Pomieszczenia przeznaczone na pobyt ludzi powinny być doświetlone, głównie światłem naturalnym oraz mieć możliwość okresowego przewietrzania. Wymienione funkcje najkorzystniej spełniają różnego rodzaju okna, o konstrukcjach metalowych i tworzywowych oraz drewnianych. Ostatni z wymienionych materiałów już od stuleci służył do wytwarzania okien, podlegających ciągłemu rozwojowi.
Rys historyczny
Okna są wyrobami budowlanymi zamykającymi otwory w ścianach zewnętrznych i wewnętrznych różnego rodzaju budynków. Głównym zadaniem wyrobów zewnętrznych jest zapewnienie dopływu światła dziennego oraz umożliwienie wietrzenia. W czasach współczesnych dodatkowo okna muszą spełniać wymagania wynikające z obowiązujących przepisów, szczególnie w zakresie izolacyjności cieplnej.
Już od najstarszych czasów ludzie dążyli do stworzenia bezpiecznych miejsc pobytu, jakimi początkowo były jaskinie i szałasy, a następnie różnej formy budowle. W zależności od miejscowych warunków i poziomu rozwoju były wykonywane z kamieni, drewna, gliny itp. Każdy z tych obiektów miał otwory wejściowe, które z biegiem czasu zróżnicowały się na pełniące funkcję drzwi oraz okien. Początkowo otwory okienne zasłaniano skórami z ubitych zwierząt, a wraz z rozwojem tkactwa również tkaninami.
Używano także wysuszonych pęcherzy lub rozciągniętych błon żołądkowych, napiętych między ramami z drewna, a w Chinach, Japonii i Korei również papier. W dalszej kolejności zaczęto stosować do zawieszania i obracania elementów otworowych zawiasy, najpierw drewniane w postaci tzw. biegunów, a następnie metalowe w formie podłużnych zawiasów pasowych, kutych ręcznie.
Pozwoliło to na zasłanianie otworów okiennych osadzonymi na zawiasach drewnianymi okiennicami. W ujęciu historycznym przyjmuje się, iż pierwszymi wyrobami zabezpieczającymi otwory okienne przed niekorzystnymi wpływami zewnętrznych warunków atmosferycznych były okiennice.
Rys. 1. Przekrój poziomy okna krosnowego
Okna o konstrukcji w dzisiejszym zrozumieniu, w postaci ramy wypełnione szkłem, zaczęto stosować na początku ery nowożytnej, co potwierdzają wykopaliska pochodzące z I wieku. Były to najpierw szklane płytki w ramach z brązu o niewielkich wymiarach, a następnie nieco większe – z płaszczyznami dzielonymi pionowymi i poziomymi szprosami.
Kolejny etap rozwoju stanowiło wdrożenie techniki witrażowej, polegającej na wypełnieniu okna kolorowymi kawałkami szkła, połączonymi giętkimi profilami z ołowiu w kształcie litery U albo H. Krawędź szkła umieszczano w szczelinie profilu, następnie lutem łączono jego końce oraz węzły. Pozwoliło to na zwiększenie wymiarów okien zwanych witrażowymi, stosowanymi głównie w obiektach sakralnych.
Przekazy historyczne mówią o kolorowych witrażach występujących w bazylice Konstantynopola z IV wieku. Znacznym usprawnieniem techniki witrażowej było wprowadzenie łączenia kawałków szkła przy pomocy taśmy miedzianej, co spowodowało, iż linie łączenia stały się subtelniejsze, a wykonawstwo szybsze i łatwiejsze.
Z zasady okna witrażowe stanowiły dzieła sztuki, nie spełniały jednak wymagań stawianym oknom, tj. doświetlenia pomieszczeń, ochrony przed niekorzystnym wpływem środowiska zewnętrznego czy też zapewnienia wentylacji. Wymienione funkcję spełniają okna, składające się z ościeżnicy i ruchomego skrzydła wypełnionego przejrzystą taflą szklaną. Wyroby otworowe o takiej konstrukcji zaczęto stosować już w średniowieczu w budynkach reprezentacyjnych jak dwory, zamki itp. Były to okna drewniane jedno- i dwuskrzydłowe, ze skrzydłami podzielonymi szprosami i zawieszonymi na zawiasach czopowych.
Najprostszą konstrukcją cechowały się drewniane okna krosnowe, składające się z krosna i zawieszonego na nim pojedynczego skrzydła otwieranego do wewnątrz. Podstawową ich wadą była niska izolacyjność termiczna i akustyczna. Korzystniejszymi parametrami użytkowymi charakteryzowały się okna określane jako ościeżnicowe, zbudowane z drewnianej ościeżnicy, do której zamocowane były pojedynczo szklone dwa skrzydła, również drewniane.
Jedno z nich otwierało się do środka, drugie zaś na zewnątrz, i znalazły zastosowanie głównie w budownictwie wiejskim. Podobną konstrukcję miały okna skrzynkowe, jednak różniły się tym, że rama okienna składała się z ościeżnicy i krosna, na której zawieszano podwójne skrzydła okienne. Oba skrzydła otwierały się do środka, przy czym zewnętrzne było zawsze mniejsze niż wewnętrzne. Przedstawione konstrukcje stosowane były powszechnie w budownictwie jeszcze w pierwszej połowie XX wieku.
Jako współczesną konstrukcję uznać można okna zespolone, składające się z dwóch wzajemnie zespolonych drewnianych skrzydeł, początkowo skręcanych śrubami, a później specjalnymi zaczepami. Każde skrzydło było szklone szybą pojedynczą, choć w nowocześniejszych wyrobach, jedno ze skrzydeł wyposażano w szybę zespoloną. Okna tego rodzaju montowano w Polsce w większości nowych budynków w drugiej połowie ubiegłego wieku, przy czym już w 1900 roku zainstalowano je w hotelu Bristol w Warszawie.
Rozwój technologiczny oraz zwiększone wymagania w zakresie parametrów techniczno-użytkowych spowodował powszechne stosowanie okien jednoramowych, w tym także drewnianych. Okna tego rodzaju składają się z ościeżnicy i pojedynczych skrzydeł, wykonanych metodą frezowania profili ze sklejonych warstwowo krawędziaków. Skrzydła są wypełnione szybami zespolonymi, coraz częściej dwukomorowymi. Dostępne są także różne modyfikacje konstrukcji drewnianych okien jednoramowych, jak przykładowo drewniano-aluminiowe czy też z ukrytymi skrzydłami.
Charakterystyka drewna
Drewno jest naturalnym materiałem kompozytowym o osnowie polimerowej wzmocnionym ciągłymi włóknami polimerowymi, którymi są podłużne komórki zorientowane jednoosiowo. Do głównych związków tworzących drewno zalicza się celulozę (ok. 45%), hemicelulozę (ok. 30%) oraz ligninę (ok. 20%). Wytrzymałość drewna na ściskanie, rozciąganie i zginanie zależy od kierunku działania sił w stosunku do włókien. Znacznie łatwiej przenosi siły (ma większą wytrzymałość) działające wzdłuż włókien, a wraz ze wzrostem kąta odchylenia tych sił w stosunku do kierunku włókien, wytrzymałość drewna ulega zmniejszeniu.
Główną zaletą drewna stanowi jego naturalność oraz wysokie walory dekoracyjne. Współczesne wysoko zaawansowane technologie obróbki umożliwiają wykonanie okien w każdym kształcie i wymiarze. Ramy ościeżnic i skrzydeł okien skleja się zwykle z trzech warstw drewna litego lub łączonego na długości.
Pozwala to na eliminację anatomicznych wad drewna, w postaci sęków, skrętów włókien i innych niedoskonałości naturalnych. Klejone w ten sposób drewno charakteryzuje się większą odpornością na paczenie się. Ponadto cechuje je niższa rozszerzalność cieplna. W związku z tym okna drewniane są bardziej wytrzymałe na zmiany temperatury i lepiej zachowują się w otworze ściennym.
Jednocześnie drewno pod wpływem temperatury nie odkształca się, co ma szczególne znaczenie w przypadku wybuchu pożaru. W jego trakcie okno drewniane do czasu kompletnego zniszczenia, stanowi dobrą ochronę zabezpieczającą wnętrze przed dopływem tlenu. Tym samym nie pozwala, aby ogień przybierał na intensywności.
Fot. 1. Okna skrzynkowe (fot. E-okna)
Dodatkowo oddziaływanie wysokiej temperatury oraz bezpośrednio ognia nie jest powodem wydzielania się trujących substancji, co występuje w odniesieniu do okien wykonanych z innych materiałów. Umożliwia to bardziej bezpieczną ewakuację osób z zagrożonych pomieszczeń.
Drewno stosowane w procesach produkcyjnych stolarki budowlanej, w tym okien, podlega wymaganiom wynikającym z szeregu norm, z których do najistotniejszych należą:
- PN-EN 942:2008 Drewno w stolarce budowlanej – Wymagania ogólne,
- PN-EN 14220:2007 Drewno i materiały drewnopochodne w zewnętrznych oknach, zewnętrznych skrzydłach drzwiowych i zewnętrznych ościeżnicach – Wymagania jakościowe i techniczne,
- PN-EN 24221:2007 Drewno i materiały drewnopochodne w wewnętrznych oknach, wewnętrznych skrzydłach drzwiowych i wewnętrznych ościeżnicach – Wymagania jakościowe i techniczne.
W pierwszej normie określono ogólne wymagania, łącznie z oceną i klasyfikacją jakościową na podstawie wyglądu zewnętrznego wyrobów stolarskich lub poszczególnych części tych wyrobów. Z kolei w pozostałych dwóch normach zawarto podstawowe wymagania dla drewna i materiałów drewnopochodnych na okna zewnętrzne i wewnętrzne oraz drzwi, łącznie z dotyczącymi wyglądu oraz mechanicznej i biologicznej trwałości charakterystycznej. Wymagania odnoszą się do fabrycznie zmontowanych wyrobów niewykończonych lub przeznaczonych do wykończenia w warunkach wysokiej temperatury i wilgotności.
Rozwiązania konstrukcyjne
Okna krosnowe
Jak już powyżej stwierdzono, najprostszą konstrukcją charakteryzują się okna krosnowe. Ich rama okienna składa się na całym obwodzie z jednego elementu o przekroju prostokątnym, usytuowanym w otworze okiennym w ten sposób, że dłuższy bok przekroju jest prostopadły do ościeża otworu ściennego.
W powstałym w ten sposób krośnie jest zawieszone pojedyncze skrzydło otwierane do wewnątrz. Okna tego rodzaju są szklone szybą pojedynczą. Cechują się bardzo niską izolacyjnością termiczną i akustyczną, w związku z czym stosowane były głównie w pomieszczeniach niemieszkalnych. Fragment przekroju poziomego schematu okna krosnowego przedstawia rys. 1.
Okna skrzynkowe
Określa się nimi okna mające postać podobną do skrzynki, tzn. że pomiędzy dwoma zamkniętymi skrzydłami tworzy się przestrzeń charakterystyczną do tego typu konstrukcji. Główne elementy tych wyrobów otworowych, jakimi są ościeżnica i krosno, łączy się zazwyczaj ze sobą na czop i gniazdo. Podwójne skrzydła okna są przymocowane do tych elementów i otwierają się do wewnątrz.
W dolnym ramiaku często jest wyżłobiony rowek na wodę, powstającą w wyniku „pocenia się” szyb lub ich odtajania po mrozie. Charakterystyczna jest również konstrukcja skrzydeł okien skrzynkowych, szklonych zazwyczaj szybą pojedynczą, często z pionowymi lub poziomymi szprosami. Wyróżnikiem jest fakt, iż skrzydła zewnętrzne są zawsze mniejsze od skrzydeł wewnętrznych.
Fot. 2. Okno ościeżnicowe (fot. Oknoserwis.pl)
Okna skrzynkowe są bardzo starym rodzajem okien o bardzo archaicznej konstrukcji w porównaniu ze współczesnymi rozwiązaniami. Ich właściwości techniczno-użytkowe są bardzo przeciętne, szczególnie w zakresie izolacyjności cieplnej i akustycznej. W zasadzie nie spełniają żadnych parametrów w tym zakresie, wynikającymi z aktualnie obowiązujących przepisów. Na fot. 1 pokazano przykładowe okna skrzynkowe.
Występuje także odmiana powyższych okien, nazwana półskrzynkowymi. Rama tego typu wyrobów otworowych złożona jest z ościeżnicy i poziomych elementów krosna, określanych krośniakami. Skrzydła okien półskrzynkowych są tej samej szerokości, lecz różnej wysokości.
Okna ościeżnicowe
Konstrukcję podobną do okien skrzynkowych mają okna ościeżnicowe, zwane także polskimi. Są również zbudowane z ościeżnicy, na której zawiesza się podwójne skrzydła okienne, ale jedno jest otwierane na zewnątrz pomieszczenia, a drugie do jego środka.
Skrzydła mają jednakowe wymiary i są szklone szybą pojedynczą. W przeszłości były szeroko stosowane w budownictwie wiejskim. W obecnych czasach zarówno okna skrzynkowe, jak i ościeżnicowe stosuje się zazwyczaj w obiektach budowlanych objętych ochroną konserwatorską. Zabytkowe budynki są bardzo często poddawane zabiegom renowacyjnym, obejmującymi także okna.
Dodać jeszcze można, że instaluje się je również w pomieszczeniach, które nie wymagają specjalnej izolacji termicznej bądź akustycznej. Dlatego znajdują między innymi zastosowanie na poddaszach, w garażach, niektórych pomieszczeniach magazynowych oraz jako okna piwniczne. Przykładowe okno ościeżnicowe obrazuje fot. 2.
Okna zespolone
Drewniane okna zespolone, określane popularnie „szwedzkimi”, znalazły powszechne zastosowanie w Polsce drugiej połowie XX wieku. Wyroby otworowe tego rodzaju składają się z dwóch skrzydeł zespolonych początkowo przy pomocy śrub, a w zmodernizowanych konstrukcjach, z zastosowaniem specjalnych, niewidocznych z zewnątrz zaczepów.
Drugie z rozwiązań znacznie ułatwiało rozmontowanie skrzydeł, niezbędnych do umycia szyb od środka. Poszczególne skrzydła okienne były oszklone szybami pojedynczymi uszczelnionymi kitem szklarskim, choć wraz z rozwojem postępu technicznego, wprowadzono wypełnienie jednego ze skrzydeł szybą zespoloną.
Fot. 3. Okno zespolone typu HV 450 (fot. Internorm)
Oba połączone skrzydła są zawieszone na wspólnych zawiasach usytuowanych w ramie ościeżnicy. We współczesnych konstrukcjach okien zespolonych stosowane są okucia obwiedniowe, kity silikonowe, aluminiowe okapniki rynnowe oraz uszczelki usytuowane w odpowiednich kanałach na obwodzie skrzydeł.
Dostępne są także okna zespolone z żaluzją międzyszybową stanowiącą zabezpieczenie przeciwsłoneczne, przy czym skrzydło z pojedynczą szybą ma ramę aluminiową. Fragment okna o takim rozwiązaniu przedstawia fot. 3.
Okna jednoramowe
Współczesne budownictwo charakteryzuje się masowym stosowaniem okien jednoramowych, w tym także drewnianych. Zdecydowanie większa ich funkcjonalność, łatwiejsze użytkowanie i konserwacja, zwiększona izolacyjność cieplna i akustyczna oraz możliwość automatyzacji produkcji, spowodowały wyparcie okien zespolonych.
Okna jednoramowe składają się z ościeżnicy i zawieszonych na niej pojedynczych skrzydeł oszklonych szybami zespolonymi jedno- lub dwukomorowymi. Wyroby drewniane charakteryzują się ramami ościeżnic i skrzydeł wykonanymi metodą frezowania z krawędziaków sklejonych z kilku warstw drewna. Fryzy drewna sklejonego składają się zazwyczaj z trzech, najpierw suszonych, a następnie sklejonych desek grubości około 20 mm i szerokości około 60 mm.
Przed suszeniem, z desek są odcinane fragmenty z wadami w postaci sęków, spękań, pęcherzy żywicznych itp. W dalszym procesie technologicznym z fryzów powstają ramy, łączone w narożach wyfrezowanymi czopami i sklejane klejem wodoodpornym. Ramy po zespoleniu podlegają kolejnej obróbce jak impregnacja i pokrywanie lakierami przezroczystymi lub malowanie farbami kryjącymi.
Fot. 4. Okno jednoramowe drewniano-aluminowe (fot. Oknostyl)
Szyby zespolone osadza się we wrębach ram skrzydeł z użyciem silikonu lub specjalnych uszczelek oraz – od wewnątrz – listew przyszybowych. Szczelność styku ram ościeżnicy i skrzydła zapewniają odpowiednio wyprofilowane przylgi, przy czym zazwyczaj przylga środkowa jest wyposażona w uszczelkę wciskaną.
W drewnianych oknach jednoramowych są obecnie stosowane wszystkie rodzaje okuć obwiedniowych, umożliwiających rozwieranie, uchylanie, rozszczelnianie styku skrzydła z ościeżnicą, bezpieczne zamknięcie itp. Ponadto zarówno skrzydło, jak i ościeżnica są zazwyczaj wyposażone w aluminiowe okapniki. Przekrój fragmentu przykładowego okna jednoramowego zaprezentowano na fot. 4.
Okna drewniano-aluminiowe
Celem wyeliminowania dość pracochłonnej konserwacji oraz podwyższenia stopnia zabezpieczenia drewna przed niekorzystnym działaniem zewnętrznych warunków atmosferycznych, wdrożono konstrukcje okien drewniano-aluminiowych. Stanowią je wyroby otworowe, w których drewniane elementy okna są od zewnątrz osłaniane aluminiowymi kształtownikami (profilami).
W standardowych rozwiązaniach aluminiowe nakładki są zamocowane na wszystkich zewnętrznych częściach okna, tj. ramach ościeżnic i skrzydeł, szprosach, szczeblinach, ślemieniach itp.
Ponadto dla skuteczniejszej ochrony drewna montowany jest aluminiowy okapnik rynnowy, służący do zapewnienia odpływu skraplającej się na wewnętrznych ściankach osłony aluminiowej pary wodnej, celem wyeliminowania możliwości jego zawilgocenia. Dodatkowo na stykach krawędzi nakładek i ramiaków lub szyb stosuje się stosowne uszczelki.
Fot. 5. Okno jednoramowe drewniane DJ 68 (fot. PSB Okna)
Dla polepszenia właściwości termoizolacyjnych prezentowanych okien, przestrzeń pomiędzy drewnianymi ramami ościeżnic i skrzydeł oraz osłaniającymi je aluminiowymi kształtownikami, łącznie z ich wnętrzem, wypełnia się materiałem izolacyjnym, głównie pianką poliuretanową lub polistyrenem ekstradowanym. Charakterystyczny przekrój fragmentu przykładowego okna drewniano-aluminiowego pokazuje fot. 5.
Okna z ukrytymi skrzydłami
Wymienione w tytule okna charakteryzują się niewidoczną z zewnątrz ramą skrzydła, dzięki czemu uzyskuje się wizualny efekt jednej ramy. Ukryte skrzydło powoduje, iż okno wygląda jak stałe, czyli nieotwierane, lecz w rzeczywistości jest w pełni użytkowe.
Dzięki temu uzyskuje się jednolitą i spójnie estetyczną fasadę budynku. Takie rozwiązanie konstrukcyjne jest stosowane głównie w oknach wykonywanych z kształtowników aluminiowych, lecz spotykane są także w odniesieniu do okien drewnianych.
Zbigniew Czajka
Literatura
Polskie normy PN-EN
J. Płoński, Z. Maliszewski „Okna drewniane – historia i współczesność” Przegląd Budowlany
Materiały informacyjne firm: Netwings, E-okna, Oknoserwis.pl, PSB Okna, Oknostyl, Internorm
