ISO 16976-1:2022
(Main)Respiratory protective devices — Human factors — Part 1: Metabolic rates and respiratory flow rates
Respiratory protective devices — Human factors — Part 1: Metabolic rates and respiratory flow rates
This document provides information on factors related to human anthropometry, physiology, ergonomics, and performance for the preparation of standards for performance requirements, testing, and use of respiratory protective devices. This document contains information related to respiratory and metabolic responses to rest and work at various intensities. Information is provided for the following: metabolic rates associated with various intensities of work; oxygen consumption as a function of metabolic rate and minute ventilation for persons representing three body sizes; peak inspiratory flow rates during conditions of speech and no speech for persons representing three body sizes as a function of metabolic rates. The information contained within this document represents data for healthy adult men and women of approximately 30 years of age, but is considered to be applicable for the age range of the worker population.
Appareils de protection respiratoire — Facteurs humains — Partie 1: Métabolismes énergétiques et régimes des débits respiratoires
Le présent document fournit des informations sur les facteurs liés à l'anthropométrie, la physiologie humaine, l'ergonomie et les performances en vue de l'élaboration de normes relatives aux exigences de performance, aux essais et à l'utilisation des appareils de protection respiratoire. Le présent document contient des informations sur les réponses respiratoires et métaboliques à des conditions de repos et d'activité de différentes intensités. Des informations sont fournies sur les points suivants: les métabolismes énergétiques associés à différentes intensités d'activité; la consommation d'oxygène en fonction du métabolisme énergétique et de la ventilation par minute pour des individus représentant trois corpulences; les débits de pointe à l'inspiration dans des conditions de parole et de mutisme pour des individus représentant trois corpulences en fonction des métabolismes énergétiques. Les informations contenues dans le présent document sont des données relatives à des hommes et femmes adultes et en bonne santé de 30 ans environ, mais elles sont considérées comme applicables à la tranche d'âge de la population de travailleurs.
General Information
Relations
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 16976-1
First edition
2022-10
Respiratory protective devices —
Human factors —
Part 1:
Metabolic rates and respiratory flow
rates
Appareils de protection respiratoire — Facteurs humains —
Partie 1: Métabolismes énergétiques et régimes des débits
respiratoires
Reference number
© ISO 2022
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CH-1214 Vernier, Geneva
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Published in Switzerland
ii
Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Activity and metabolic rate .2
5 Metabolic rate and oxygen consumption . 4
6 Oxygen consumption and minute ventilation. 5
7 Minute ventilation and peak inspiratory flow rates. 7
7.1 Normal breathing . 7
7.2 Speech and breathing . 7
7.3 Sneezing and coughing . 9
7.3.1 General . 9
7.3.2 Maximum pressures . . 10
7.3.3 Maximum air flows and air velocities . 10
8 Individual variation and gender aspects .11
Annex A (informative) Examples for the use of data .14
Bibliography .17
iii
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 of 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
www.iso.org/iso/foreword.html.
This document was prepared by ISO/TC 94, Personal safety — Protective clothing and equipment,
Subcommittee SC 15, Respiratory protective devices.
This first edition of ISO 16976-1 cancels and replaces ISO/TS 16976-1:2015, which has been technically
revised.
The main changes are as follows:
— the document has been editorially revised.
A list of all parts in the ISO 16976 series can be found on the ISO website.
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.
iv
Introduction
For an appropriate design, selection, and use of respiratory protective devices, it is important to
consider the basic physiological demands of the user. The type and intensity of work affect the metabolic
rate (energy expenditure) of the wearer. The mass and mass distribution of the device on the human
body also may influence metabolic rate. Metabolic rate is directly correlated with oxygen consumption,
which determines the respiratory demands and flow rates. The work of breathing is influenced by the
air flow resistances of the device and the lung airways. The work (or energy cost) of a breath is related
to the pressure gradient created by the breathing muscles and the volume that is moved in and out of
the lung during the breath. Anthropometric and biomechanical data are required for the appropriate
design of various components of a respiratory protective device, as well as for the design of relevant
test methods.
This document is the first part of a series of documents providing basic physiological and anthropometric
data on humans. It contains information about metabolic rates and respiratory flow rates for various
types of physical activity.
v
INTERNATIONAL STANDARD ISO 16976-1:2022(E)
Respiratory protective devices — Human factors —
Part 1:
Metabolic rates and respiratory flow rates
1 Scope
This document provides information on factors related to human anthropometry, physiology,
ergonomics, and performance for the preparation of standards for performance requirements, testing,
and use of respiratory protective devices.
This document contains information related to respiratory and metabolic responses to rest and work at
various intensities. Information is provided for the following:
— metabolic rates associated with various intensities of work;
— oxygen consumption as a function of metabolic rate and minute ventilation for persons representing
three body sizes;
— peak inspiratory flow rates during conditions of speech and no speech for persons representing
three body sizes as a function of metabolic rates.
The information contained within this document represents data for healthy adult men and women
of approximately 30 years of age, but is considered to be applicable for the age range of the worker
population.
2 Normative references
There are no normative references in this document.
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
ISO and IEC maintain terminology databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at https:// www .electropedia .org/
3.1
aerobic energy production
biochemical process in the human cells that delivers energy by combustion of fat, carbohydrates and, to
a lesser extent, protein in the presence of oxygen, with water and carbon dioxide as end products
3.2
ambient temperature pressure saturated
ATPS
standard condition for the expression of ventilation parameters related to expired air
Note 1 to entry: Actual ambient temperature and atmospheric pressure; saturated water vapour pressure.
3.3
ambient temperature pressure humidity
ATPH
standard condition for the expression of ventilation parameters related to inspired air
Note 1 to entry: Actual ambient temperature, atmospheric pressure and water vapour pressure.
3.4
body temperature pressure saturated
BTPS
standard condition for the expression of ventilation parameters
Note 1 to entry: Body temperature (37 °C), atmospheric pressure 101,3 kPa (760 mmHg), and water vapour
pressure (6,27 kPa) in saturated air.
3.5
peak inspiratory flow rate
PIFR
highest instantaneous flow rate during the inhalation phase of a respiratory period comprising an
inhalation and an exhalation phase
Note 1 to entry: It is expressed in l/s BTPS.
Note 2 to entry: l/s is the preferred unit as the flow takes place during only a short fraction of the respiratory
period comprising an inhalation and an exhalation phase.
3.6
minute ventilation
V̇
E
total volume of air inspired (or expired) in the lungs during 1 min
Note 1 to entry: It is expressed in l/s BTPS.
3.7
oxygen consumption
V̇ (O )
amount of oxygen consumed by the human tissues for aerobic energy production (3.1)
Note 1 to entry: It is expressed in l/min STPD.
3.8
physical work capacity
ability of a person to engage in muscular work
3.9
standard temperature pressure dry
STPD
standard conditions for expression of oxygen consumption (3.7)
Note 1 to entry: Standard temperature (0 °C) and pressure (101,3 kPa, 760 mmHg), dry air (0 % relative
humidity).
4 Activity and metabolic rate
Users of respiratory protective devices (RPD) perform physical work at various intensities. Physical
work, in particular when associated with large muscle groups as is the case with firefighting, requires
high levels of metabolic energy production (metabolic rate). The energy is produced in human cells by
aerobic or anaerobic processes.
Aerobic energy production is by far the most common form of energy yield for all types of human cells.
It is also the normal form of energy production for the muscles. Depending on physical fitness and other
factors, humans can sustain high levels of aerobic energy production for long periods of time. Very high
activity levels, however, can only be sustained for short periods of time (minutes) and they also engage
the anaerobic energy yielding processes. The associated production of lactic acid is one reason for the
early development of fatigue and exhaustion.
Aerobic energy production is strictly dependent on the constant delivery of oxygen to the active
cells. Oxygen is extracted from inspired air, bound to haemoglobin in red blood cells in the alveolar
capillaries and transported to the target tissues via the circulation. Consequently, there is a direct,
linear relationship between the rate of oxygen consumption and the metabolic rate. The relationship is
described in ISO 8996.
Table 1 is derived from ISO 8996:2021, Table A.1, which defines five classes of metabolic rate. This table
forms the basis for developing a standard for the assessment of heat stress. The classes represent types
of work found in industry. The figures represent average metabolic rates for work periods or full work
shifts, generally including breaks. Metabolic rate shall not be confused with external work rates, such
as those defined on a bicycle ergometer.
Rescue work and firefighting are by nature temporary and often unpredictable. Activities may become
very demanding and high levels of metabolic rate have been reported in References [1], [13], [14], [16],
[17], [21], [23], and [25]. According to Reference [21] mean values for oxygen uptake of between 40 ml/
(kg × min) and 45 ml/(kg × min) are reported for the most demanding tasks in firefighting drills (see
References [6], [8], and [13]). Assuming an average body mass of 80 kg, the absolute oxygen uptake is
between about 3,2 l/min and 3,6 l/min. In Reference [21], mean values of (2,4 ± 0,5) l/min for a 17-min
test drill exercise were reported; Reference [16] reported a mean value of (2,75 ± 0,3) l/min for a 22-
min test drill. The average value for t
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 16976-1
Première édition
2022-10
Appareils de protection
respiratoire — Facteurs humains —
Partie 1:
Métabolismes énergétiques et régimes
des débits respiratoires
Respiratory protective devices — Human factors —
Part 1: Metabolic rates and respiratory flow rates
Numéro de référence
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© ISO 2022
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y compris la photocopie, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut
être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
ISO copyright office
Case postale 401 • Ch. de Blandonnet 8
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Tél.: +41 22 749 01 11
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Web: www.iso.org
Publié en Suisse
ii
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d'application .1
2 Références normatives .1
3 Termes et définitions . 1
4 Activité et métabolisme énergétique .3
5 Métabolisme énergétique et consommation d'oxygène . 4
6 Consommation d'oxygène et ventilation par minute . 5
7 Ventilation par minute et débits de pointe à l'inspiration . 7
7.1 Respiration normale . 7
7.2 Parole et respiration . 8
7.3 Éternuements et toux . 11
7.3.1 Généralités . 11
7.3.2 Pressions maximales . 11
7.3.3 Vitesses de l'air et débits d'air maximaux . 11
8 Variation individuelle et aspects liés au genre .12
Annexe A (informative) Exemples d'utilisation des données .15
Bibliographie .18
iii
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 www.iso.org/avant-propos.
Le présent document a été élaboré par l'ISO/TC 94, Sécurité individuelle — Équipement de protection
individuelle, sous-comité SC 15, Appareils de protection respiratoire.
Cette première édition de l'ISO 16976-1 annule et remplace l'ISO/TS 16976-1:2015, qui a fait l'objet
d'une révision technique.
Les principales modifications sont les suivantes:
— le document a fait l'objet d'une révision éditoriale.
Une liste de toutes les parties de la série ISO 16976 se trouve sur le site Web de l'ISO.
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.
iv
Introduction
Pour une conception, une sélection et une utilisation appropriées des appareils de protection
respiratoire, il est important de prendre en compte les besoins physiologiques élémentaires de
l'utilisateur. Le type et l'intensité des activités ont une incidence sur le métabolisme énergétique
(dépense énergétique) de l'utilisateur. La masse et la répartition de la masse de l’appareil sur le corps
humain peuvent également avoir une influence sur le métabolisme énergétique. Le métabolisme
énergétique est en corrélation directe avec la consommation d'oxygène qui détermine les besoins et
débits respiratoires. Le travail ventilatoire est influencé par les résistances à l'écoulement de l'air de
l'appareil et des voies respiratoires pulmonaires. Le travail (ou coût énergétique) d'une respiration est
lié au gradient de pression produit par les muscles respiratoires et le volume qui est déplacé dans les
poumons pendant la respiration. Des données anthropométriques et biomécaniques sont nécessaires
pour une conception appropriée des divers composants d'un appareil de protection respiratoire ainsi
que pour la conception des méthodes d'essai correspondantes.
Le présent document constitue la première partie d'une série de documents qui fournissent des données
physiologiques et anthropométriques élémentaires sur les humains. Il contient des informations sur les
métabolismes énergétiques et les débits respiratoires pour différents types d'activité physique.
v
NORME INTERNATIONALE ISO 16976-1:2022(F)
Appareils de protection respiratoire — Facteurs
humains —
Partie 1:
Métabolismes énergétiques et régimes des débits
respiratoires
1 Domaine d'application
Le présent document fournit des informations sur les facteurs liés à l'anthropométrie, la physiologie
humaine, l'ergonomie et les performances en vue de l'élaboration de normes relatives aux exigences de
performance, aux essais et à l'utilisation des appareils de protection respiratoire.
Le présent document contient des informations sur les réponses respiratoires et métaboliques à des
conditions de repos et d'activité de différentes intensités. Des informations sont fournies sur les points
suivants:
— les métabolismes énergétiques associés à différentes intensités d'activité;
— la consommation d'oxygène en fonction du métabolisme énergétique et de la ventilation par minute
pour des individus représentant trois corpulences;
— les débits de pointe à l'inspiration dans des conditions de parole et de mutisme pour des individus
représentant trois corpulences en fonction des métabolismes énergétiques.
Les informations contenues dans le présent document sont des données relatives à des hommes et
femmes adultes et en bonne santé de 30 ans environ, mais elles sont considérées comme applicables à la
tranche d'âge de la population de travailleurs.
2 Références normatives
Le présent document ne contient aucune référence normative.
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions 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 https:// www .electropedia .org/
3.1
production d'énergie aérobie
processus biochimique se déroulant dans les cellules humaines qui fournit de l'énergie par combustion
des graisses, des glucides et dans une moindre mesure des protéines en présence d'oxygène, et qui
produit de l'eau et du dioxyde de carbone comme produits finaux
3.2
température et pression ambiantes à saturation
ATPS
condition normale pour l'expression des paramètres de ventilation liés à l'air expiré
Note 1 à l'article: Température ambiante et pression atmosphérique réelles; pression de vapeur d'eau saturante.
3.3
température, pression et humidité ambiantes
ATPH
condition normale pour l'expression des paramètres de ventilation liés à l'air inspiré
Note 1 à l'article: Température ambiante, pression atmosphérique et pression de vapeur d'eau réelles.
3.4
température et pression corporelles à saturation
BTPS
condition normale pour l'expression des paramètres de ventilation
Note 1 à l'article: Température corporelle (37 °C), pression atmosphérique 101,3 kPa (760 mm de Hg) et pression
de vapeur d'eau (6,27 kPa) dans un air saturé.
3.5
débit de pointe à l'inspiration
DPI
débit instantané le plus élevé pendant la phase d'inspiration du cycle respiratoire, comprenant une
phase d'inspiration et une phase d'expiration
Note 1 à l'article: Il est exprimé en l/s BTPS.
Note 2 à l'article: Le litre par seconde est l'unité préconisée dans la mesure où le débit ne se produit que pendant
une courte fraction du cycle respiratoire comprenant une phase d'inspiration et une phase d'expiration.
3.6
ventilation par minute
V̇
E
volume total d'air inspiré (ou expiré) à l'intérieur des poumons en une minute
Note 1 à l'article: Il est exprimé en l/s BTPS.
3.7
consommation d'oxygène
V̇ (O )
volume d'oxygène consommé par les tissus humains pour une production d'énergie aérobie (3.1)
Note 1 à l'article: Elle est exprimée en l/min STPD.
3.8
capacité de travail physique
aptitude d'une personne à effectuer un travail musculaire
3.9
température et pression normales, à sec
STPD
conditions normalisées pour l'expression de la consommation d'oxygène (3.7)
Note 1 à l'article: Température normale (0 °C) et pression normale (101,3 kPa, 760 mmHg), air sec (humidité
relative de 0 %).
4 Activité et métabolisme énergétique
Les utilisateurs d'appareils de protection respiratoire (APR) exercent un travail physique d'intensité
variable. Le travail physique, en particulier lorsqu'il concerne de grands groupes musculaires comme
dans la lutte contre l'incendie, nécessite des niveaux élevés de production d'énergie métabolique
(métabolisme énergétique). L'énergie est produite dans les cellules humaines par des processus aérobies
ou anaérobies.
La production d'énergie aérobie est de loin la forme d'extrant énergétique la plus courante pour tous
les types de cellules humaines. Elle est également la forme normale de production d'énergie pour les
muscles. Selon sa condition physique et d'autres facteurs, l'homme peut soutenir des niveaux élevés de
production d'énergie aérobie pendant de longues périodes. Toutefois, des niveaux d'activité très élevés
ne peuvent être soutenus que pendant de courtes périodes (minutes) et engagent aussi les processus
de production d'énergie anaérobie. La production d'acide lactique qui leur est associée est l'une des
raisons de l'apparition rapide de fatigue et d'épuisement.
La production d'énergie aérobie dépend strictement de la fourniture constante d'ox
...
Questions, Comments and Discussion
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