Drewno jest klasycznym materiałem do produkcji okien i jest nadal poszukiwane ze względu na swoje naturalne piękno i indywidualne możliwości projektowania.

Budynki zabytkowe pokazują, że okna drewniane w dobrym stanie mogą przetrwać okres użytkowania przy profesjonalnej produkcji, użytkowaniu i dobrej pielęgnacji.

Rys. 1. Typowe uszkodzenia okna drewnianego

Jednak jeśli są źle użytkowane, drewniane okna mogą ulec szybszemu uszkodzeniu i trzeba je naprawić lub nawet wymienić.

Poniższy artykuł pokazuje, na co należy zwrócić uwagę podczas produkcji, użytkowania, konserwacji i naprawy.

Rys. 2. Słaby punkt połączenia narożnika ościeżnicy – wymaga właściwego połączenia konstrukcji i zapewnienia wysokiej jakości, aby zachować wytrzymałość narożnika ramy i szczelność połączenia

Drewno jest idealnym materiałem budowlanym. Jest lekkie, a mimo to odznacza się dużą wytrzymałością oraz dobrą odpornością na zmiany temperatury i wpływ zwiazków chemicznych znajdujących się w powietrzu (nawet przemysłowej atmosfery).

Podstawowym czynnikem powodującym uszkodzenie okna drewnianego jest stałe narażenie na wilgoć, które w połączeniu z możliwością pojawienia się grzybów może zniszczyć substancję drewna. W rezultacie zagrożona jest użyteczność i stabilność okna drewnianego.

Ważne jest również właściwe użytkowanie. Należy unikać narażanie elementów okiennych na działanie ekstremalnych warunków atmosferycznych spowodowanych ulewnym deszczem, promieniami UV, gradem itp., szczególnie jeśli drewniane okna są instalowane na zewnatrz warstwy nośnej ściany zewnętrznej (w warstwie termoizolacji), jak również na wyższych piętrach wieżowców.

Należy tu zastosować okna drewniano-metalowe, w których strona zewnętrzna jest całkowicie pokryta profilami aluminiowymi (ochrona przed warunkami atmosferycznymi), a od wewnątrz zachowane zostaje naturalne piękno struktury drewna. Aby uniknąć uszkodzeń spowodowanych wilgocią, wymagana jest ochrona drewna konstrukcyjnego, ochrona (osłona) powierzchni ram okiennych oraz, w razie potrzeby, ochrona chemiczna drewna.

Słaby punkt: „otwarte“ (odkryte) połączenie ram okiennych
Niszczenie drewna (butwienie) występuje najczęściej w obszarze połączeń narożników ościeżnic lub połączeń słupków. Badania przeprowadzone przez instytut Fraunhofer WKI i ift Rosenheim [Odette Moarcas, Dirk Lukowsky, 2008] wykazały, że po 10-letniej fazie użytkowania uszkodzenia wystąpiły głównie w mocno obciążonych oknach zamontowanych na górnych kondygnacjach budynku i przy ekspozycjach na zachód.

Przy normalnym użytkowaniu, do III piętra, butwienie stwierdzono tylko w 0,5% badanych okien sosnowo-świerkowych pomalowanych farbą kryjącą. Jednak odsetek ten wzrósł nawet o 10% w przypadku „wyższego” obciążenia, od 10 do 12 piętra, niezależnie od orientacji względem stron świata. Woda wnika w odkryte połączenia ramy przez szczeliny kapilarne i jest wchłaniana przez powierzchnie czołowe w obszarze połączenia na pióro i wpust.

Proces uszkodzenia może rozpocząć się nawet w fazie montażu. Dlatego połączenia ram muszą być szczelne i zapewniać, że powierzchnie czołowe elementów są szczelne połączone poprzez klejenie na całej powierzchni styku, zwłaszcza elementy występujące w dolnej części okna (w obszarze parapetu).

Z tego badania można wyprowadzić następujące ważne wnioski dotyczące trwałości okien:
- Połączenia ościeżnic to miejsca zagrożone wystąpieniem gnicia drewnianej konstrukcji okiennej i należy je zabezpieczyć odpowiednimi środkami. Specjalna troska o tę strefę okna dotyczy nie tylko etapu produkcji, ale także fazy projektowania i konserwacji oraz czynności pielęgnacyjnych w okresie użytkowania.
- Przy produkcji okien drewnianych należy zwrócić uwagę na zabezpieczenie drewna i zapewnienie wysokiej jakości połączeń ram okiennych.

Rys. 3. Analiza częstotliwości występowania i przyczyn uszkodzeń istniejących okien (projekt badawczy ift Rosenheim i Fraunhofer WKI)

Rys. 4. Badania mikroskopowe pokazują stan powłoki (A - struktura trójwarstwowa, B - struktura jednowarstwowa z wystarczającą grubością warstwy po wyschnięciu. C - fragmenty włókien wystające z powłoki, D – pęcherzyki powietrza w powłoce)

Rys. 5. Próbki drewna powlekanego po sztucznym starzeniu (wg EN 927-6)

Powierzchniowe powłoki malarskie
Okna drewniane to stabilne wymiarowo elementy, które wymagają funkcjonalnej powłoki. Dlatego podstawowym wymogiem jest wszechstronne zabezpieczenie powierzchni okna drewnianego za pomocą odpowiednich materiałów powłokowych o określonej grubości warstwy.

Trwałość powierzchni zależy od:
- jakości powłoki nawierzchniowej (skład, materiał, zastosowanie i grubość warstwy powłoki);
- wstępnej obróbki powierzchni drewna (szlifowanie i heblowanie, łączenie na mikrowczepy, klejenie na szerokości/długości i warstwowe);
- jakości obróbki stolarki okiennej, a w szczególności klejenia listew (w poprzek/wzdłuż);
- jakości drewna (rodzaj drewna, wilgotność drewna, szerokość przyrostów/słojów, gęstość itp.);
- sortowania drewna i usuwania elementów z wadami (sęki, pęknięcia, kieszenie żywiczne, przebarwiona biel, wygląd ogólny bieli, odsłonięta miazga, uszkodzenia spowodowane przez owady, drewno odkształcone po działaniu naprężeń ściskających/rozciągających itp.).

Sekretem długiej trwałości lakieru i okien drewnianych jest szybka naprawa drobnych uszkodzeń lakieru w celu zapobieżenia zniszczeniu struktury (masy) drewna. Jeśli zrobisz to podczas corocznego mycia okien, zostaniesz nagrodzony „prawie dożywotnią“ trwałością okien drewnianych. Zasadniczo dobre efekty są osiągane tak samo, jak w przypadku pielęgnacji samochodu.

Gdy powłoka nawierzchniowa jest nowa, jej jakość jest trudna do oceny, więc kupujący może odwołać się tylko do gwarancji producenta. Okres gwarancji trwający 10 lat jest już powszechny, a poszczególni producenci przyznają od 15 do 20 lat w przypadku zawarcia umowy serwisowej na okresową kontrolę okien, np. po 2, 5 i 10 latach, tak jak ma to miejsce w przypadku gwarancji na rdzę od producenta samochodu.

Wystarczającą grubość suchej powłoki malarskiej (lakierniczej), jak również wady powłoki (C + D) można łatwo rozpoznać za pomocą analiz mikroskopowych. Metody badań, takie jak sztuczne starzenie (EN 927-6), pokazują trwałość powłok.

Różna skuteczność ochrony przed promieniowaniemUV staje się widoczna przy bezpośrednim porównaniu podobnie obciążonych próbek drewna powlekanego (z wcześniejszymi uszkodzeniami, takimi jak zarysowanie). Wyraźna widoczność przebarwień (zwłaszcza w przypadku jasnych odcieni) i przenikanie wilgoci wskazują, że konieczna jest rewizja powierzchni.

Systemy naprawcze (masy zastępujące drewno)
Naprawa uszkodzonej masy drzewnej dawniej wykonywana była przez pracochłonne „wklejanie” pasujących kawałków z tego samego gatunku drewna.

Aby skrócić kosztowne godziny pracy, opracowano masy zastępujące drewno, które składają się z jednolub wieloskładnikowych materiałów (głównie żywic epoksydowych). Muszą one mieć takie same właściwości użytkowe jak drewno i być dostosowane do gatunku drewna i jego uszkodzeń oraz podlegać obróbce, podobnie jak drewno naturalne.

Dlatego też ift Rosenheim opracował wytyczne dotyczące badań [2], za pomocą których można zweryfikować użyteczność i trwałość systemów naprawczych do ich stosowania w stabilnych wymiarowo, nienośnych elementach drewnianych. W przeciwieństwie do stosowanej do napraw mebli wewnętrznych mieszanki pyłu drzewnego i kleju do drewna nie jest to sposób odpowiedni do okien, ponieważ ten wypełniacz nie ma właściwości wymaganych do stosowania na zewnątrz.

Dlatego przy porównywaniu produktów należy wziąć pod uwagę następujące kryteria:

1. Utwardzanie zamienników drewna jest istotną właściwością z punktu widzenia dalszej obróbki i uzyskania pełnej nośności. Twardość Shore D jest mierzona po czasie utwardzania podanym przez producenta i podczas trwania całego procesu utwardzania powinna osiągać przynajmniej taką wartość, jak w przypadku naturalnego drewna określonego gatunku.

2. Moduł Younga E (moduł sprężystości) pokazuje, czy sprężystość zastępczej masy drewna jest wystarczająca do przenoszenia odkształceń podczas pęcznienia lub kurczenia się drewna (szczególnie w spoinach dolnej/parapetowej części okna oraz w połączeniach) bez uszkadzania powierzchni.  Wydłużenie przy zerwaniu εB musi wynosić co najmniej 20%.

3. Zmiana objętości powinna być jak najmniejsza (maks. 0,5%) po fazie utwardzania i naprężeniach klimatycznych, aby nie powstały żadne spoiny, a naprężenie powłoki nawierzchniowej pozostało niskie.

4. Lepkość umożliwia ocenę plastyczności i właściwości przetwórczych. Systemy naprawcze nie mogą płynąć i muszą mieć możliwość modelowania w określonym czasie przetwarzania.

5. Odporność na wyciąganie określa siłę przenoszoną przez wkręty, za pomocą których mocowane są okucia okienne, w elementach okna gdzie zastosowano system naprawy drewna. Wartości parametrów dla naprawianych powierzchni muszą przynajmniej odpowiadać wartościom dla litego drewna.

6. Wodoprzepuszczalność określa właściwości uszczelniające systemów naprawczych do drewna na powierzchniach licowych, w celu ochrony ich przed nasiąkaniem. Określa się współczynnik pochłaniania wilgoci f.

7. Siła adhezji pokazuje, czy przyczepność systemów do naprawy drewna jest trwała.

8. Wytrzymałość narożników naprawianych naroży ościeżnicy musi przynajmniej osiągać wytrzymałość narożników nowych ościeżnic. W tym celu bada się maksymalną siłę działającą w przypadku rozerwania naroża, przebieg wzrostu siły i schematy pęknięć.

9. Odporność na warunki atmosferyczne jest badana poprzez sprawdzenia odporności na sztuczne starzenie oraz odporności na działanie naturalnych warunków atmosferycznych. System naprawczy musi spełniać wymagania dla powłok nawierzchniowych do zastosowań zewnętrznych i zapewnić stabilność wymiarową.

Należą do nich na przykład ocena mogących wystąpić pęcherzy, pęknięć, złuszczeń i siły przyczepności. Nie może być żadnych szczelin ani pęknięć między masą do naprawy drewna, a drewnem lub powłoką nawierzchniową (różnica poziomów między powierzchniami drewnianymi, a naprawianymi obszarami <1 mm). Ponadto wady widoczne (zmiana koloru i stopnia połysku, kredowanie) mogą występować tylko w niewielkim stopniu (patrz Tabela 1 i [2]).

Tabela 1. Wymagania i kryteria badań dotyczące systemów naprawczych i mas zastępujących drewno (wyciąg)

(kliknij na tabelę aby ją powiększyć) 

Oprócz naprawy drewnianej ramy okiennej, dla funkcji odnowionego okna ważne są również następujące prace:
- kontrola/sprawdzenie okuć i zapewnienie ich skutecznego działania (np. zapewniały możliwość ryglowania);
- działania poprawiające szczelność, izolacyjność termiczną (cieplną) i akustyczną;
- naprawa uszkodzonych połączeń;
- sprawdzenie i naprawa uszczelnienia szyby (ew. wstawienie nowego przeszklenia z nowoczesnymi szybami termoizolacyjnymi).

Rys. 6. Typowe uszkodzenia drewna, które można naprawić za pomocą systemów naprawczych

Tabela 2. Charakterystyczne wartości do oceny wielkości lub intensywności uszkodzeń zgodnie z EN 4628

(kliknij na tabelę aby ją powiększyć) 

Tabela 3. Kryteria decyzyjne: lista kontrolna dotycząca wymiany oszklenia lub okien

(kliknij na tabelę aby ją powiększyć) 

Wymiana okien
Oczywiście, należy też rozważyć wymianę uszkodzonego okna i ocenić to działanie jako alternatywę naprawy. Należy oszacować, czy wartość Ug dla oszklenia jest energetycznie wystarczająca według aktualnych przepisów.

Wymiana starego, pojedynczego oszklenia zawsze ma sens ze względu na większe zużycie energii (do ogrzewania w zimie i chłodzenia w lecie) i niską temperatury powierzchni szyby w zimie (brak komfortu użytkowania, ale również możliwość kondensacji pary wodnej i pojawienia się pleśni).

W przypadku istniejącego szkła izolacyjnego należy rozróżnić szkło izolacyjne powlekane i niepowlekane, które ma „słabą wartość“ współczynnika U, wynoszącą ok. 2,7 W/(m²K) – takie oszklenie było dopuszczalne przed ogłoszeniem drugiej zmiany w rozporządzeniu w sprawie izolacyjności termicznej (WSchVo) w 1995 roku.

Jeżeli na ramce dystansowej umieszczonej w przestrzeni międzyszybowej nie ma informacji na temat dostawcy szyby, nazw produktów lub ich marek, oraz symboli które zawierałyby informację o wartości współczynnika Ug, wartość tą można oszacować za pomocą „testu płomienia”. Następnie można sprawdzić przydatność ramy okiennej, okuć i elementów mocujących okno do konstrukcji budynku w celu oceny ekonomicznej efektywności działania.

Rys. 7. Testowanie systemów naprawczych w ekspozycji na zewnątrz 

Wnioski
Renowacja starej, drewnianej stolarki okiennej za pomocą systemów naprawczych z masą zastępującą drewno może być rozsądną i ekonomiczną alternatywą dla wymiany okien, jeśli okucia i przeszklenia są również dobrym stanie.

Wysiłek ten ma sens tylko wtedy, gdy stosowane są wysokiej jakości, przetestowane zamienniki drewna, które osiągają takie same właściwości użytkowe jak drewno.

Dobór odpowiedniej masy zastępczej drewna oraz bardzo staranna obróbka przez wyszkolonych monterów to warunek konieczny do trwałej renowacji uszkodzonych drewnianych ram okiennych.

Inwestowanie w renowację okien drewnianych jest nieekonomiczne, jeśli powierzchnia i masa drewna ulegają szybkiemu ponownemu uszkodzeniu z powodu gorszego materiału i nieprawidłowej obróbki.

Dr. Ing. Odette Moarcas ift Rosenheim

Dipl.-Ing. (FH) Jürgen Benitz-Wildenburg ift Rosenheim

Przedstawicielem Instytutu ift Rosenheim w Polsce jest Andrzej Wicha:  Adres poczty elektronicznej jest chroniony przed robotami spamującymi. W przeglądarce musi być włączona obsługa JavaScript, żeby go zobaczyć.

Bibliografia

[1]
- EN 927-1:2013-06 Farby i lakiery -- Wyroby lakierowe i systemy powłokowe na drewno zastosowane na zewnątrz - Część 1: Klasyfikacja i dobór
- EN 927-2:2014-09 Farby i lakiery -- Wyroby lakierowe i systemy powłokowe na drewno zastosowane na zewnątrz - Część 2: Wymagania eksploatacyjne
- EN 927-3:2020-01 Farby i lakiery -- Wyroby lakierowe i systemy powłokowe na drewno zastosowane na zewnątrz -- Część 3: Badanie w naturalnych warunkach atmosferycznych
- EN 927-4:2002 Farby i lakiery - Wyroby lakierowe i systemy powłokowe na drewno zastosowane na zewnątrz - Część 4: Ocena przepuszczalności pary wodnej
- EN 927-5:2008 Farby i lakiery - Wyroby lakierowe i systemy powłokowe na drewno zastosowane na zewnątrz - Część 5: Ocena przepuszczalności wody
- EN 927-6:2018-10 Farby i lakiery - Wyroby lakierowe i systemy powłokowe na drewno zastosowane na zewnątrz - Część 6: Ekspozycja powłok na drewno w sztucznych warunkach atmosferycznych z użyciem lamp fluorescencyjnych UV i wody
- EN 927-10:2019-05 Farby i lakiery - Wyroby lakierowe i systemy powłokowe na drewno zastosowane na zewnątrz - Część 10: Odporność na przywieranie farb i lakierów na drewno
- EN 927-13:2020-01 Farby i lakiery - Wyroby lakierowe i systemy powłokowe na drewno zastosowane na zewnątrz - Część 13: Ocena odporności powłoki na podłożu drewnianym na uderzenie

[2] Wytyczne ift SA-01/1, Systemy naprawcze do okien drewnianych – wymagania, badania i ocena (Reparatursysteme für Holzfenster – Anforderungen, Prüfung und Bewertung), Rosenheim 9/2009.

[3] Benno Bliemetsrieder: Systemy napraw okien drewnianych - opracowanie programu badań i stworzenie wytycznych dotyczących badań (Reparatursysteme für Holzfenster - Entwicklung eines Prüfprogramms und Erstellung einer Prüfrichtlinie). Praca dyplomowa na Uniwersytecie Nauk Stosowanych Rosenheim, Rosenheim 2/2007

Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym 

Inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne 
Więcej informacji:  Świat Szkła 11/2020