N225‐07‐Fire‐fighting Guideline.docx 

   

Fire-fighting and Bio-Based Materials

 

 

 

 

 

 

 

Guidance on Fire-fighting and Bio-Based Materials

COST Action FP 1404

“Fire Safe Use of Bio-Based Building Products”

N225‐07 

 

 

This publication is the result of work carried out within COST Action FP1404 “Fire Safe Use of Bio‐

Based Building Products”, supported by COST (European Cooperation in Science and Technology). 

COST is a funding agency for research and innovation networks. The Actions help connect research 

initiatives across Europe and enable scientists to grow their ideas by sharing them with their peers. 

This boosts their research career and innovation. More information available at www.cost.eu.  

     

 

This guidance document may be cited as: 

Smolka, J, Kempna, K. et al. Guidance on Fire-fighting and Bio-Based Materials, COST Action FP1404, Zürich, Switzerland, 2018.

DOI 10.3929/ethz‐b‐000319565p 

Version 1 (2018)

Updates and corrections: http://www.costfp1404.ethz.ch/publications.

This publication was  created  in WG3 and  can be  considered as  state of  the  art  document.  The 

information  in  the  book  was  carefully  selected  by  experts  from  general  technical  knowledge, 

standards, most  recent  research  results  and  building  practice.  The  author(s),  the  editor(s)  and 

publisher disclaim any liability in connection with the use of this information.  

Neither the COST Association nor any person acting on its behalf is responsible for the use of the 

information contained in this publication. The COST Association is not responsible for the external 

websites or other references referred to in this publication. 

No permission to reproduce or utilise the contents of this publication by any means is necessary, 

other than in case of images, diagrams or other material from the copyright holders. In such cases, 

permission of the copyright holder(s) is required. 

 

 

 

Team of Authors:

Jan Smolka1, Kamila Kempná2, Markéta Hošťálková3, Denisa Bergerová4, Tomaž Hozjan5, Dionysis Kolaitis 6, Elzbieta Lukaszewska8, Anne Elise Steen-Hansen8

1,2,3,4 Lumírova 13, Ostrava, Faculty of Safety Engineering, VŠB-TUO, Czech Republic, jan.smolka@majaczech.cz 5 Jamova 2, 1000 Ljubljana, University of Ljubljana, Slovenia 6 Heeron Polytechnikou 9, Athens, National Technical University of Athens, Greece 7 Stadsgården 10, 9tr, Stockholm, Byggnadstekniska Byrån, Sweden 8 Tillerbruvegen 202, Trondheim, RISE Fire Research Norway, Norway

    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Foreword 

 

This  document  is  focused  on  problematic  of  firefighting  in  bio‐based  buildings.  It  collects 

experience, information, knowledge and results from experiments which can be seen as helpful for 

firefighters to better understand structural fires with bio‐based materials and as well as for incident 

commanders with decision makings. As every fire is different, information might not be applicable 

for  all  cases  and  every  decision  depends  on  specific  conditions  various  than  described  in  this 

document.  

     

Acknowledgments 

Heartfelt  thanks  to  Stefan  Svensson  from Myndigheten  för  samhällsskydd  och  beredskap,  Lars 

Brodin  and  Ville  Bexander  from Brandskyddsföreningen  Sverige,  Byggnadstekniska  Byrån,  Barry 

Levis, Daniel Olsson from Storstockholms brandförsvar, Vincenzo Puccia from Corpo Nazionale dei 

Vigili  del  Fuoco,  Sami  Kerman  from  Suomen  Palopäällystöliitto,  Andrew Macilwraith  from  Cork 

County  Council,  Peter McBride  from City  of Ottawa  and  Francisco  Javier  Elorza  from Provincial 

Council  of  Bizkaia  for  collaboration  help,  collaboration,  consultancy  and  providing  valuable 

information. 

The authors gratefully acknowledge the European COST Action FP1404 on Fire safe use of bio‐based 

building products.   

 

 

 

Nomenclature ............................................................................................................................ 1

1 Introduction ....................................................................................................................... 2

2 Recommended Literature ................................................................................................... 2

3 “Green” Buildings ............................................................................................................... 3

4 Fire Development ............................................................................................................... 5

4.1 Timeline of fire Development ............................................................................................ 5

4.2 Fire Behaviour Changes ...................................................................................................... 7

4.3 Fire development and response of structure ..................................................................... 8

5 Properties of Wood in Fire ................................................................................................. 9

5.1 Pyrolysis and Combustion .................................................................................................. 9

5.2 Fire Spreading and Development ..................................................................................... 10

6 Specific fire hazards related to bio‐based buildings .......................................................... 13

6.1 Modern vs Legacy Buildings ............................................................................................. 13

6.2 Light‐weight Structures .................................................................................................... 14

6.3 Heavy‐weight Structures .................................................................................................. 16

6.3.1 Glue Laminated Timber ............................................................................................ 16

6.3.2 Cross Laminated Timber ........................................................................................... 16

6.4 Building Envelope ............................................................................................................. 18

6.5 Green Roofs and Facades ................................................................................................. 20

6.6 Void Spaces ...................................................................................................................... 21

6.7 High‐rise Buildings ............................................................................................................ 23

6.8 Airflow Impact on Fire Development ............................................................................... 26

7 Extinguishing and Bio‐Based Materials ............................................................................. 27

7.1 Extinguishing Agents ........................................................................................................ 27

7.1.1 Water ........................................................................................................................ 28

7.2 Additional Hazards in Buildings in general ....................................................................... 35

8 Case Studies ..................................................................................................................... 36

8.1 Fire Safety on Construction ‐ Hotel Spindleruv Mlyn, Krkonose, Czech Republic ............ 36

8.2 Historical Buildings ‐ Royal Institute of Art, Stockholm (Sweden) ................................... 38

9 Conclusion ....................................................................................................................... 42

 

 

 

References ............................................................................................................................... 43

List of Figures ........................................................................................................................... 46

List of Tables ............................................................................................................................ 48

 

 

   

 

1 

 

Nomenclature 

CLT – Cross Laminated Timber 

CCCS – Cobra Cold Cut System 

HRR – Heat Release Rate 

 

 

   

 

2 

 

1 Introduction 

Buildings as environment where people spend their lives are among other designed to withstand 

certain time of a fire, allows safe evacuation and conditions for fire‐fighting. They should be design 

in a way to prevent fire spread between fire compartments and to other neighbouring buildings. 

Modern building industry is significant by its intent to build sustainable, environmentally friendly 

and safe structures using both, traditional and new materials. In this regard, the use of bio‐based 

materials has expanded widely in recent years and fire‐fighters should consider several aspects and 

risks related to combustible material and modern technologies.  

The document offers a brief view to risks related to safe rescue and extinguishing actions for fire‐

fighters and aspects to be considered for fire engineers. The survey was carried out in 3 rounds with 

goal  to  gain  information  and  experience  from  fire‐fighters  across  Europe.  Surveys  included 

questions about procedures of fire‐fighting for case of bio‐based buildings, fire safety limitation in 

a country, personal experience, extinguishing agents mostly used for fighting fires, equipment etc.  

In the first round of survey, responses from Italy, Finland, Sweden, Canada, Spain and Estonia were 

gained. Table 1 describes availability of specific guidelines for fire‐fighting in timber or bio‐based 

buildings for particular countries. As described, most of the countries do not have a guideline for 

fire‐fighting in considered type of buildings.  

Table 1. European countries and Canada – guidelines for fighting fires 

Country  Italy  Finland  Ireland  Sweden  Canada  Spain  Estonia  German Czech 

Republic 

Guidelines for  fire‐fighting 

timber buildings Yes*  No  No  No 

Under review 

No  No  Yes  No 

*http://www.ivalsa.cnr.it/fileadmin/ivalsa/files/documenti/laboratori/Relazione.settembre.2011.pdf 

The survey is further used to analyse leak of knowledge. Moreover, some interesting points from 

analysis are highlighted in chapters.  

2 Recommended Literature 

Topic of  fire and firefighting of bio‐based buildings  is wide and complicated. Therefore,  it  is not 

intent  include  in  this guideline all  explanation about  fire phenomena nor  full description of  fire 

development problematic, spreading and fire dynamics. For deeper understanding of problematic 

described  in  this  document,  it  is  recommended  to  use  following  literature.  The  document will 

describe and mention specific protentional hazards and risk related to fires in buildings made of 

bio‐based materials. Many hazards will be briefly described with link to documents where one can 

find deeper description oversizing purpose of this document.   

Following documents content basic important knowledge about enclosure fires and fire ventilation 

for purposes of fire‐fighters.  

 

3 

 

Bengtsson, L. and Hardestam, P. (2005). Enclosure fires. Karlstad: Swedish Rescue Services Agency 

[1] 

This  document  describes  fire  dynamic  for  fire‐fighters  purposes  including  fire  spreading,  fire 

development, scenarios and intensive fire development (flashover, backdraft, etc.). 

Svensson,  S.  (2006).  Brandgasventilation.  Karlstad:  Räddningsverket.    [2] 

Author included the most important information about tactical ventilation with dependencies on 

local conditions, ventilation conditions and impact on fire development in this document.  

Additional recommended literature is placed in every chapter, where deeper information will be 

provided for better understanding. 

 

3 “Green” Bui ldings 

In past years development and construction of “Green” Buildings is more and more popular. New 

bio‐based materials and green technologies – have advanced to the extended they are applicable 

for this type of buildings to increase energy efficiency. 

 

Figure 1 – Example of ‘’green’’ building ‐ Sekisui House [3] 

The  approach  to  build  “Green“  buildings  is  focused  on  minimizing 

a building’s impact on environment, its occupants and the community 

by “green“ design, construction, and demolish processes. One example of possible associations of 

technologies and bio‐based material is building on Figure 1.   [7]. 

Table 2 describes possible and common components applicable to ‘’green’’ buildings.  [7] 

   

Common Bio‐Based Materials: 

‐ Wood ‐ Wood fibre 

plates ‐ Bamboo  ‐ Straw  ‐ Linoleum  ‐ Sheep wool  ‐ Paper flake 

panels  ‐ Seagrass ‐ Cork  ‐ Coconut  ‐ Lignin  

 

4 

 

Some of green building materials can support rapid flame spread and fire spread quickly – some of 

these  materials  can  be  straw,  seagrass,  untreated  cellulosic  insulation  or  lightweight  building 

elements.  Some  of  these  materials  can  even  minimize  the  results  of  an  accelerant‐based  fire 

growth [7]. 

Table 2 – Summary of elements and aspects characterizing “green” buildings in order to minimize building 

effect on environment and people [7]. 

Structural Material and Systems   Interior Space Attributes   Alternative Energy Systems 

‐ Lightweight engineered lumber   ‐ Tighter construction   ‐ PV roof panels 

‐ Lightweight concrete   ‐ Higher insulation values   ‐ Oil‐filled PV panels 

‐ Fibre reinforced polymer (FRP) elements   ‐ More enclosed spaces   ‐ Wind turbines 

‐ Plastic lumber   ‐ More open space (horizontal)   ‐ Hydrogen fuel cells 

‐ Bio‐polymer lumber   ‐ More open space (vertical)   ‐ Battery storage systems 

‐ Bamboo   ‐ Interior vegetation   ‐ Cogeneration systems 

‐ Phase‐change materials   ‐ Skylights   ‐ Wood pellet systems 

‐ Nano materials   ‐ Solar tubes  ‐ Electric vehicle charging station 

‐ Extended solar roof panels   ‐ Increased acoustic insulation   ‐ Tankless water heaters 

Exterior Materials and Systems  Interior Materials and 

Finishes  Site Issues 

‐ Structural integrated panel (SIP)   ‐ FRP walls / finishes   ‐ Permeable concrete systems 

‐ Exterior insulation & finish (EFIS)   ‐ Bio‐polymer wall / finishes   ‐ Permeable asphalt paving 

‐ Rigid foam insulation   ‐ Bamboo walls / finishes   ‐ Use of pavers 

‐ Spray‐applied foam insulation   ‐ Wood panel walls / finishes   ‐ Extent (area) of lawn 

‐ Foil insulation systems   ‐ Bio‐filtration walls   ‐ Water catchment / features 

‐ High‐performance glazing   ‐ Glass walls   ‐ Vegetation for shading 

‐ Low‐emissivity & reflective coating   ‐ FRP flooring   ‐ Building orientation 

‐ Double‐skin façade / cavity walls   ‐ Bio‐polymer flooring   ‐ Increased building density 

‐ Bamboo, other cellulosic   ‐ Bamboo flooring   ‐ Localized energy production 

‐ Bio‐polymers, FRPs   Building Systems & Issues   ‐ Localized water treatment 

‐ Vegetative roof systems   ‐ Natural ventilation   ‐ Localized waste treatment 

‐ PVC rainwater catchment   ‐ High volume low speed fans   ‐ Reduced water supply 

‐ Exterior cable / cable trays   ‐ Refrigerant materials   ‐ Hydrogen infrastructure 

Façade Attributes   ‐ Grey‐water for suppression  ‐ Community charging stations 

‐ Area of glazing   ‐ Rain‐water for suppression   ‐ Area of combustible material   ‐ On‐site water treatment   ‐ Awnings   ‐ On‐site waste treatment   ‐ Exterior vegetative covering   ‐ On‐site cogeneration   ‐ High reliance on natural lighting   

‐ PV exit lighting    ‐ Reduced water suppression systems   

 

 

5 

 

Combination of properties mentioned above can represent specific potential risks and hazards as 

described in Table 3. 

Table 3 – Potential Risks connected with „Green“ Buildings [7] 

Potential Risk and Hazards 

Potential ignition hazard 

Potential shock hazard 

Potential explosion hazard 

Potential toxicity hazard 

Readily ignitable 

Burns readily once ignited 

Contribution to fuel / increased heat release rate (HRR) 

Burning characteristics affected by building material 

Fast(er) fire growth rate 

Significant smoke production/hazard 

Potential for shorter time to failure 

Failure affects burning characteristics 

Failure presents smoke spread concern 

Failure presents flame spread concern 

Material presents flame spread concern 

May impact smoke/heat venting 

May impact occupant evacuation 

May impact fire‐fighter (FF) water availability 

May impact suppression effectiveness 

May impact fire apparatus access 

May impact fire‐fighter (FF) access and operations 

May impact containment of runoff 

 

4 Fire Development 

The  magnitude  of  impact  on  structure  depends  on  time  of  free  fire  development  before 

intervention. The impact and sensitivity of structure depends on dimensions and flammability of 

structure, fire load and its fire properties. 

4.1 Timel ine of   f i re Development 

The most important critical factor in fire development for intervention is time. Importance of time 

and timeline with key moments from ignition to start of extinguishing is described in Figure 2.  

 

6 

 

 

Figure 2. Time‐line of fire development before fire intervention [21] 

t1 – fire ignition [1 – 30 min]; t2 – fire development until start of extinguishing procedures [1 – 30 min]; t3 ‐

time of fire spreading from fire extinguishing procedures to fire localization [1 – 5 min];  

The time of fire development tdev before arriving of fire‐fighters can be simplified and estimated 

with Equation 1 [21]. 

t t t t t t   (1) 

Time of fire observation (tob) can range from 1 to 15 minutes or more with respect to installation of 

fire detection or extinguishing systems.  Time of calling to operation centre (tcall) from ignition if the 

detection is connected to operational centre can vary from 1 minute up to tens of minutes when 

the detection is not connected. Then, time when fire and rescue service by operational centre (tinfo) 

is counted (cca. 1‐5 minutes) and followingly response time of fire‐fighters (tt) which can range from 

1 to 10 minutes, depends on type of a fire station. Just before intervention starts, arriving time of 

first fire‐fighters on place of fire (tpr) is expressed by Equation 2 [21]. 

t60 . L

v  (2) 

Where (L) is distance between burning building and fire station in kilometres and (vj) is traveling 

speed of fire‐fighting vehicle to the place of fire. [21] 

Based on described timeline, minimal time for fire‐fighters’ arrival can be estimated as ca. 7 minutes 

minimally. This time deals with ideal conditions as arriving time from ignition is usually much longer 

and could raise even more than 45 minutes, especially in areas with low density population[21]. 

Time of fire development impacts to survivability 

‐ Likelihood of rescue success 

‐ Higher possibility of structural collapse 

‐ Higher risk for fire‐fighters  

‐ Likelihood to survive post‐flashover = near zero 

 

7 

 

Survey of Fire‐Fighters experiences 

Regarding timeline of fire development, survey about fighting fire has been conducted. During the 

second  round of  the  survey  fire‐fighters were asked about  their experience with  fire‐fighting  in 

timber structures. Questions oriented to single significant fires in timber buildings were focused on 

the cause of fire, phase of fire when fire‐fighters arrived on place of fire, and when the extinguishing 

procedures  were  started.  Additionally,  they  were  asked  about  information  whereas  sprinkler 

system in a fire building was applied and additional  information about the individual fire attack. 

Last but not least, couple of questions was about time needed for localization and extinguishing the 

fire as presented in Table 4. Phase of fire represents phase, when fire‐fighters reach to incident.  

Table 4. Results of Survey.  

Country  Origin of Fire  Phase of Fire Application of 

Sprinkler Systems Time of 

Extinguishing 

England  Arson  IV.  No  >5 h 

Belgium  Negligence  III.  ‐  ‐ 

France  Other  II. Sprinklers, water 

mist <1 h 

Portugal Technical Failure  

IV.  ‐  ‐ 

Slovenia  Other  III.  No  1‐2 h 

Sweden Technical Failure  

IV.  No  4‐5 h 

4.2 Fire Behaviour Changes 

It  is  critical  for  every  intervention  unit  to  know  as much  about  estimating  fire  development  as 

possible. Therefore, main fire behaviour parameters, structure reaction to fire and technical fire‐

fighting aspects in bio‐based buildings are given here. Observations are based on survey results and 

compared  to  knowledge  and  experience  from  traditional  (old)  buildings.  Changes  in  applied 

materials in combination of using flammable material with synthetic materials in building as fire 

load can cause:  

‐ Shorter time to flashover 

‐ Charring and consequently cracking of wood allow smoke and heat to spread in structures 

‐ Increased possibility of intensive fire development – backdraft, flashover 

‐ Hidden fire spread in structures (walls, cladding, attics, etc.) 

‐ Fire reignition after extinguishing 

‐ Fire spreading in void spaces and attics – higher possibility of backdraft occurrence 

The application of flammable materials as structure can cause following structure reaction to fire:  

‐ Cracking of structure allows smoke spreading 

‐ Structure’ affectation by extinguishing (e.g. water) 

‐ Premature collapse 

‐ Chimneys can be cause of ignition 

‐ Hydrophobic properties of fire insulation materials complicate fire extinguishing 

 

8 

 

‐ Late fire observation – development and spread of fire in structures 

‐ Steel and glued elements can support spread of fire 

Additional  aspects  increasing  fire  hazards  and  rapider  fire  development  can  cause  following 

technical aspects of structure:  

‐ Increased fire hazard during construction and maintenance 

‐ Sprinkler failure can cause serious damages – e.g. delay of water mist extinguishing 

system can postpone flashover 

‐ Presence of materials with higher flammability and hazardous materials can cause serious 

damages on structure 

‐ Wrong design or building procedures can cause serious damages and misfunction of fire 

protection 

4.3 Fire development and response of  structure 

Figure 3 describes fire development and flammable structural response – survivability / structural 

strength  decreasing  during  fire  development.  These  parameters  can  be  affected  by  fire  load 

(quantity, HRR, geometry, dispersion, etc.), structural properties (flammability, thickness, type of 

structures, etc.) and application of fire suppression systems. 

 

Figure 3 – Structural strength vs fire development and its intensity [26] 

This diagram is very important especially for light‐weight constructions, which their fire resistance 

is the most sensitive to fire.  

   

Temperature 

 

9 

 

5 Properties of  Wood in Fire   

For  building  modern  and  „Green“  buildings, 

different    types  of  wood  (timber,  bamboo, 

cork,  coconut,  etc.)  and  their  substitutes 

(linoleum, gypsum boards, paper flakes, etc.) 

are used.  

Wood  as  solid  organic  material  behaves 

differently  than  steel  or  bricks  in  a  fire.  As 

surface  temperature  increases  due  to  fire 

exposure,  flammable  vapours  are  produced 

and cause burning of wood on the surface. As 

a result, char  layer  is formed on the external 

surfaces as shows Figure 4. 

With  thicker  char  layer,  insulation  of  the 

remaining  unburned wood  is  better  and  the 

rate  of  flammable  vapour  production 

decrease,  thereby  the  charring  process  is 

slowing. Knowledge about what is happening 

with wood in conditions of fire can be crucial 

in decision making on a fire scene. 

5.1 Pyrolysis  and Combustion 

Preheating 

While  heating  wood  initially  starts  to  dry.  Up  to  certain  conditions,  the  process  is  reversible. 

However,  evaporation  of  chemically  bounded  water  occurs  bellow  100°C  and  wood  can  start 

shrinking, joints weaken, and process continue. Gases formed from temperature up to 200°C are 

mainly water and thus non‐combustible. Based on recent research from Reszka and Yang [20], It is 

known that pyrolysis (thermal decomposition) take place in temperature range of 225°C to 500°C.  

Ignition 

Gases above the surface created from preheated solid material can be ignited by an ignition source 

or  self‐ignited.  Ignition  starts with  the  process  of  pyrolysis  and  visual  flames  can  be  observed. 

Mentioned phenomena begins in temperature range between 225°C ‐ 275°C.   

   

 

Figure 4 – Process from raw wood, affected by 

radiation heat to ash [4]. 

Various engineered wood and substitute materials with addons (glue, oils, retardants 

etc.) can seriously affect fire properties of any material. 

 

10 

 

Radiant heat 

For  fire  conditions  it  is  important  to  estimate  heat  flux  on  surface  exposed  to  radiation  for 

firefighters.  

Critical radiant heat flux for pilot ignition is 12 kW/m2 [22] and 28 kW/m2 for spontaneous ignition 

while critical surface temperature for the first case is 350°C [23] and for the second 600°C [23], both 

for the conditions of radiant heating.  

For example, for the UK, building separation distances are calculated on the basis that exterior wall 

of one building must not be exposed to a heat flux more than 12 kW/m2 [24]. 

Interestingly, charred surface temperature of wood can reach 800°C. 

Table 5 – Average temperature range for decomposition process for wood [6.7.8]. 

Temperature range Decomposition processes 

>100°C   ‐ The evaporation of chemically unbound water. 

160‐200°C  ‐ The three polymeric components of wood begin to decompose slowly. Gases formed at this stage are non‐combustible (mainly H2O). 

200‐225°C   ‐ Wood pyrolysis is still very slow, and most of The Gases produced are non‐combustible. 

225‐275°C  ‐ The main pyrolysis begins, and flaming combustion will occur with the aid of a pilot flame. 

280‐500°C  ‐ Gases produced are now volatile (CO, methane etc.) and smoke particles are visible. Char forms rapidly as the physical structure of wood breaks down. 

>500°C ‐ Volatile production is complete. Char continues to smoulder and oxidise to form CO, CO2 and H2O. 

 

5.2 Fire Spreading and Development 

Physical and chemical properties of materials affecting the fire spreading and development of fire 

include type of wood, density, moisture content, etc. The major properties of wooden products 

that define fire properties are mainly: [1] 

‐ Thermal inertia 

‐ Surface orientation 

‐ Surface geometry 

‐ The surrounding environment 

Surface Orientation 

Different fire spreading, and development can occur when fire spreads horizontally, compared to 

fire  spreading  on  vertical  level.  Figure  5  presents  directions  of  fire  spreading  regarding  the 

orientation of surface. Since hot gases are lighter than cold air, fumes go up as well as flames. This 

results in faster fire spread by preheating the wall in the vertical case. Thus, fire spread in horizontal 

case is noticeably slower.[1] 

 

11 

 

 

Location of fire origin 

Additional factor affecting fire spreading is angle of surrounding walls around the origin of fire and 

flammability of the surface. How fast fire spreads indirectly depends on angle of surrounding walls. 

That means the fire in corner will be the faster for fire spreading than for instance if fire origin is 

surrounded by only one wall or when the fire origin is in the middle of a compartment.  

The rate of flame spreading on surface depends on the surface heat inertia (kc). The higher value of heat inertia presents slower fire spreading on surface. Density of material indirectly impact speed 

of flame spreading on surface which means flame on light materials will spread faster than on heavy 

surfaces.[1] 

 

 

 

Figure 5 – Vertical vs horizontal fire spreading on burning surface. [25] 

 

Figure 6 – Fire and smoke development with fire origin in a corner or 

on a single wall [1]. 

 

 

 

 

 

 

 

Figure 7 – Difference of fire spreading 

between heavy‐weight and light‐weight 

material [1]. 

 

12 

 

 

Combination of fire spreading on vertical and horizontal way 

The fire in compartment includes flame spreading in vertical and horizontal way. Figure 5 and Figure 

8 describe the fire spreading in compartment with flammable structures. [1] 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Surrounding environment 

When the fire  is developed  in compartment, ambient temperature  increase,  too. Surface of  the 

compartment  is  preheated.  The  preheated  surface  will  ignite  faster.  Example  of  these 

consequences is preheating ceiling by hot gases generated from local fire. When flames reach under 

ceiling layer, the surface is easier ignitable.  This scenario is described in Figure 8.[1] 

 

   

 

Figure 8 – Combination of Fire Spreading and preheated 

under ceiling layer buy fire fumes [25]. 

Recommended Literature 

Enclosure Fires [1] 

Fire Ventilation [2] 

 

13 

 

6 Specif ic   f ire hazards related to bio‐based buildings 

 

This chapter describes specific hazards of bio‐based structures  including dangers of  light‐weight 

structures,  heavy‐weight  structures,  attics  and  void  spaces,  tall  buildings  with  flammable 

structures, airflow impact, etc. 

 

6.1 Modern vs Legacy Bui ldings 

Various hazards  exist  for  specific  type of  buildings.  There  are different hazards between old or 

historical buildings and modern “Green” buildings as Table 6 shows.   

Thus, firefighters need to understand the difference between fires in legacy and modern buildings 

and accordingly change their firefighting techniques and tactics. 

Table 6 ‐ Different hazard specific for legacy and modern buildings [55][56] 

Legacy (old) buildings  Modern buildings 

Unknown materials 

Unknown impact of fire on structure 

Premature collapse 

Unknown plan of building 

Hidden fire spreading in unknown way 

Retrofitting and changes of structure 

unknown to fire‐fighters 

Possible absence or misfunction of fire 

protection 

Void spaces and attics 

‚‚Black Buildings‘‘ – illegally build houses 

Buildings in Wildland Interface 

Large open stairs 

Limited compartmentation 

Increasing synthetic materials contented 

in compartment 

Smart Technologies 

- Energy‐saving technologies 

- Photovoltaic technologies 

- Electric vehicles 

- Energy storages 

- Internet of Things 

Larger footprint  

Complicated and sophisticated foot print 

Void spaces and attics 

Flammable external cladding 

Increasing number of stories 

Open floor plan 

 

 

14 

 

6.2 Light‐weight Structures 

Light‐weight  structures  belongs  to  the most  common  bio‐

based  structures  for  its  price,  access  to material,  speed of 

construction,  variability  and  many  other  benefits.  It  is 

estimated that this type of construction presents almost 50% 

of accommodation buildings in the USA.  

However,  from firefighting point of view, they need to pay 

attention to this type of structures. Especially, to related risk 

and hazards for fire fire‐fighters.  

The Fire Protection Association in the UK together with RISC 

Authority  published  a  document  [26]  with  comparison  of 

hazards of  light wood frame constructions (Figure 9)  in the 

UK and USA in 2011. Based on that: 

‐ 72% ‐ of fire‐related deaths occur in homes in the 

UK, 

‐ 83% ‐ of fire‐related deaths occur in homes in the 

USA. 

More  than  half  of  these  fires  and  fatalities  occurred  in 

unprotected wooden frame buildings. It can be assumed that 

fire prevention and fire‐fighting in these types of structures should be seriously considered based 

on this research [26]. 

 

 

   

 

Figure 9 – Photos describing light‐weight construion and joints [15] 

Signs of Structural Collapse 

‐ Cracking 

‐ Floors holding large volume 

of water 

‐ Walls / roof leaking water 

‐ Movement in floor / roof 

‐ Unusual noises 

‐ Vertical / horizontal 

structural members are out 

of connections / joints  

 

15 

 

Specific hazards related with structural properties 

‐ Hidden fire spread 

‐ Rapid fire spread through structure 

‐ Fire gases accumulation in structure 

‐ Higher potential of Backdraft occurrence 

‐ Potential roof and ceiling failure, resulting in full fire development in a floor below 

‐ Premature structure collapse 

‐ Increased fire load by synthetic e.g. foam insulation 

Possibility of fire spreading in void spaces: 

‐ Combustible vents and air shafts 

‐ Anchor points in modular structures 

‐ Polyurethane glued attaches gypsum walls and ceiling panels 

‐ PVC plumbing fixtures 

‐ Fire originating in the void spaces (e.g. cracked electric wires, loose wire connection, etc.) 

Critical  elements  of  light‐weight  structures  are  joints  connected with  steel  plates  or  adhesives 

which may fail in fire and cause collapse of wall, floor, roof, etc. as Figure 10 shows.  

   

Figure 10 – Photos presents impact of heat on joints and I‐beams during fire which cause collapse of 

structure [26] 

 

 

Recommended Literature 

Fire Safety Challenges of Tall Buildings – NFPA[4] 

Fire Safety Challenges of Green Buildings[7] 

 

 

16 

 

6.3 Heavy‐weight Structures 

Heavy  timber  products  are  widely  used  for  their  greater  strength  and  design  flexibility.  This 

construction is usually built from rough large timbers beams and columns with timber section of 

150 x 150 mm, sometimes with square elements larger than 150 mm. Heavy timbers’ advantages 

include fire resistance, durability, sustainability and strength [29]. 

Material choices vary from glulam, PSLs, Laminated veneer lumber s or other engineered lumbers. 

Glue Laminated Timber (glulam) and Cross Laminated Timber (CLT) due to their sustainability and, 

strength  and  viable  options  commonly  used  for mass  construction.  Glulam  allows  flexibility  of 

different shapes and ability to change a space in open planes, whereas CLT offers a static system 

for closed‐plan design. 

6.3.1 Glue Laminated Timber 

 

Glue laminated timber (glulam) is usually used as straight or curved for architectural and design 

benefits enabling large section sizes and large spans. Glulam is also stronger than solid timber and 

has high degree of dimensional stability for its structure as shown on Figure 11. 

6.3.2 Cross Laminated Timber 

Cross  laminated  timber  (CLT)  is manufactured  in  a  similar way  to  glulam,  except  that  layers  of 

timber are glued together with grain alternating at 90° angle for each layer as can be seen on Error! 

Reference  source  not  found..    These  layers  of  wood  improve  CLT  structural  properties  by 

distributing strength of wood in both directions. This allows to be used to form complete floors, 

walls and roofs [29]. 

Properties of heavy timber structures significantly affect the fire development. Typical behaviour 

fire  development  is  described  in  Chapter  4.  However,  fires  with  CLT  or  glulam  are  typical  for 

occurrence of the secondary flashover.  

 

Figure 11 – Glue laminated timber with visible layers [28]. 

 

17 

 

Among  other  wood  related  areas  such  as  pyrolysis,  charring,  smouldering,  fire  dynamics  or 

structural  response,  there  are  two  aspects  closely  linked  to  CLT  or  glulam.  Delamination  and 

potential secondary flashover and change of fire development due to several layers glued together.  

Fire development and delamination 

Figure  12  demonstrates  comparison  of  temperature  curve  of  standard  fire  and  average 

temperature  curve  from  a  largescale  experiment  [30].  There  are  many  aspects  that  affect  all 

phenomena’s, however, this experiment can serve well as an example of fire behaviour for such 

situations.  

   

Figure 12. Comparison graph between standard fire (dashed line) and average temperature during a 

large fire test [30]. 

 

First stage from ignition to the first flashover is typical for preheating (this case lasts ap. an hour), 

from the moment of the first flashover all contents in a room are burned and CLT/glulam panels 

start  to  cool  down.  During  the  cooling, moment  of delamination  can  occur.  Then,  the  second, 

already preheated layer will start burning. Namely, temperatures in a room are still high enough to 

support burning of wood. As the fire develops further, temperatures and heat release rate rapidly 

increase once more to conditions for the secondary flashover. 

 Delamination 

As  delamination  it  is  understood  falling  off  or  loss‐of‐stickability  of  charred  timber  lamellae. 

Currently there are several ongoing research projects on this topic around the world (Figure 13). 

Factors  as  critical  temperature,  orientation,  loading  or  grain  direction  are  being  researched  for 

better understanding.  

 

18 

 

As  described  in  chapter  4.1,  flashover  is 

recognized  by  rapid  transition  from  a  localized 

fire to the involvement of all exposed flammable 

materials. Generally, gas temperature ap. 600°C 

and  heat  flux  at  floor  level  of  20  kW/m2  are 

criteria  for  flashover.  As  demonstrated  above, 

these conditions can occur in compartments with 

bio‐based structural elements repeatedly. These 

phenomena are supported by continuous heating 

of next layer under the fire surface. When burned 

layer delaminates, the following layer continues 

to burn. This effect needs to be considered for fires in these types of buildings. 

 

 

6.4 Bui lding Envelope 

As use of bio‐based materials increase, architects and designers have been using timber or other 

material for building facades and insulation. Design and construction of a structure’s exterior can 

be significantly challenging. Several aspects such as design and wind contribution to facade fires 

should be considered to prevent fires as Figure 14 represents. 

 

 

Figure 14 – A non‐traditional facade envelope a) before, b) during, and c) after a fire [32]. 

 

Figure 13 – Delamination of timber specimen 

after experiment [31]. 

Recommended Literature 

Fire Safety Challenges of Tall Wood[4][6] 

 

19 

 

Fire Spreading and Development of facade fires in bio‐based buildings. Possible ways of fire spread 

on buildings where facades are made from bio‐based materials are shown in Figure 15: 

‐ Heat radiation of adjacent building 

‐ Flying hot and burning particles from adjacent building 

‐ Fire outside a building immediately next to the external wall cladding 

‐ Fire in a building in a room with an opening in the external wall 

 

Figure 15 – Facade fire spreading [32]. 

The facade fire can be affected by wind, which can cause rapid fire development and spreading. 

Factors  affecting  fire  spreading  on  façade  in  the  moment  when  fire  is  spread  outside  the 

compartment are:  

‐ Reaction to fire properties of the materials (combustible / non‐combustible material). 

‐ The existence of cavities in a façade (burning of flammable insulation material due the 

stack‐effect can cause five times faster fire spreading). 

‐ Openings on a façade (doors, windows,) which allows fire spreading back into the 

compartment in floors above the fire source. 

 

 

Recommended Literature 

Fire Hazards of Exterior Wall Assemblies Containing Combustible Components[5] 

Composite materials can result in unusual fire damage. 

 

20 

 

6.5 Green Roofs and Facades 

Main definition of green roof and facades is related to vegetation used in history as fire protection 

cover roofs in Scandinavia with fire resistant soil.  

Green roofs 

Figure 16 describes composition of typical green roof – vegetation, substrate as growing medium, 

insulation and drainage layer and waterproofing with roof deck.  The growth media and plants add 

weight to the final load and need to be considered in design process. 

 

Figure 16 – Green roof assembly [10] 

 

There  are  two  types  of  green  roofs  –  extensive  and  intensive.  Intensive  roofs  are  thick  in 

decimetres,  heavy  and  with  necessity  to  be  irrigated  (Figure  17).  Extensive  roofs  are  few 

centimetres thick with moss‐sedum or sedum‐herb vegetation. This system does not need watering 

for a long period. [9] 

 

   

 

Figure 17 – Comparison of extensive (a) and intensive(b) green roofs [9] 

 

21 

 

Green walls 

‐ Climbing plants – growing directly against the wall. Steel wires or mesh is used as 

support. usually irrigated but can survive without irrigation if rooted into the ground. 

‐ Hydroponic green walls – constructed from plastic, mesh, geotextiles, fabrics, mineral 

wools or their combination. Plants grow without substrate/soil. System is irrigated.  

‐ Modular green walls – made from modules filled growing medium and plants.  

Fire hazard of green roofs and walls are: 

‐ Green roofs and walls may constitute a general fire hazard. 

‐ As long as the green roof or wall is kept moist (which is the normal case in order to keep 

the roof alive) it is likely to be very resistant to ignition. 

‐ If the green roof or wall dries out (such as might happen in a drought if no irrigation is 

provided) then they might present more of a fire risk. 

‐ Dry grass vegetation can present increased fire load. 

 

6.6 Void Spaces 

Building  new  structures  increases  application  of  new  technologies  and materials  applicated  for 

buildings. One of  the  technologies  is  light‐weight construction system with void spaces. As void 

spaces are understood: 

‐ Attics and roof voids 

‐ Void space in floors and walls 

‐ Suspended ceilings 

‐ Multiple ceilings 

‐ Cavities in facades 

‐ Engineering shafts 

In case of fire these void spaces represent hazards for 

fire‐fighters. Void spaces allow hidden fire spread in 

structures which observation is difficult as well as its 

extinguishing.  Extinguishing  in  these  structures 

requires  time  dissembling  for  observation  of fire 

origin. Recommended equipment for extinguishing fire in void spaces are piercing nozzles (most 

common  FogNail,  Cobra  Cold  Cut  System,  etc.),  together  with  thermal  vision  for  searching  for 

source of fire (example shown in Figure 18.). 

 

Figure 18 ‐ Fire spreading through the 

cavities, Luleå 2013 [34]. 

Recommended Literature 

Fire Performance of Green Roofs and Walls[10] 

 

22 

 

Fires  in  void  spaces  are mainly  ventilation  controlled, which  can  present  a  significant  threat  of 

extreme fire behaviour: 

‐ Ventilation induced flashover 

‐ Backdraft 

‐ Smoke explosion 

Extinguishing  of  structures  with  void  spaces  can  present  specific  hazards  for  fire‐fighter  and 

complications in fire‐fighting such as: [34] 

‐ Collapse of structures (walls, ceilings, etc.) 

In old structures local collapse of part of structure is very common, in opposite to fire of 

modern engineered light‐weight structure when falling of whole walls or ceilings occur.  

‐ Falling fire‐fighters through the roof, floor, etc. 

‐ Increased potential occurrence of extreme fire behaviour – flashover, backdraft, smoke‐

explosion. 

‐ Stack‐effect can cause rapid fire spreading in structure. 

‐ Possible fire spreading in direction from top to bottom. 

 

 

 

   

Recommended Literature 

Study of Residential Attic Fire Mitigation Tactics 

Full scale fire tests with comparison of different extinguishing techniques to fires 

developing inside cavities and Exterior Fire Spread Hazards on Fire Fighter Safety 

Application of piercing nozzle can prevent intensive fire development such as flashover, ventilation induced flashover, etc. 

 

23 

 

6.7  High‐r ise Bui ldings 

Application of new engineered wood materials 

allows  to  build  higher  buildings.  New  timber 

elements  such as CLT  currently  allow  to build 

high‐rise buildings up to 18 storeys (e.g. Bergen 

in Norway). [37] 

The fire spreading in tall buildings can be split 

on: 

‐ Internal fire spreading (technical 

shafts, cavities, etc.) ‐ Figure 20 

‐ External fire spreading (facades, 

ventilation shafts, etc.) ‐  Figure 24 

 

 

Fire‐fighting in tall building with flammable structure can be more complex, hazardous and with 

more possible complications such as  fire spreading  in cavities, premature collapse or secondary 

crucial serious damages caused by extinguishing water which can affect structural stability.  

 

Internal Fire Spreading  External Fire Spreading  

Figure 20 – Mechanical Shaft inside the building 

[37] 

Figure 21 – Façade fire [37] 

    

 

Figure 19 ‐  Fighting fires of high‐risel buildings can 

require fire platforms [36]. 

 

24 

 

Possible differences in fire‐fighting consideration and fire behaviour between flammable and non‐

flammable structures are presented, as described in Table 7.  

Table 7 – Comparison between flammable and non‐flammable structures[15][18] 

 

Key tasks on arrival to place of fire in high‐rise buildings: [35]: 

‐ Securing a water supply 

‐ Setting in the dry rising main 

‐ Identifying and securing the firefighting lift ‐ if one is available 

‐ Establishing a bridgehead 

Following phenomena affecting fire spreading in high‐rise buildings: [37][43] 

‐ Positive stack‐effect 

‐ Negative stack‐effect 

‐ Blow‐torch effect 

‐ External wind, depending on location as shown on Figure 22 and weather  

‐ Pressure ventilation 

 

Flammable  Non‐Flammable 

‐ Necessity to evacuate people from 

structure as soon as possible. 

‐ Extinguishing water can cause 

premature collapse of building. 

‐ Extinguishing can destroy building as 

well as fire. 

‐ Cracking of wood can cause hidden 

fire and smoke spreading. 

‐ Stack‐effect can cause fire spreading 

in cavities. 

‐ Increased fire‐load by structure which 

can cause fire with higher intensity. 

‐ Possibility to stay in building for 

occupants. 

‐ Evacuation routes works as fire‐fighting 

routes. 

‐ Building withstands extinguishing. 

‐ In limited situation, occupants can stay in 

structure until the fire is extinguished. 

 

25 

 

 

Figure 22 – Wind speed changes also with area where building is located.[57] 

 

Considerations for fire‐fighting in high‐rise buildings: 

‐ Limited use of elevators – especially for old buildings 

o Complication with rescuing people 

o Limited use of fire‐fighting platforms 

‐ Limited use of wet and dry risings and pumps in building 

‐ Reach of standard fire‐fighting hoses are limited by engine pump 

‐ Higher risk of stack effect 

‐ Air‐flow impact on fire development and spread 

‐ Limited number of streams [43]. 

 

 

   

Recommended Literature 

Fire Safety Challenges of Tall Wood[4] 

Fighting Fires in High Rise Buildings [39] 

Air & Smoke Movement in and around High‐Rise buildings (Air Tracks) [43] 

 

26 

 

6.8 Airf low Impact on Fire Development 

Specific topic in area of bio‐based buildings are wind driven fires and related airflow impact on fire 

development and spread. Wind driven fire can occur in situations with wind speed from 4 – 6 m/s 

[23].  

Following aspects are crucial for the wind driven fires observance:  

‐ External wind 

o Up‐Wind Direction of Vents 

o Season 

o Height of Storey 

o Windy Area and common 

wind direction (Wind rose 

can be used as Figure 23 

shows) 

‐ Appliance of PPV 

‐ Stack‐effect 

‐ Combustion pressure 

‐ Fire shafts 

‐ Compartmentation [39] 

Conditions affecting fire dynamics can have following impact. Information about fire‐fighting in this 

situation comes from UL (USA), NIST (USA) and fire‐fighters from UK which shared their experiences 

in frame of surveying in round 3.  

Daniel Madrzykowski (NIST) and Stephen Kerber (UL) published many papers, presentations and 

reports about wind‐driven fires, which are very beneficial for understanding of wind‐driven fires 

and extinguishing procedures under these conditions – e.g. Fire‐fighting Tactics under Wind Driven 

Conditions [41]. 

Impact of wind driven fires on fire spreading 

With  changing of wind direction, pressure  impact  changes as  shown  in  Figure 24 and  following 

aspects and parameters can be easily changed:[43] 

‐ Flow‐path changes 

‐ Higher risk of occurrence an intensive fire development (flashover, backdraft, torch‐

effect) 

‐ HRR increase 

‐ Fire spread in void spaces 

‐ Premature collapse of structure 

 

 

Figure 23 – Wind rose [40] 

 

27 

 

 

Figure 24 – Pressure impact on structure caused by wind.[37]  

 

 

 

7 Extinguishing and Bio‐Based Materials  

 As the construction and use of new materials develops, a compartment fire‐fighting techniques 

and procedures are constantly being developed. 

7.1 Extinguishing Agents 

Nowadays, water  is  still one of  the most common extinguishing agents.    Some of  the countries 

additionally  use  Compressed  Air  Foam  System  (CAFS)  for  better wettability,  cooling  effect  and 

minimal water damages.  

Table 8 shows countries where additional systems to fire‐fighting is used.  

The conducted survey also focused on this topic. and fire‐fighters in Europe have been asked which 

types of extinguishing agents and equipment is used for extinguishing of bio‐based structures.  

Recommended Literature 

Fire Fighting Tactics Under Wind Driven Conditions: Laboratory Experiments in 

Houston[42] 

Simulation of the Dynamics of a Wind‐Driven Fire in a Ranch‐Style House – Texas[44] 

Air & Smoke Movement in and around High‐Rise buildings (Air Tracks) [43] 

 

28 

 

Table 8 describes that beside water the foam is additionally used for specific conditions in some 

countries.  

Table 8 ‐ Results of the Survey 

Country  Italy  Finland  Ireland  Sweden  Canada  Spain  Estonia  England Czech 

Republic 

Agents  Water  Water  Water  Water Water / Foam 

Water / 

Foam Water  Water 

Water / Foam 

7.1.1 Water 

Water has much higher heat capacity than other extinguishing agents do. The accessibility is as well 

much better.  

7.1.1.1 Water Properties 

The  most  significant  property  of  water  is  heat  capacity.  Value  for  water  is  4.184  J/kg°C  and 

represents the amount of heat required to raise the temperature of 1kg of water (ca. 1 litre) by one 

degree of °C. This property is significant important for extinguishing and especially cooling hot gases 

during fire‐fighting attack. Additional important factor of water is expansion ratio. The expansion 

ratio of water at 100°C is ca 1:1700, which means that from 1 litter of liquid water 1700 litters of 

steam is produced as represents Figure 25. [45] 

 

Figure 25 – Expansion ration of water for 100°C [45]. 

Cooling effect of water in ceiling layer depends on efficiency of its evaporation. Smaller drops of 

water  can be better  evaporated and better  absorbed by  the heat of  hot  gas  layer. During  fire‐

fighting attack, not all water is evaporated, and part of this water reaches lining of compartment. 

The compartment extinguishing in hot gas layer is complex and requires deeper understanding of 

physical  laws.  For  efficient  extinguishing  special  equipment,  which  allows  application  of  water 

under higher pressure and speed of droplets than standard nozzles. One of such special equipment 

is  piercing  nozzle  with  pressurizing  water  mist  (Fog  Nail  Nozzle,  Cobra  Cold  Cut  System, 

etc.).[14][45]   

1,7 m3 

Expansion Ratio 1:1700 100 °C 

1 litter of Water 

 

29 

 

Direct Attack 

The most commonly used equipment in Europe is standard nozzle, for its variability and effectivity. 

Table 9 demonstrates required amount of water for various compartments type. 

Table 9 – Example of Water Supply Requirement of Specific Type of Compartment[21] 

Compartment  Amount of water per area in one minute (intensity) 

[ l / m2 min] 

Office  8.7 

Accommodation  9.1 

Attic  7.6 

Garage  8.8 

Storage  10.4 

 

 

Example of Water Consumption in Extinguishing of Compartment Fire 

Part I – Standard nozzle[21] 

For example, extinguishing office compartment will be calculated required water supply for 

extinguishing for 5 minutes. 

Compartment dimension 5 x 6 m ‐> 30 m2 

Maximal standard nozzle flow rate for Turbo‐Jet 

Q = 400 l / min 

Required flow rate for compartment  

(Office) 

Qef = 30 x 8.7 = 261 l / min (Required water supply from Table 9) 

Required amount of water for 5 min of extinguishing 

Qall = 5 x 261 = 1.305 litters 

 

These results are only orientational and do not have to correspondent with real fire which can be affected by many factors – quantity, HRR, and type of fire load, geometry, orientation, stage of fire, etc.  

Flow Rate Qmax = 400 l / min 

 

30 

 

While considering fire‐fighting in flammable structure, it should be respected and considered that 

is  necessary  to  extinguish  fire,  burning  structure  and  additionally  stop  pyrolyzing  processes  of 

flammable  parts.  It  can  require  higher  volume  of  water  compared  to  usually  considered  in 

extinguishing of non‐flammable structures.  

Water Damages 

Extinguishing of flammable structures, especially light‐weight structures can significantly affect load 

bearing  of  structures.  The  application  of  high  volume  of  water  can  have  negative  impact  on 

structures such as premature collapse of building, local collapse of structure (walls, roofs, etc.) and 

secondary damages of floors below the fire as shown in Figure 27.  

 

 

Figure 26 ‐ Fire in Luleå 2013 [46]. 

 

 

   

Small fires ‐ (1. and 2. stage of fire) ‐ minimum water damages 

Flashover / After‐flashover stages – high volume of water – bigger water damages 

Water damages can cause collapse or demolition of a building. 

 

31 

 

Non‐Direct Attack  

Application  of  piercing  nozzles  prevents  occurrence  of  backdraft  and  other  dangerous  fire 

phenomena  during  entering  the  building.  This  extinguishing  equipment  allows  to  deliver 

extinguishing agent into the compartment without entering. The water piercing nozzle is applied 

through the wall, structures, etc. within small hole and followingly, water mist is delivered under 

high pressure. The application of piercing nozzle should be combined with application of thermal 

vision camera to find origin of fire.  

The safer way of extinguishing enclosure fire is with non‐direct attack. This is allowed by special 

equipment  –  piercing  nozzles  and  application  of  pressurized  water  mist.  The  most  common 

equipment for this application is Fog Nail (Figure 27) and Cobra Cold Cut System (Figure 28). [14] 

Figure  29  describes  comparison  between  most  common  used  equipment  for  fire‐fighting  in 

compartment fires. The comparison is between mentioned equipment CCS, FogNail and standard 

nozzle. As it was described the efficiency of cooling effect of water mist depends on size of applied 

water droplets  in hot gas  layer  in  relatively short  time. Figure 29 shows that  the most effective 

cooling effect is reached with CCS, then with FogNail and as a last with standard nozzle. [14] 

Mechanism of extinguishing by water mist: [14] 

1) Heat extraction 

a. Cooling of fire plume 

b. Wetting/cooling of the fuel surface 

2) Displacement   

a. Displacement of oxygen 

b. Dilution of fuel vapor 

Application of piercing nozzles:[2] 

‐ Void spaces 

‐ Attics 

‐ Compartment fires 

‐ Difficult access structures – cavities, etc. 

   

Figure 27 ‐ Piercing Nozzle Fog Nail [12]  Figure 28 ‐ Cobra Cold Cut System [13] 

 

32 

 

Additionally,  application  of  Piercing  Nozzles  and  Cobra  Cold  Cut  Systems  have  been  observed. 

Results of survey are presented in Table 10. 

Table 10 Results of Survey of Extinguishing Equipment Application  

Country  Italy  Finland  Ireland  Sweden 

Equipment  CCCS* Standard Equipment 

Standard Equipment Standard 

Equipment, CCCS*, piercing nozzles 

Country  Canada  Spain  Estonia  Czech Republic 

Equipment 

Hand lines, master streams, 

piercing applicators, rotary nozzles 

Standard Fog Nozzle 

No specific equipment. Ordinary fire hoses and nozzles, piercing nozzle, thermal camera (Flir), 

motor saw etc. 

Standard equipment, CCCS, 

CAFS  

 

FogNail 

FogNail  is  cheaper  form of  application piercing nozzle using  for extinguishing  in  compartments. 

First, it is necessary to create hole in structure (window, door, frame, wall, etc.), then the process 

can  start.  The  flow‐rate  of  this  nozzle  is  70  l/min,  which  decreases  secondary water  damages. 

FogNail has two different types of nozzle for various type of water mist delivering. Application of 

piercing nozzle should be in closed compartment, where is prevented excess of oxygen and broken 

structure. [1][12] 

 

Figure 29 ‐ Comparison droplets sizes applicable by specific equipment – CCCS, piercing nozzle, standard 

nozzle in distance [16][17]. 

 

33 

 

       

Figure 30 ‐ Scheme of FogNail application [12]. 

 

Cobra Cold Cut System 

CCCS  is  cutting  extinguisher  with  ability  to  penetrate  walls  and  outer  layers  and  efficiently 

extinguish  fire by water mist  delivered under high pressure.  This water mist  cools  hot  gases  in 

compartment and reduces potential risk of extreme fire behaviour. Nozzle flow rate is about 30‐60 

l/min which decreases  secondary  loses  from water damages  and provides  great opportunity  to 

extinguish fire from outside of the compartment without necessity to enter inside. Application of 

nozzle is described on Figure32. [1] 

 

 

Figure 31 – Application of CCCS for compartment fire‐fighting [55][56]. 

 

 

34 

 

Comparison of Extinguishing Equipment 

RISE published comparison results of specific fire‐fighting equipment used for extinguishing fires in 

cavities  and  attics.  In  these  experiments,  extinguishing  by  standard  nozzle,  FogNail  and  CCCS 

techniques are compared.  

Experiments have been realized in full‐scale models of compartments with cavities and attics and 

compared two different scenarios (Figure 32). Scenario A presented fire behind the outer wood 

siding.  Scenario B  presented  fire  inside  a  cavity 

behind  a  wooden  wall  connected  to  a  cavity 

above a false ceiling with possibility to spread in 

loft.  

presents  resulted  water  consumption  and 

required  time  for  extinguishing  with  different 

extinguishing  equipment  in  various  scenarios. 

Extinguishing  in  Scenario  A  shows  possibility  to 

extinguish  the  object  fast,  with  low  water 

consumption.  Scenario  B  presents  more 

complicated scenario of fire spreading, especially 

for  finding  origin  of  fire  and  its  extinguishing. 

There is rapid difference in water consumptions 

when standard nozzle exceeds 1000 litters of water. In the opposite FogNail and CCCS show much 

lower water consumption and time to extinguish the fire.[48] 

Table 11 – Comparison of water consumption and time to extinguishing of different extinguishing 

equipment [48] 

 

Scenario A  Scenario B 

Extinguishing time 

[mm:ss] 

Water used [L] 

Extinguishing time 

[mm:ss] 

Water used [L] 

Cutting Extinguisher 

02:32  Ca. 135  03:06  Ca. 150 

Chain saw method  04:10  Ca. 220 18:14  > 1200 

04:49  Ca. 450 

FogNail  ‐  ‐  02:18  Ca. 400 

 

 

 

Figure 32 ‐ Experimental compartment (1‐ Outer 

wood siding, 2 ‐ Cavity, 3 ‐ Loft) [48]. 

Recommended Literature 

A Review of Water Mist Fire Suppression Systems – Fundamental Studies[14] 

 

 

35 

 

 

7.2 Addit ional  Hazards  in Bui ldings  in general  

Some  factors  can  generally  change  fire  development  and  fire‐fighting  procedures  in  buildings. 

Between  main  additional  factors  can  be  personal  aspects,  technical  aspects  and  fail  of  fire 

protection systems.  

Not properly working active fire protection systems 

‐ Dry and wet risings and pumps 

‐ Sprinkler systems and dry sprinkler systems 

‐ Internal water hydrants 

   

Figure 33 – Wet rise in building surrounded by 

material [51] 

Figure 34 – Non‐functional dry rising [50] 

Technical aspect 

Factor  of  human  elements  can  cause  serious 

aftermaths.  These  factors  can  cause  serious 

damages  on  structures,  malfunction  of  designed 

fire  protection,  etc.  Between  main  factors,  the 

following are listed:   

‐ Illegal buildings improvements  

‐ Danger fire load 

‐ Overloaded fire load 

‐ Insufficient construction  

o Forbidden / fake materials 

o Construction procedures not 

followed 

o Old structures 

‐ Failure of fire protection systems 

‐ Fake fire protection 

 

Figure 35 – Danger fire load in 

compartment increasing hazards of 

fire [58] 

 

36 

 

Personal aspects 

Personal aspects include dangerous behaviour of people, which can ignite fire directly or in non‐

direct way. This behaviour can include following:  

‐ Fail in follow safety procedures 

‐ Arson 

‐ Health and mental disorder 

‐ Drug addicted people 

‐ Negligence 

 

8 Case Studies 

Authors of this document had possibility to visit some of the places of fire in buildings with bio‐

based materials. Two representative fires are highlighted below, one was a brand new, modern 

building,  the  second  one was more  than  200  years  old.  From  the  case  studies,  important  fire‐

fighting views can be taken and valuable lessons learned.  

 

8.1 Fire  Safety  on  Construct ion  ‐   Hotel   Spindleruv  Mlyn,   Krkonose,   Czech 

Republ ic  

The pension was  a  3‐storey building with 2  storeys  above ground  level  and with 1  story  under 

ground  level with dimensions 21.1 m x 9.4 m with aluminium roof.  In underground  level was a 

garage, rest of the stories were used for accommodation. The building was built with I‐beams with 

wood formwork, basalt thermal insulation and covered by OSB boards.  

After long‐time of smouldering, the structure was interrupted and access to oxygen was created 

resulting in rapid fire spread.  Then the fire spread through entire envelope of the building to the 

roof. The fire was observed in the moment when first flames appeared on the roof [52]. 

 

Figure 36 – Fire of a Hotel in Spindleruv Mlyn, Czech Republic [52]. 

 

37 

 

The cause of fire was ignition of a part of structure in façade of the building by propane‐butane 

burner during the hot works on hydro  insulation. Mineral wool as  thermal  insulation supported 

development of smouldering of  flammable structure under the  insulation. The smouldering was 

developed and spread to envelope of the building. The smouldering would not be possible without 

thermal  insulation.  The  spread  of  smouldering was  not  immediately  followed  by  generation  of 

flames, smell or producing smoke, which was the main reason for the late detection of the fire.  

For  verification of  this  scenario,  investigators  from  fire brigade modelled possible  fire  scenario. 

Results of the experiment are described in Table 12. [52] 

Table 12 – Temperature development under the insulation [52] 

Nr. Time after Ignition 

[h] 

Temperature in Insulation 

[°C] 

Temperature in beam [°C] 

Movement of fire front [mm] 

Picture Nr. Figure 

37 [‐] 

1  0.1  ‐   ‐   10  ‐ 

2  0.29  ‐   ‐   30  ‐ 

3  0.42  39  476  45  ‐ 

4  1.29  44  485  80  1 

5  3.3  39  394  120  2 

6  7.45  133  540  Ca. 250   3 

During  the  experiments,  thermal  vision  camera  was  used  for  recording  heat  spread  and 

accumulation under insulation, which is shown on Figure 37 [52]. 

 

1                                    2                                     3 

Figure 37 – Experimental modelling to investigate possible causes of the fire. [52] 

 

 

38 

 

8.2 Historical  Bui ldings ‐  Royal   Inst itute of  Art,  Stockholm (Sweden)  

The  building  known  also  as  Båtsmanskasernen  –  barrack  II  is  placed  on  Skepsholmen  island, 

centrally  located  in Stockholm.  It was built during  the years 1816 – 1819 and  then housed 200 

boatmen and 40 shipping reserves. The main rebuilding has been proceeded  in 1870, 1892 and 

1907. The building was rebuilt and open as Royal Art Academy in 1988 and worked as studios, art 

workshops  and  dormitories  for  students  and  teachers  until  2017.  The  building  has  six  floors 

including basement and attic. [53][54] 

 

 

Figure 38 – Fire extinguishing from a platform after smoke explosion. Royal 

Institute of Art, Stockholm [53][54]. 

 

Following fire intervention information, fire was split in two stages. The first fire was located in the 

4th floor where clear origin of fire was later found. Fire spread in the first moments can be seen on 

Figure 39 and Figure 40. 

 

39 

 

 

This scenario can be described as attic fire when fire was spreading from the fire room to the roof. 

It propagated into ventilation shaft and through a small window located above the windows of the 

first fire.  

When  fire  moved  from  the  first  compartment  to  the  attic,  development  of  fire  changed  into 

intensive fire development with possibility of backdraft or smoke‐explosion occurrence. The fire 

was complicated because of structural material uncertainties and presence of unknown amount of 

flammable materials used for painting. The fire spread and fire suppression are shown in Figure 40 

and Figure 41.  

               

 

Figure 39 – Demonstration of fire and flames spread out from a window on the 5th floor to a ventilation 

window above. Then the fire spread into attic.  Royal Institute of Art, Stockholm [53][54]. 

 

40 

 

   

Figure 40 ‐ Extinguishing the attic fire [53][54].  Figure 41 ‐ Extinguishing from the roof [53][54]. 

 The Figure 42 shows final state of building after the fire and fire‐fighting attack.   

 

Figure 42 ‐Photo taken after the fire. Significant damages as destroyed roof and wet walls can be spot. 

Royal Institute of Art, Stockholm [53][54]. 

 

Table 13 describes resources needed to extinguish this kind of fire. These resources are split on two 

phased, first phase is focused on extinguishing the compartment fire and second phase describes 

resources needed to extinguish spread fire in attic.  

 

41 

 

 

 Table 13 – Used resources for fire‐fighting [53][54]. 

 

When considering intervention in buildings from bio‐based materials, problematic of fire‐fighting is 

not only  limited  to  fire‐fighting  in modern  timber  structures according  to prepared  fire‐fighting 

procedures and techniques. There are also old wooden or hybrid structures. First responders do 

not often know exactly building material or actual use of a building and thus search for people, 

rescuing  procedures  and  saving  property  can  be  difficult.  For  the  mentioned  procedures,  it  is 

important to know potential fire spread and how to lead and organize a fire attack. Effective fire 

extinguishing equipment and procedures need to be chosen wisely, as it can have major impact on 

intervention effectivity. 

     

Resources 

After 1st hour of fire attack  After 3rd hour of fire attack 

5 Fire‐trucks  8 Fire Trucks 

1 High‐volume capacity water truck  1 High‐volume capacity water truck 

2 Commanding vehicles  3 Commanding vehicles 

3 Platforms 

Total: 39 fire‐fighters  Total: 63 fire‐fighters 

 

42 

 

9 Conclusion 

Bio‐based buildings have been very popular  in some regions. Nowadays, this type of buildings  is 

found in places where they were not previously seen. Usually large and tragic consequences of a 

fire occur when there is no prepared fire‐fighting internal guideline or procedures for effective, safe 

and fast intervention. Another problem can be found with increasing number of floors in bio‐based 

buildings from the fire‐fighting point of view.  In frame of the COST Action FP1404 project  it was 

possible  to work on  this  problematic  internationally, widely  and deeply.  It was  found  that  fire‐

fighters mainly come to scene at  the 3rd  stage of  fire when  fire  is already  fully developed. That 

requires higher attention on fire‐prevention and fire‐fighters should be educated more sufficiently 

in order to be prepared for possible new dangerous situations. Also, often materials and fire design 

plans of the buildings are not known which further complicates the intervention. As survey revealed 

most commonly equipment used for fire‐fighting in bio‐based buildings varies at most between the 

countries.  All  the  aspects  mentioned  in  this  paper  related  to  bio‐based  buildings  are  highly 

important for fire‐fighters as well as for fire engineers who design buildings in safe way also for the 

first responders. It should be noted that flammable structure can largely affect development of:  

‐ faster fire growth & time to flashover, 

‐ increased production of volatiles and smoke 

‐ increased severity of external flaming, 

‐ increased total heat release rate, 

‐ longer burning duration and 

‐ possibility of secondary flashover.   

      

 

43 

 

References 

[1] KARLSSON, Björn, James G QUINTIERE. Enclosure fire dynamics. Boca Raton, FL: CRC Press, 2000. ISBN 0849313007. 

[2] SVENSSON, Stefan, Anna‐Lena GÖRANSSON. Brandgasventilation. Karlstad: Davidsons Tryckeri AB, 2006. ISBN 91‐7253‐276‐9. 

[3] MEANEY, Jonathan. Sekisui House: Building by example with zero‐energy housing. The Worldfolio [online]. Worldfolio [cit. 2018‐10‐22]. Online: http://www.theworldfolio.com/news/sekisui‐house‐building‐by‐example‐with‐zeroenergy‐housing/4236/ 

[4] BARBER, David a Robert GERARD. Fire Safety Challenges of Tall Wood Buildings: Final Report. Fire 

Protection Research Foundation. USA, 2013. 

[5] WHITE, Nathan. Fire Hazards of Exterior Wall Assemblies Containing Combustible Components: Final 

Report. Fire Protection Research Foundation. USA, 2014. 

[6] BRANDON, Daniel a Christian DAGENAIS. Fire Safety Challenges of Tall Wood Buildings – Phase 2: 

Task 5 – Experimental Study of Delamination of Cross Laminated Timber (CLT) in Fire: Final Report. 

Fire Protection Research Foundation. USA, 2018. 

[7] MEACHAM, Brian, Brandon POOLE, Juan ECHEVERRIA a Raymond CHENG. Fire Safety Challenges of 

Green Buildings: Final Report. Fire Protection Research Foundation. USA, 2012. 

[8] Cutting Extinguishing Concept ‐ practical and operational use. Södra Älvsborg Fire & Rescue Services 

(SERF). Sweden, 2010. 

[9] Levallius, J.(2005).  Green roof on municipal buildings  in  Lund  –  Modeling  potential  environmental  

benefit, Master of Science Thesis, Lund University, Lund, Sweden, 1‐60. 

[10] DEPARTMENT FOR COMMUNITIES AND LOCAL GOVERNMENT. Fire Performance of Green Roofs and 

Walls. UK, 2013. 

[11] GSELL, Julien. UNIVERSITY OF ULSTER. Assessment of Fire Supperssion Capabilities of 

Water Mist: Fighting Compartment Fires with the Cutting Extinguisher. Ireland, 2010. 

[12] Coprofire: FogNail [online]. USA: coprofire, 2018 [cit. 2018‐09‐18]. from: 

http://www.coprofire.com/fognail‐specialty‐nozzles.html 

[13] Cold Cut Systems. Sweden, 2014. From: http://www.coldcutsystems.com 

[14] HIGANG, Liu a Andrew K. KIM. Review of Water Mist Fire Suppression Systems ‐ 

Fundamental Studies. In: Journal of Fire Protection Engineering. 3. 2000, s. 32‐50. 

[15] Evidence Based Practices for Strategic & Tactical Firefighting: Strategic and Tactical Firefighting. NIST, NFPA, IAFC. USA, 2016. 

[16] R.  Svensson,  J.  Lindström,  R.  Ochoterena,  and M.  Försth,  2014.  ‘CFD  simulations  of  the  Cutting extinguisher’, SP, Sweden 

[17] A. ANDERS, M. OSBÄCK, 2017. ‘Tactical ventilation and cutting extinguishing method in shipboard firefighting’, MAST Asia 2017, v1.02. Tokyo, 2017. 

[18] U.S.  FIRE  ADMINISTRATION/NATIONAL  FIRE  DATA  CENTER.  Changing  Severity  of  Home  Fires Workshop Report: Workshop Report. USA, 2016. 

[19] ÖSTMAN, Birgit. Fire Protection for Tall Wood Buildings. In: NFPA Symposium on Fire Protection for a Changing World Munich 18 April 2016. Stockholm: SP Wood Building Technology, 2016, p. 1‐33. 

 

44 

 

[20] Reszka  P  (2008)  In‐depth  temperature  profiles  in  pyrolyzing  wood.  Dissertation.  University  of Edinburgh, Scotland. 

[21] HANUSKA,  Zdenek.  MINISTRY  OF  INTERIOR  ‐  GENERAL  DIRECTIVE  OF  FIRE  BRIGADE  IN  CZECH REPUBLIC. Metodický návod k vypracování dokumentace zdolávání požárů. Czech Republic, 1996. 

[22] Mikkola E, Wichman IS. On the thermal ignition of combustible materials. Fire Mater. 1989;14(3):87‐96. https://doi.org/10.1002/fam.810140303. 

[23] Simms, D. L. 1963 On the pilot ignition of wood by radiation. Combust. Flame 7 p., 253‐261. 

[24] Drysdale  D.,  An  Introduction  to  Fire  Dynamics,  Department  of  Fire  Safety Engineering, University of Edinburgh, 1987. 

[25] Essentials of Fire Fighting 6 th Edition Firefighter. USA: IFSTA, 2013. ISBN 978‐0‐87939‐509‐4. 

[26] Structural Firefighting: Strategy and Tactics. 2. USA: NFPA, 2008. 

[27] Building, Design and Management: BDM14. UK: FPA, RISCAuthority, 2011. 

[28] Glulam.  Kallesoe  Machinery  [online].  Denmark.  Online: http://kallesoemachinery.com/products/wood/laminated‐wood‐products/glulam.aspx. 

[29] Espinoza, Omar & Buehlmann, Urs & Laguarda‐Mallo, Maria & Rodríguez‐Trujillo, Vladimir. (2016). Identification  of  Research  Areas  to  Advance  the  Adoption  of  Cross‐  Laminated  Timber  in  North America. Bioroducts Business. 1. 60‐72. 

[30] KARUSE,  Mihkel.  LARGE  SCALE  FIRE  TEST  OF  CLT:  FIRE  SPREAD  THROUGH  THE  JOINTS  AND PENETRATIONS. Talin, 2018. MAGISTRITÖÖ. Tallinn University of Technology. Juhendaja: Prof . Alar Just.  Online: http://media.voog.com/0000/0009/4426/files/Large%20Scale%20Fire%20Test%20of%20CLT%20%E2%80%93%20Fire%20Spread%20Through%20the%20Joints%20and%20Penetrations_Karuse.pdf  

[31] Building Better Boards:  Increasing  the  Fire Resistance of Cross  Laminated Timber. 2. USA: NFPA, 2015. Online: https://www.fpl.fs.fed.us/labnotes/?p=24850 

[32] RUKAVINA, Marija Jelčić, Milan CAREVIĆ a Ivana Banjad PEČUR. FIRE PROTECTION OF FAÇADES: The Guidelines  for  Designers,  Architects,  Engineers  and  Fire  Experts.  Zagreb,  Croatia:  University  of Zagreb, Faculty of Civil Engineering. ISBN 978‐953‐8168‐14‐7. 

[33] LEVALLIUS,  Jacob. Green roofs on municipal buildings  in Lund: Modeling potential environmental benefits. 1. Lund, Sweden: NFPA, 2005. 

[34] Just, Alar & Brandon, Daniel & Norén, Joakim. (2016). Execution of timber structures and fire. Online: https://www.researchgate.net/publication/303864421_Execution_of_timber_structures_and_fire 

[35] TEAM WFM. Facade Design & Technology  for  Fire Safety  in Buildings. WFM  [online]. New Delhi: WFM,  2016,  2017.  Online:  https://www.wfm.co.in/facade‐design‐technology‐for‐fire‐safety‐in‐building/ 

[36] Firefighting  in  high‐rise  buildings  can  be  very  different  from  fighting  fires  in  lower  buildings. LondonFireGov [online]. London, 2018. Online: https://www.london‐fire.gov.uk/about‐us/services‐and‐facilities/firefighting‐in‐high‐rise‐buildings/ 

[37] FISHLOCK, Mark. An we Fight and Extinguish Full Height, Tall Building Fires?. UK, 2016. 

[38] EN 1991‐1‐2 (2002) (English): Eurocode 1: Actions on structures ‐ Part 1‐2: General actions ‐ Actions on structures exposed to fire [Authority: The European Union Per Regulation 305/2011, Directive 98/34/EC, Directive 2004/18/EC 

[39] Fighting fires – In high rise buildings. Norwich, UK: Deparment for Communities & Local Government, 2014.  ISBN  9780117540392.  Online: 

 

45 

 

https://assets.publishing.service.gov.uk/government/uploads/system/uploads/attachment_data/file/278168/FINAL_GRA_3_2_Fighting_fires_in_high_rise_buildings.pdf 

[40] Wind  [online].  USA:  AUTODESK,  2018  [cit.  2018‐02‐13].  Online: https://sustainabilityworkshop.autodesk.com/buildings/wind 

[41] MADRZYKOWSKI,  Daniel  a  Stephen  KERBER.  Evaluating  Positive  Pressure  Ventilation  In  Large Structures: High‐Rise Pressure Experiments. NISTIR 7412. NIST, Homeland Security, 2007.  

[42] MADRZYKOWSKI,  Daniel  a  Stephen  KERBER.  Fire  Fighting  Tactics  under Wind Driven  Conditions: Laboratory Experiments. Technical Note (NIST) ‐ 1618. USA: NIST, 2009. 

[43] FISHLOCK,  Mark.  Air  &  Smoke  Movement  in  and  around  High‐Rise  buildings (Air Tracks), Presentation. USA, 2011.  

[44] Barowy, Adam and MADRZYKOWSKI, Daniel. Simulation of the Dynamics of a Wind‐Driven Fire in a Ranch‐Style House – Texas. Technical Note (NIST) ‐ 1729. USA: NIST, 2012. 

[45] Gas Cooling: Part 3. CFBT [online], 2018. Online: http://cfbt‐us.com/wordpress/?p=1241 

[46] 65  lägenheter  i  ruiner  efter  spisbrand  [online].  Karlstad,  2014.  Online: http://www.tjugofyra7.se/arkivet/Avdelningar/Nyheter/65‐lagenheter‐i‐ruiner‐efter‐spisbrand 

[47] HIGH‐RISE Fire Fighting [online]. Northwood, UK, 2014. Online: http://highrisefirefighting.co.uk/ 

[48] BØE, Andreas Sæter a Kristian HOX. Full scale fire tests with comparison of different extinguishing techniques to fires developing inside cavities. In: RISE Fire Research. 2017. Norway. 

[49] Fire‐fighting  technique  with  fine  water  mist.  Dafo  [online].  Sweden.  Online: https://www.dafo.se/en/Products/Fire‐‐Rescue‐Equipment/Fog‐spear/fire‐fighting‐technique‐with‐fine‐water‐mist/ 

[50] Suchovody  [online].  (2017).  Online: https://benesovsky.denik.cz/galerie/mak_such.html?photo=1&back=4123283508. 

[51] Kontrola  [online].  (2017).  Online:  http://www.jcted.cz/budejovicko/ceskobudejovicti‐hasici‐kontrolovali‐krajinskou‐ulici/?liveMode=1. 

[52] OMAN, Ondrej. Příčinu vzniku požáru rozestavěného objektu odhalila modelová zkouška.  In: 112. XIV. Prague: 112, 2015, p. 4‐7. 

[53] Brandbekämpningsrapport: Brand på Konsthögskolan, Skeppsholmen. Sweden, 2016. 

[54] Firefighters  Battle  Blaze  that  Engulfed  Stockholm’s  Royal  Institute  of  Art  [online].  Stockholm: ARTFORUM,  2016.  Available  online:  https://www.artforum.com/news/firefighters‐battle‐blaze‐that‐engulfed‐stockholm‐s‐royal‐institute‐of‐art‐63627 

[55] Evidence Based Practices for Strategic & Tactical Firefighting: Strategic and Tactical Firefighting. NIST, NFPA, IAFC. USA, 2016. 

[56] U.S.  FIRE  ADMINISTRATION/NATIONAL  FIRE  DATA  CENTER.  Changing  Severity  of  Home  Fires Workshop Report: Workshop Report. USA, 2016. 

[57] Clean Energy Brands  [online]. USA: Clean Energy Brands, 2017  [cit. 2018‐10‐23]. Online: http://www.cleanenergybrands.com/shoppingcart/categories/wind‐turbines‐small‐/?sort=&page=5 

[58] Blogspot: What does your house look like? [online]. USA: Clean Energy Brands, 2017 [cit. 2018‐10‐23].  Dostupné  z:  http://wfoshowroom.blogspot.com/2013/01/what‐does‐your‐house‐look‐like.html 

 

 

46 

 

List  of  Figures 

Figure 1 – Example of ‘’green’’ building ‐ Sekisui House [3] .............................................................. 3

Figure 2. Time‐line of fire development before fire intervention [21] ................................................ 6

Figure 3 – Structural strength vs fire development and its intensity [26] ......................................... 8

Figure 4 – Process from raw wood, affected by radiation heat to ash [4]. ........................................ 9

Figure 5 – Vertical vs horizontal fire spreading on burning surface. [25] ........................................ 11

Figure 6 – Fire and smoke development with fire origin in a corner or on a single wall [1]. .......... 11

Figure 7 – Difference of fire spreading between heavy‐weight and light‐weight material [1]. ...... 11

Figure 8 – Combination of Fire Spreading and preheated under ceiling layer buy fire fumes [25]. 12

Figure 9 – Photos describing light‐weight construion and joints [10] ............................................. 14

Figure 10 – Photos presents impact of heat on joints and I‐beams during fire which cause collapse 

of structure ....................................................................................................................................... 15

Figure 11 – Glue laminated timber with visible layers [28]. ............................................................ 16

Figure 13. Comparison graph between standard fire (dashed line) and average temperature during 

a large fire test [30]. ......................................................................................................................... 17

Figure 14 – Delamination of timber specimen after experiment [31]. ............................................ 18

Figure 15 – A non‐traditional facade envelope a) before, b) during, and c) after a fire [32]. ......... 18

Figure 16 – Facade fire spreading [16]. ............................................................................................ 19

Figure 17 – Green roof assembly [10] .............................................................................................. 20

Figure 18 – Comparison of extensive (a) and intensive(b) green roofs [9] ...................................... 20

Figure 19 ‐ Fire spreading through the cavities, Luleå 2013 [18]. .................................................... 21

Figure 20 ‐  Fighting fires of tall buildings can require fire platforms [36]. ..................................... 23

Figure 21 – Mechanical Shaft inside the building [37] ..................................................................... 23

Figure 22 – Façade fire [37] .............................................................................................................. 23

Figure 23 – Wind speed changes also with area where building is located [37]. ............................ 25

Figure 24 – Wind rose [40] ............................................................................................................... 26

Figure 25 – Pressure impact on structure caused by wind .[37] ...................................................... 27

Figure 26 – Expansion ration of water for 100°C [45]. ..................................................................... 28

Figure 27 ‐ Fire in Luleå 2013 [46]. ................................................................................................... 30

Figure 28 ‐ Piercing Nozzle Fog Nail [12] .......................................................................................... 31

 

47 

 

Figure 29 ‐ Cobra Cold Cut System [13] ........................................................................................... 31

Figure 30  ‐ Comparison droplets  sizes applicable by  specific equipment – CCCS, piercing nozzle, 

standard nozzle in distance [14][15]. ............................................................................................... 32

Figure 31 ‐ Scheme of FogNail application [47]. .............................................................................. 33

Figure 32 – Application of CCCS for compartment fire‐fighting [39][40]. ........................................ 33

Figure 33 ‐ Experimental compartment (1‐ Outer wood siding, 2 ‐ Cavity, 3 ‐ Loft) [48]. ............... 34

Figure 34 – Wet rise in building surrounded by material [49] ......................................................... 35

Figure 35 – Non‐functional dry rising [48] ....................................................................................... 35

Figure 36 – Danger fire load in compartment increasing hazards of fire [35] ................................. 35

Figure 37 – Fire of a Hotel in Spindleruv Mlyn, Czech Republic [52]. .............................................. 36

Figure 38 – Experimental modelling to investigate possible causes of the fire. [52] ...................... 37

Figure  39  –  Fire  extinguishing  from  a  platform  after  smoke  explosion.  Royal  Institute  of  Art, 

Stockholm [53][54]. .......................................................................................................................... 38

Figure  40  –  Demonstration  of  fire  and  flames  spread  out  from  a window  on  the  5th  floor  to  a 

ventilation window above. Then the fire spread into attic.  Royal Institute of Art, Stockholm [53][54].

 .......................................................................................................................................................... 39

Figure 41 ‐ Extinguishing the attic fire [53][54]. ............................................................................... 40

Figure 42 ‐ Extinguishing from the roof [53][54].............................................................................. 40

Figure 43 ‐Photo taken after the fire. Significant damages as destroyed roof and wet walls can be 

spot. Royal Institute of Art, Stockholm [53][54]. ............................................................................. 40    

 

48 

 

List  of  Tables 

Table 1. European countries and Canada – guidelines for fighting fires ............................................ 2

Table 2 – Summary of elements and aspects characterizing “green” buildings in order to minimize 

building effect on environment and people.[7] ................................................................................. 4

Table 3 – Potential Risks connected with „Green“ Buildings [7] ....................................................... 5

Table 4. Results of Survey. ................................................................................................................. 7

Table 5 – Average temperature range for decomposition process for wood [6.7.8]. ..................... 10

Table 6 ‐ Different hazard specific for legacy and modern buildings [10][11] ................................. 13

In Table 7, possible differences in fire‐fighting consideration and fire behaviour between flammable 

and non‐flammable structures are presented. Table 7 – Comparison between flammable and non‐

flammable structures[12][13] .......................................................................................................... 24

Table 8 ‐ Results of the Survey ......................................................................................................... 28

Table 9 – Example of Water Supply Requirement of Specific Type of Compartment[16] ............... 29

Table 10 Results of Survey of Extinguishing Equipment Application ............................................... 32

Table 11 – Comparison of water consumption and time to extinguishing of different extinguishing 

equipment [48] ................................................................................................................................. 34

Table 12 – Temperature development under the insulation [52] ................................................... 37

Table 12 – Used resources for fire‐fighting [37][38]. ....................................................................... 41

  

   

 

49 

 

www.cost.eu

 

Guidance on Fire-fighting and Bio-Based Materials

COST Action FP 1404

“Fire Safe Use of Bio-Based Building Products”

Document N225-07

 

 

 

 

COST Action FP1404 

 

Chair of COST Action FP1404: Joachim Schmid

Vice Chair of the Action: Massimo Fragiacomo