radiologique
ISO 12749-3, Énergie nucléaire, technologies nucléaires et protection radiologique — Vocabulaire —
Partie 3: Cycle de combustibles nucléaires
ISO 12749-4, Énergie nucléaire, technologies nucléaires, et protection radiologique — Vocabulaire —
Partie 4: Dosimétrie pour processus de radiation
ISO 12749-5, Énergie nucléaire, technologies nucléaires, et radioprotection — Vocabulaire — Partie 5:
Réacteurs nucléaires
ISO 13943, Sécurité au feu — Vocabulaire
ISO/IEC 17025, Exigences générales concernant la compétence des laboratoires d'étalonnages et d'essais
3 Termes, définitions, symboles et abréviations
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l'ISO 13943, l'ISO 12749-2,
l'ISO 12749-3, l'ISO 12749-4 et l'ISO 12749-5 ainsi que les suivants s'appliquent.
L'ISO et l'IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l'adresse https: //www .iso .org/obp
— IEC Electropedia: disponible à l'adresse http: //www .electropedia .org/
3.1 Termes et définitions
3.1.1
combustible mobilisable
partie du matériau combustible potentiel contribuant effectivement au développement de l'incendie
3.1.2
incendie de référence
feu susceptible de se déclarer à partir de toute source possible d'incendie de la centrale et dont les
conséquences sont les plus significatives (en termes de durée, de gravité)
Note 1 à l'article: Pour un local donné, ce feu tient compte de tous les combustibles susceptibles de s'enflammer
présents dans le local. Ses caractéristiques sont calculées en fonction des caractéristiques des pièces et des
combustibles.
3.1.3
volume de feu
volume à l'intérieur d'un bâtiment, constitué d'un ou plusieurs locaux, et destiné à empêcher la
propagation d'un incendie à travers ses frontières
Note 1 à l'article: L'un des moyens de prévenir la propagation de l'incendie consiste à le circonscrire dans un
volume délimité, soit physiquement par l'installation de parois faisant face à la propagation de l'incendie, soit
spatialement, en déterminant des frontières selon la distance des composants ou en installant des systèmes de
protection actifs (sprinklers) ou passifs (protections de structure, enveloppes de chemins de câbles).
3.1.4
zone de feu
volume de feu (3.1.3) comprenant un ou plusieurs locaux dont l'ensemble est délimité par des éléments
de sectorisation conçus pour empêcher la propagation vers l'extérieur d'un incendie interne ou la
propagation vers l'intérieur d'un incendie externe pendant une durée donnée
Note 1 à l'article: Une zone de feu peut être délimitée soit par des barrières physiques, murs, plafonds ou planchers
résistant au feu, soit par une séparation spatiale (3.1.15) dans les ouvertures selon une certaine configuration
et en application de règles de distance entre les sources combustibles qui garantissent des sectorisations
géographiques avec les locaux adjacents et les autres secteurs de feu. L'hypothèse d'absence de propagation doit
être vérifiée (au moyen d'analyses de risque incendie).
3.1.5
secteur de feu
volume de feu (3.1.3) comprenant un ou plusieurs locaux reliés dont l'ensemble est délimité par des
parois (3.1.10) matérielles dont la résistance au feu empêche la propagation vers l'extérieur d'un
incendie interne ou la propagation vers l'intérieur d'un incendie externe pendant une durée donnée
Note 1 à l'article: Toutes les limites externes d'un secteur de feu doivent prendre la forme de barrières physiques,
murs, plafonds ou planchers résistant au feu.
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3.1.6
degré de résistance au feu
durée pendant laquelle les éléments de sectorisation (3.1.9) incendie (parois, murs, planchers, clapets,
calfeutrement de traversées, enceintes de tablettes à câbles, etc.) peuvent remplir le rôle qui leur est
attribué, malgré les effets d'un incendie normalisé
3.1.7
seuil de faible charge thermique
LHLT
seuil introduit afin d'éviter des calculs dans le cas de locaux contenant une trop faible quantité de
matériau combustible et qui répondent au critère «ni PFG ni PFL»
Note 1 à l'article: Voir 5.4.5.3.
3.1.8
critère «ni PFG - ni PFL»
critère satisfait lorsque la quantité de matériau combustible est insuffisante pour générer un incendie
majeur et qu'elle ne présente aucun risque de propagation aux sources d'incendie secondaires
Note 1 à l'article: Par extension, un local est réputé «ni PFG - ni PFL» lorsque la concentration des masses
combustibles qu'il contient n'est pas suffisante pour générer un incendie à grande échelle (sans nécessiter de
vérification supplémentaire).
3.1.9
éléments de sectorisation
éléments (cantonements, murs coupe-feu, plafonds, planchers, conduits, éléments de fermeture tels que
les portes, volets, clapets, trappes et traversées de passe-câbles et de traversées de tuyauteries) qui
constituent une sectorisation (3.1.10)
3.1.10
sectorisation
ensemble d'éléments de sectorisation (3.1.9) qui, au moyen d'une séparation physique (3.1.13), délimitent
pleinement la zone concernée
3.1.11
possibilité de feu généralisé
critère PFG
critère appliqué à une source d'incendie lorsque sa combustion est susceptible d'entraîner un
embrasement éclair et un incendie généralisé
Note 1 à l'article: Par extension, un local est dit «PFG» lorsqu'un incendie se déclarant dans une partie défavorable
du local peut conduire à un embrasement et à un incendie généralisé dans l'ensemble du local.
3.1.12
possibilité de feu localisé
critère PFL
critère appliqué à une source d'incendie lorsque sa combustion ne doit pas entraîner d'embrasement
éclair ou une propagation à d'autres parties du local (3.1.14)
Note 1 à l'article: Un incendie qui répond à ce critère demeure localisé et s'éteint spontanément. Par extension, un
local est dit «PFL» lorsqu'un incendie se déclarant dans la partie la plus défavorable du local ne peut ni conduire
à un embrasement éclair ni se propager à d'autres parties du local; il demeure localisé et s'éteint spontanément.
Note 2 à l'article: L'hypothèse selon laquelle une source d'incendie ou un local puisse répondre au critère PFL
permet une représentation unique de la source d'incendie. En revanche, l'absence de propagation aux autres
sources d'incendie, se trouvant à l'intérieur ou à l'extérieur du local, nécessite une confirmation basée sur
l'utilisation d'un seuil de température de propagation (STT).
3.1.13
séparation physique
installation, dans deux locaux (3.1.14) distincts, de deux équipements dont l'un est placé à l'intérieur
d'un secteur de feu (3.1.5), ou est protégé par une gaine thermique isolante afin de prévenir la perte
simultanée des deux équipements à la suite d'un incendie
3.1.14
local
volume unique identifié par l'utilisateur à l'intérieur du bâtiment et ne présentant
pas de sectorisation structurelle interne
Note 1 à l'article: Les limites d'un local peuvent être ou non totalement fermées.
3.1.15
séparation spatiale
installation de deux équipements dans des locaux (3.1.14) différents ou à une distance adéquate et à
l'abri de tout combustible, dans le but de prévenir la propagation d'un incendie
3.1.16
seuil de température de propagation
STT
seuil pris en compte dans la méthode afin de déterminer l'existence d'un risque de propagation d'une
source d'incendie PFL en source d'incendie PFG
Note 1 à l'article: Le STT s'applique à la couche de gaz chauds (voir 5.4.5.4).
3.1.17
courbe normalisée température-temps
courbe température-temps utilisée pour les essais normalisés de résistance au feu applicables
Note 1 à l'article: Dans le domaine d'application du présent document, cette courbe est définie conformément
à l'ISO 834-1:1999, Figure 7. La courbe suit la Formule T = T + 345 log (8t +1), t étant le temps (min) et T la
0 0
température initiale.
3.2 Symboles
Symbole Signification Unité
A surface (structures) m
Ao surface de l'ouverture verticale i du local m
i
AT surface totale des murs du local (hors surface d'ouvertures) m
−1
β , β débits de pyrolyse kg·s
1 2
−3
α coefficient de croissance (débit calorifique) kJ·s
D diamètre équivalent: m
4S
D=
π
Ho hauteur maximale de l'ouverture verticale i du local = distance entre la partie haute m
i
de l'ouverture et le plancher du local
−1
∆H chaleur de combustion d'un combustible kJ.kg
C
−1
Kβ produit du coefficient d'extinction de la flamme K et d'un coefficient correcteur β m
L longueur de la tablette m
M masse de câbles combustibles kg
−1
vitesse de perte de masse (= débit de pyrolyse) kg·s
m
−1
kg·s
m
Q
max
max
vitesse de perte de masse maximale: m =
max
ΔH
C
4 © ISO 2019 – Tous droits réservés
Symbole Signification Unité
n nombre de tablettes
tablette
débit calorifique kW
Q
débit calorifique maximal de la source d'incendie kW
Q
max
S surface (nappe de liquide) m
S rapport stœchiométrique d'un combustible g / g
t o2 com-
bustible
t temps s
t temps à partir duquel la courbe de performance commence à décroître s ou h
d
T, θ température °C ou K
T température ambiante initiale °C ou K
T écart de températures estimé au cours du processus de modélisation du compor- °C ou K
cor
tement des matériaux
T température calculée au point «i» («i» représentant une occurrence de la compa- °C ou K
num,i
raison entre l'expérience et le calcul: instant, emplacement)
T température expérimentale au point «i» °C ou K
exp,i
T température maximale au temps t pour une courbe de performance °C ou K
max d
ΔT écart de température par rapport à la température initiale à un emplacement °C ou K
ponctuelle
donné (défini par la norme appliquée) au cours d'un essai de résistance au feu
ΔT écart entre une température moyenne (définie par la norme appliquée) et la tem- °C ou K
moyenne
pérature initiale au cours d'un essai de résistance au feu
θ (t) condition de température au temps t, obéissant à une loi d'accroissement des °C
g
performances de matériaux
ε émissivité:
ε : émissivité d'une surface de matériau —
matériau
ε : émissivité d'une surface de four
four
X taux d'oxygène dans l'air entrant g /g
O2 o2 air
3.3 Abréviations
CFD computational fluid dynamics (mécanique des fluides numérique)
HRR heat release rate (débit calorifique)
MLR mass loss rate (taux de perte de masse)
corrélation MQH corrélation de MacCaffrey, Quintiere et Harkleroad
NPP nuclear power plant (centrale nucléaire)
UL underwriters laboratories
4 Méthode de justification de la sectorisation incendie pour la sûreté nucléaire:
approche globale
4.1 Objectif de la méthode
La présente méthode est un outil mis à la disposition des ingénieurs afin de vérifier si les performances
de résistance au feu des éléments de sectorisation incendie dans les bâtiments sont suffisantes pour
résister à un incendie de référence auquel ils pourraient être exposés, indépendamment de toute
mesure manuelle de lutte contre l'incendie.
À titre de condition préalable, la prévention des risques d'incendie dans les REP s'appuie sur le principe
de la sectorisation des bâtiments en volumes de feu, lesquels sont délimités par des murs résistant
au feu. La base de conception de la protection incendie doit tout d'abord établir le degré minimal de
résistance au feu des éléments de sectorisation incendie.
NOTE Les valeurs numériques, les corrélations empiriques ou les lois mathématiques peuvent être établies
par le document, recommandées avec possibilité de changement (rec.), ou données à titre d'exemple (exemple).
En l'absence d'indication, ces données sont considérées comme établies.
4.1.1 Base de conception: essais de résistance au feu normalisés
Le degré de résistance au feu des éléments de sectorisation incendie est déterminé par un essai
normalisé, conformément à la législation et aux normes en vigueur.
Pour les autres produits non couverts par des essais normalisés, tels que les caissons ou enveloppes
coupe-feu, l'essai de résistance au feu peut être réalisé selon des procédures spécifiques.
Indépendamment de la méthode d'essai utilisée, la contrainte thermique appliquée au produit doit être
celle de la courbe normalisée température-temps.
Le degré de résistance au feu d'un produit est fondé sur les normes nationales, européennes ou
internationales, ou en l'absence de normes applicables, sur les spécifications du concepteur de la
centrale sous réserve de satisfaire aux critères de performances considérés dans les normes similaires.
— Effets thermiques de la courbe normalisée de température du feu.
— Mesures et systèmes qualitatifs pour la vérification de critères de performance.
— Températures sur les éléments, en face exposée et en face non exposée; ou températures dans les
éléments: température ambiante ou température de surface.
— Système d'essai des fonctionnalités des équipements électriques.
— Flammes pilotes ou nappes de coton pour vérifier les possibilités d'inflammation.
— Système composé de tubes de calibres fixés pour vérifier les ouvertures à travers les éléments de
sectorisation.
En outre, ces essais requièrent l'utilisation d'équipements normalisés ainsi qu'une description de leur
support et de leur montage. Les extensions de performances des différents produits sont réalisées sur
la base de ces essais de référence. Chacun de ces critères et mesures doit être considéré dans l'analyse
du produit afin d'établir ses courbes de performance (voir Article 6).
NOTE Le degré de résistance au feu des éléments de sectorisation incendie est déterminé par un essai
normalisé, conformément à la législation et aux normes en vigueur. Ce degré peut, par exemple, être déterminé
sur décision de la Commission européenne 2000/367/CE et 2003/629/CE. Selon le pays, d'autres normes
pourraient être appliquées sur décision de l'autorité compétente.
Les performances concernées peuvent être de différentes natures:
— R: capacité portante;
— E: intégrité;
— I: isolation;
— C: fermeture automatique;
— S: dégagement de fumée;
— W: radiation;
— DH: écran de fumée.
La durée nominale est exprimée en minutes. Par exemple, un degré de résistance REI 120 concerne
une structure dont la capacité portante, l'intégrité et l'isolation sont garanties pendant une durée de
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120 min. Ces essais sont conduits et les agréments délivrés par un laboratoire agréé par les autorités
nationales.
4.1.2 But, limites et précautions
4.1.2.1 But
La méthode s'applique aux parois de séparation coupe-feu qualifiées par une norme de résistance au feu.
La présente méthodologie peut être adaptée à toutes autres courbes de température et conditions
d'essai normalisées, telles celles spécifiées par l'ASTM ou par UL, ou à toute courbe nationale normalisée
utilisée à des fins de qualification.
Conformément aux normes européennes ou internationales (ISO 834 ou EN 1363), l'essai de résistance
au feu s'appuie sur une courbe normalisée température-temps, qui présente une augmentation rapide
de température représentative de conditions d'embrasement éclair dans les situations d'incendie
impliquant des combustibles organiques solides. L'augmentation de température est représentée par la
courbe logarithmique, suivant la Formule (1):
TT−= 345 log 81t + (1)
()
où
t est le temps en min;
T est la température ambiante initiale (voir Figure 1).
La présente méthodologie étend l'évaluation des performances d'un élément de sectorisation sur une
plus longue durée que celle de l'évaluation du classement. La méthodologie mise en place reste dans le
cadre de l'essai de résistance au feu, à savoir un embrasement éclair ou un feu similaire du point de vue
du champ de température et de pression.
Contrairement à la présente méthode de vérification de la robustesse des éléments de sectorisation
incendie, il appartient à l'opérateur de démontrer que les essais de résistance au feu sont représentatifs
des conditions d'exploitation.
4.1.2.2 Inconvénients
Le but de la méthode ne couvre pas certains scénarios d'incendie. Par exemple:
— un incendie présentant un très faible débit calorifique, dans les situations où les parois de
séparation coupe-feu contiennent des composants peu susceptibles de réagir (par exemple,
éléments intumescents) ou de s'activer (par exemple, fusible thermique). Il est à noter que des
essais supplémentaires à faible température (voir la classification «s» de l'Euroclasse) peuvent être
effectués afin de résoudre ce problème. Les feux de très faible envergure sont, bien évidemment,
moins problématiques en termes de danger et une démonstration spécifique peut être proposée
dans ces cas de figure;
— un incendie associé à des conditions de pression sévères (onde de choc, déflagration, etc.): des normes
différentes sont nécessaires pour évaluer les performances des composants dans ces conditions.
4.1.2.3 Précautions
Exemples de précautions:
— un incendie à la propagation très rapide, capable de générer des chocs thermiques supérieurs à
ceux établis par la courbe conventionnelle (principalement représentés par la vitesse de montée
en température en °C/min): on peut, par exemple, supposer que l'augmentation maximale de
température soit limitée à 329 °C/min, valeur déterminée sur la base du temps d'échantillonnage
relevé au cours des essais de feu réglementaires. Il convient de comparer cette valeur à l'augmentation
maximale de température pendant 1 minute au cours d'un scénario de feu réel. La même approche
peut être adoptée pour toute autre courbe conventionnelle (ASTM, hydrocarbures, etc.). Quoiqu'il
en soit, cet aspect est contrôlé par la méthode, au moyen de la pente de la courbe de température de
feu (voir 4.2);
— un incendie confiné, mais excessivement ventilé et isolé, avec une charge combustible capable de
produire des températures extrêmement élevées (supérieures à celles obtenues avec la courbe
conventionnelle pendant la durée soumise à essai): il convient d'évaluer le comportement au feu de
l'élément de sectorisation en adaptant la courbe conventionnelle de température-temps. Quoiqu'il
en soit, cet aspect est contrôlé par la méthode, au moyen des maxima de la courbe de température
de feu (voir 4.2).
Des essais supplémentaires des lances à incendie sont parfois nécessaires, auquel cas ils sont effectués
au terme des essais de résistance au feu, afin de vérifier les performances des produits soumis à un jet
[40]
d'eau à haute pression sur la phase exposée (par exemple ASTM E2226 ). La présente méthodologie
s'appuie uniquement sur le comportement au feu du produit au cours des essais de résistance au feu,
sans tenir compte des essais de lances à incendie, conformément aux normes ISO de résistance au feu.
Les critères de performances définis pour le degré de résistance au feu normalisé sont également
utilisés pour l'évaluation des performances dans la présente méthode. Toute adaptation doit être
justifiée.
NOTE La méthodologie présentée ci-après n'a pas pour vocation de déterminer si un critère de qualification
est pertinent ou non.
4.1.3 Exigences minimales applicables à la qualification des utilisateurs de la méthode
La méthode suivante doit être utilisée par des utilisateurs qualifiés et dûment informés.
La première partie de la méthode (voir Article 5) s'adresse à des ingénieurs en sécurité incendie
disposant de connaissances adéquates des sciences de la sécurité incendie et des codes applicables.
L'organisme doit appliquer les principes de l'ISO 9001.
Un laboratoire de sécurité incendie agréé doit intervenir pour la partie relative à la détermination des
performances de résistance au feu (voir Article 6). Dans la mesure où la méthode exige des connaissances
et une expérience non seulement dans le domaine des essais de feu normalisés mais également dans
l'application de processus d'instrumentation et de modèles d'ingénierie plus complexes, la capacité des
équipes du laboratoire à cet égard doit être confirmée.
Le laboratoire de sécurité incendie doit répondre aux exigences de l'ISO/IEC 17025 ou d'une autre
Norme nationale équivalente applicable aux essais de feu pertinents.
4.2 Principe général de la méthode
Pour un local donné, différents scénarios d'incendie sont définis. Chacun conduit à une courbe
température-temps donnée. La courbe de température d'incendie de référence du local est une courbe
température-temps supérieure ou égale, en chaque point tracé, à toute condition d'incendie possible
associée au local.
Les essais de résistance au feu sont effectués afin d'évaluer la capacité d'une paroi de séparation
coupe-feu à résister à un incendie conventionnel (voir Figure 1). Ils ne reflètent pas nécessairement
son comportement dans une situation d'incendie réelle où la contrainte thermique peut, par exemple,
se révéler plus sévère mais de plus courte durée ou, au contraire, moins sévère mais de plus longue
durée. La présente méthode consiste à créer un ensemble de courbes température-temps représentant
la contrainte thermique que peut supporter une paroi de séparation coupe-feu donnée. Cet ensemble de
courbes constitue le diagramme de performances de la paroi de séparation coupe-feu en question.
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a) ISO 834 (degré de résistance 2 h) b) Application de la méthode
Légende
t temps en min
T température en °C
1 courbe de performance d'une paroi de séparation coupe-feu
2 courbe d'un feu de local
Figure 1 — Comparaison entre l'application de l'ISO 834 et l'application de la méthode
La méthode consiste à:
— créer des courbes de performance pour chaque paroi de séparation coupe-feu (une ou plusieurs
courbes constituant le diagramme de performances de la paroi de séparation coupe-feu);
— créer la courbe de température d'incendie de référence pour chaque local;
— comparer la courbe de température d'incendie de référence d'un local donné aux courbes de
performance des parois de séparation coupe-feu présentes dans le local.
Une paroi de séparation coupe-feu est qualifiée pour un local donné uniquement si l'ensemble des
critères suivants sont respectés sur au moins une courbe de performance associée au diagramme de
performance incendie:
— la pente maximale de la courbe de température de feu est inférieure au gradient thermique maximal
de la courbe de performance;
— l'aire délimitée par la courbe de température de feu est inférieure à l'aire délimitée par la courbe de
performance de résistance au feu. En termes qualitatifs, cela signifie que la chaleur de l'incendie est
inférieure à la chaleur que peut supporter l'élément;
— la température maximale de la courbe de température de feu est inférieure à la température
maximale de la courbe de performance de résistance au feu.
Étant donné que la courbe de température d'incendie de référence débute en même temps que la phase
de croissance du feu, qui présente la pente maximale, au moins une courbe de performance de résistance
au feu de l'équipement doit être l'enveloppe de la courbe de température de feu du local afin de satisfaire
à ces critères (voir Figure 2). Dans le cas contraire, l'équipement ne sera pas validé pour le local et
une stratégie différente devra être adoptée: choix d'un élément présentant de meilleures propriétés de
résistance au feu, ajout d'autres moyens de protection, élimination des charges combustibles dans le
local, etc.
NOTE 1 Lors de la comparaison des courbes, il est possible de translater la courbe de température d'incendie
de référence sur l'axe du temps afin de démontrer que cette courbe se trouve sous une courbe de performance de
l'équipement (voir Figure 2). Dans ces cas, toute précaution doit être prise pour remplir la condition 1.
NOTE 2 La courbe de température d'incendie de référence débute à la température du local à l'état stable.
Lorsque cette courbe commence à une température supérieure à celle d'une courbe de performance disponible,
elle doit être translatée vers la droite avant la comparaison. À titre de précaution, la translation doit correspondre
à au moins 3 fois la translation minimale nécessaire pour s'assurer que le début de la courbe de température
d'incendie de référence est corrélé à la courbe de performance.
NOTE 3 Le rôle des systèmes d'extinction automatique dans la présente méthode est détaillé en 5.4.1 et dans
les logigrammes 1 (voir Figure 3) et 2 (voir Figure 7).
Légende
t temps en min
T température en °C
1 courbe de performance de la paroi de séparation coupe-feu (à partir de 20 °C)
2 courbe de feu du local (à partir de 40 °C)
3 cou
...
Questions, Comments and Discussion
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