Оконные профили из дерева


  Древесина является натуральным природным материалом, позволяющим получить ни с чем не сравнимые уютные интерьеры и микроклимат в сочетании с большим разно­образием форм и оттенков, а для производства окон является материалом традиционным и наиболее отработанным.

  До недавнего времени трудно было представить, что оконные конструкции в мас­совом гражданском строительстве России будут производиться из какого-либо другого материала. На территории Советского Союза располагалась почти четверть мировых лесных богатств. Большинство из них унаследовала современная Россия. В настоящее время деревянные окна, производимые из отечественного сырья, занимают значитель­ную часть российского рынка.

  Деревянные окна являются наиболее дорогими из всех окон, поскольку процесс из­готовления деревянного окна в полном соответствии с необходимым технологическим регламентом требует значительных как материальных, так и временных затрат.Для того, чтобы конкретизировать этот тезис, остановимся более подробно на свойствах дре­весины как конструкционного материала, а также на отдельных особенностях техноло­гии производства деревянных окон.

 


 Древесина как материал для производства оконных профилей.


  Дерево имеет оригинальную, присущую только ему макроструктуру (рис 1). На разрезе древесного ствола можно различить его основные части - сердцевину, кору, камбий, заболонь и луб.

 

 

Риc1. Строение ствола дерева.

1 - кора, 2 - камбий, 3 - луб, 4 - заболонь, 5 - сердцевина, 6 - ядро, 7 - сердцевинные лучи.

  Сердцевина состоит из клеток с тонкими стенками, слабо связанных друг с другом. Сердцевина совместно с древесной тканью первого года развития дерева образует серд­цевинную трубку. Эта часть ствола дерева легко загнивает и имеет малую прочность.

  Кора состоит из кожицы или корки, пробковой ткани и луба. Корка и пробковая ткань защищают дерево от вредных воздействий среды и механических повреждений. Луб проводит питательные вещества от кроны в ствол и корни.

  Камбий - слой живых клеток, располагающийся под лубяным слоем растущего де­рева. Ежегодно в вегетативный период камбий откладывает в сторону коры клетки луба и внутрь ствола, в значительно большем объеме, - клетки заболони. Деление клеток камбиального слоя начинается весной и заканчивается осенью. Клетки древесины, от­кладывающиеся ежегодно, образуют годичные кольца. По числу годичных колец опре­деляют возраст дерева.

  В процессе роста дерева, стенки клеток древесины внутренней части ствола, при­мыкающей к сердцевине, постепенно изменяют свой состав и пропитываются у хвой­ных пород смолой, а у лиственных - дубильными веществами. Движение влаги в этой части ствола прекращается, и она становится более прочной, твердой и менее способной к загниванию. Эту часть ствола, состоящую из мертвых клеток, называют у некоторых пород ядром, у других - спелой древесиной. Часть более молодой древесины ствола ближе к коре, в которой имеются еще живые клетки, обеспечивающие перемещение пи­тательных веществ от корней к кроне, называют заболонью. Эта часть древесины име­ет большую влажность, относительно легко загнивает, малопрочна, обладает большей усушкой и склонностью к короблению. Лес, стволы которого имеют большой диаметр спелой древесины, наиболее ценится в строительном деле. В некоторых источниках та­кое дерево называется спелой древесиной или спелым лесом.

  В древесине всех пород располагаются древесные лучи, которые служат для переме­щения влаги и питательных веществ в поперечном направлении. Древесина легко раска­лывается по сердцевинным лучам, по ним же она растрескивается при высыхании.

  Для производства окон используется древесина как лиственных, так и хвойных по­род. Из хвойных наиболее широко применяются сосна, ель, лиственница, пихта и кедр. Из лиственных - дуб и экзотические породы красной древесины - махагони и меранти. Каждая порода дерева характеризуется своими специфическими свойствами, характери­зующими изменение геометрии при объемной усушке, поэтому применение древесины разных пород в одном оконном блоке с этой точки зрения нежелательно.

  По своему микростроению древесина представляет собой волокнистую структуру. Ее основную массу составляют различные веретенообразные клетки, вытянутые вдоль ствола. В силу такого строения физические свойства древесины сильно отличаются в направлениях вдоль волокон и поперек.

  Основные физические свойства для наиболее распространенных пород древесины, применяемой в производстве окон, приведены в табл. 1.

 

Табл.1.

Основные физические свойства древесины различных пород

Порода дерева

Объем­ный вес, кг/м3

Коэффициент теплопроводности, Вт/м 0С

Коэффициент объемной усушки, %

Предел прочности, мПа , при

 

 

вдоль волокон

поперек волокон

вдоль волокон

поперек волокон

растя­жении

сжатии

изгибе

Сосна

500

0.18               ( 0.35 )*

0.09             ( 0.18 )

0.120

5.72

103..5

48.. 5

86

 

Порода дерева

Объем­ный вес, кг/м3

Коэффициент теплопроводности, Вт/м 0С

Коэффициент объемной усушки, %

Предел прочности,мПа,при

Ель

445

0.18       ( 0.35 )

0.09      ( 0.18 )

молодая 0.122 старая 0.086

молодая

6.72 старая 8.13

103

44.. 5

79.. 5

Лист­венница

660

 

 

0.075

6..32

125

64.. 5

111.. 5

Пихта

375

-

-

-

-

67

39

68.. 5

Дуб

690

0.23 (0.41)

0.1 (0.23)

молодой 0.400 старый 0.130

молодой

7..55 старый 7.78

123

57.. 5

107.. 5

 

*           В таблице приведены значения коэффициентов теплопроводности дерева в сухом состоянии. В скобках приведены значения, соответствующие условиям эксплуатации древесины в наружных ограждающих конструкциях (Прил.3 СНиП 11-3-79*), принимаемые в теплотехнических расчетах. Повышенные значения коэффициента теплопроводности учитывают увлажнение материала ат­мосферной и эксплуатационной влагой.

 

  

  Качество древесины для деревообрабатывающего производства определяют не только на основании физических свойств породы, но и на основании имеющихся в ней пороков. Пороками называют недостатки отдельных участков древесины, снижающие ее качество и ограничивающие возможность использования. Наиболее часто встречаю­щиеся из них можно условно разделить на три основные группы:

1) пороки строения древесины (сучки, трещины, наклон и свилеватость волокон и др.),

2) пороки вызванные химическими процессами и грибковыми поражениями,

3) пороки, образующиеся в ре­зультате повреждения насекомыми.

 

  Первая и третья группа пороков, как правило, практически полностью устраняются в процессе производства оконных блоков, вместе с тем опасность поражения грибком сохраняется на протяжении всего периода эксплуатации окна, и в значительной степени определяет его долговечность.

 

  • Питательной средой для дереворазрушающих грибов, вызывающих гниение, является целлюлоза, слагающая стенки клеток древесины. Такие грибы выделяют фермент, кото­рый превращает нерастворимую в воде целлюлозу (полисахарид) в растворимый моно­сахарид служащий для питания и дальнейшего развития грибов. В теле гриба моносахарид окис­ляется кислородом воздуха, образуя углекислый газ и воду. Древесина при этом меняет окраску, масса ее уменьшается, нарушаются связи между волокнами, она покрывается сетью продольных и поперечных трещин и распадается на призматические или кубические участки или становится трухлявой.

 

       Грибы могут существовать и развиваться только при определенных условиях - на­личии кислорода (из воздуха), необходимой влажности (больше 20%) и температуры (обычно +20...+40 0С). Древесина с влажностью меньше 18-20% не гниет, а в пора­женной гнилью древесине при этих условиях процесс гниения прекращается. Высокое качество сушки и мероприятия по защите древесины от увлажнения, таким обра­зом, являются важнейшим условием долговечности всех деревянных конструкций, безусловно, включая и окна.

Все породы дерева имеют приблизительно одинаковый коэффициент линейного расширения, который составляет 2 - 6 х 10 -6 [1/0С] вдоль волокон и 50 - 60 х 10-6 [1/°С] поперек волокон, при этом определяющей является первая величина. Отметим, что коэффициент линейного расширения дерева поперек волокон достаточно высок и сравним по величине с ПВХ.

     Однако,в отличие от ПВХ величина линейного температурного расширения для дерева не является определяющей. Гораздо большее влияние на работу деревян­ных оконных переплетов оказывают процессы, связанные с изменением влажности древесины в процессе эксплуатации окна, а именно - усушка и коробление, вызываю­щие изменения геометрических размеров оконного профиля.

  Древесина обладает способностью поглощать влагу из окружающего воздуха и от­давать ее обратно, при этом постоянно стремясь к достижению некоторой так называе­мой «равновесной влажности».

  Таким образом, дерево чутко реагирует на изменение основных параметров окру­жающей среды - температуры и относительной влажности. Каждому сочетанию температуры и относительной влажности соответствует определенная равновесная влажность древесины.

  Понятие равновесной влажности относится к так называемой «связанной» или «гиг­роскопической» влаге, содержащейся в клеточных стенках древесины и прочно удержи­вается в основном за счет физико-химических связей. Кроме того, в древесине может содержаться и свободная влага, находящаяся в капиллярах.

  При высыхании древесины свободная вода, удерживаемая за счет сил капиллярного взаимодействия, удаляется относительно легко и не оказывает определяющего влияния на свойства древесины. При удалении связанной воды уменьшаются толщина клеточ­ных стенок и поперечные размеры клеток. Происходит так называемый процесс «усуш­ки» древесины.

  Величина усушки вдоль и поперек волокон не одинакова. Усушка вдоль волокон в несколько десятков раз меньше, чем поперек волокон. При этом усушка в тангенциаль­ном направлении (от центра поперечного сечения) в 1,5... 2 раза больше, чем в ради­альном. Разница в усушке в различных направлениях и неравномерность высыхания сопровождается возникновением внутренних напряжений в древесине, что может вызвать ее коробление и растрескивание.

  Полная усушка древесины наиболее распространенных отечественных лесных по­род в тангенциальном направлении равна 8... 10 %, в радиальном 3...7 %, вдоль волокон 0,1... 0,3 %, полная объемная усушка 11... 17 %.

  Как правило, стандартная отпускная равновесная влажность для изделий из дерева (в том числе и для окон) составляет 10- 12%. После установки окон в отапливаемых по­мещениях (в жилых зданиях с температурой внутреннего воздуха Тв = + 20 "Си относи­тельной влажностью Фв = 25-30 % в зимнее время) эта величина в среднем уменьшается до 7-8 %, и остается таковой на протяжении всего периода эксплуатации окна.

 

  Величина усушки b при снижении содержания связанной воды в древесине на 1% называется коэффициентом усушкиКд . С достаточным для инженерных расчетов приближением коэффициент усушки Кр на 1% влажности древесины обычно принима­ют равным 0,3%.

      Как уже отмечалось, каждому состоянию воздушной среды, характеризуемому та­кими параметрами как температура (t, 0С) и относительная влажность [ф, %], соот­ветствует своя равновесная влажность древесины (Wf, %]. Влажность древесины Wf равновесную воздушной среде с температурой t 0С и относительной влажностью Фе, определяют по диаграмме, представленной на рис. 2.

 

 

0  20  40  80  80 100 120  140 160  180

 Температура, "С

Рис.2. Диаграмма равновесной влажности древесины (по П. С. Серговскому)

 

 


Технология производства оконных профилей из дерева.


  В производстве деревянных окон можно условно выделить несколько этапов.

На первом этапе производится подготовка пиломатериала для производства окон­ных профилей. Деревянные оконные профили могут изготавливаться из массива или путем склеивания из нескольких отдельных брусков, которые, в свою очередь, скле­иваются из нескольких (традиционно из трех слоев) толстых досок, как показано на рис.3. В каждом слое трехслойного бруса отдельные короткие доски сращиваются в длинные пластины - ламели при помощи шипового соединения. Склеивание элемен­тов, как правило, осуществляется водорастворимыми (но в то же время водостойкими) клеями на основе формальдегида или поливинилацетата (ИВА).

 

 

 

Рис. 3.  а) - клееный трехслойный брус для производства окон; б) - соединение отдельных слоев бруса в ламели.

 

  Такая технология позволяет во-первых, отсортировать непригодный материал, име­ющий пороки, а во-вторых, - максимально использовать материал, выпиленный из на­иболее ценной ядровой части древесины. Брус, склеенный из отдельных участков, не имеет сплошных протяженных волокон, а потому наименее подвержен короблению и изгибающим деформациям (описанным в предыдущем разделе); из клееного бруса мож­но изготавливать конструкции почти без ограничения форм и размеров. Таким образом, можно говорить о том, что для получения изделия высокого качества, использование клееного бруса предпочтительнее по сравнению с брусом из массива дерева.

 

  Для изготовления клееного погонажа берут хорошо просушенный пиломатериал хвойных пород. Это могут быть доски или разной длины. Вначале их сортируют, с тем чтобы выявить дефектные куски, то есть участки, где встречаются крупные сучки и дру­гие пороки, которые могут отрицательно сказаться на прочности клееного материала, и далее разрезают на короткие заготовки

  Получившиеся рейки подаются на шипорезный агрегат, где на их торцах фрезеру­ются так называемые мини-шипы - клиновидные зубцы, на которые затем автомати­чески наносится клей, после чего отрезки спрессовываются в ламели.

  Ламели выстругивают по всей поверхности, на готовую поверхность наносят клей, после чего ламели укладывают в два или три слоя и спрессовывают. Полученный по­гонаж выдерживают до полного затвердевания клея, а потом гладко фрезеруют со всех сторон на четырехстороннем продольно-фрезерном станке и распиливают на куски нуж­ной длины.

  Подбор клея и его правильное нанесение - очень важные факторы производства. Полиуретановые клеи быстро затвердевают, время жизни у них короткое. Клеи на осно­ве смол дешевле полиуретановых, однако они гораздо дольше отверждаются. Для обес­печения стабильности клееных изделий необходимо очень аккуратно и точно наносить клей на мини-шипы и пластины ламелей, чтобы он равномерно распределяется по дере­вянной поверхности.

  На втором этапе заготовленный брус превращается в оконные профили, заданно­го сечения. Геометрические параметры сечения определяются проектировщиком, после чего заносятся в компьютер, под управлением которого в современных линиях полно­стью осуществляется весь технологический процесс.

  Готовые профили с заданным сечением подвергаются специальной пропитке, по­вышающей стойкость древесины по отношению к огню и гнили. Из пропитанных про­филей собираются оконные рамы, которые затем проходят окраску с предварительной грунтовкой или покрываются различными морилками и лаком для получения оконного блока с естественной структурой дерева.

  Клееный брус, при применении его в оконных конструкциях, дает ощутимые пре­имущества по сравнению с деревянными профилями, изготавливаемыми из массива, однако не устраняет такого недостатка древесины как подверженность гниению.

  В настоящее время разработаны технологии деревообработки, связанные с повы­шением устойчивости древесины к воздействию влаги и направленные на повышение долговечности и стабильности геометрических размеров.

  Примером такого подхода может служить технология стабилизации химического состава древесины, которая недавно появилась на рынке и защищена товарным знаком Р1а1о®. Эта технология предусматривает три последовательных стадии:

1) Гидротермическая (гидролизно-термолизная) обработка - разогрев пиломате­риала водяным паром при высоком давлении в автоклаве.

2) Техническая сушка - высушивание «раскрывшейся» в процессе термолиза древе­сины в обычных сушильных камерах.

3) Восстановление твердой формы - нагревание древесины в специальной печи при атмосферном давлении, в результате чего происходит необратимая полимери­зация.

     Эти процессы сопровождаются избирательной реструктуризацией нестабильных компонентов древесины. Клеточная структура древесины, а следовательно, ее меха­нические свойства и внешний вид остаются при этом неизменными. В производстве этих, по-своему новых для рынка, изделий не используют химикаты, а сырьем слу­жит лесоматериал из быстрорастущих мягких пород, таких как ель, сосна, тополь и береза.

  Долговечность «платонизированной» древесины мягких пород оценивается в 15-25 лет, что совпадает с показателями для наиболее долговечных и ценных тро­пических пород.

  Формоустойчивость. С изменением влажности окружающего воздуха «платонизированная» древесина дает примерно наполовину меньшие усушку и набухание, чем обычная. При относительной влажности воздуха 60-65% ее равновесная влажность все­го 8% и не превысит 18%, даже если воздух будет предельно насыщен влагой. Такая устойчивость - следствие гидрофобных свойств, которые древесина приобретает в про­цессе термической обработки.

  «Платонизация» - процесс необратимый, он охватывает весь объем древесной массы и обеспечивает ей равномерную и долговечную защиту. Отверстия от сучков или сверления, места распила или трещины - в стабилизированной древесине все это не является благоприятной средой для размножения и роста грибковых и гнилостных бактерий.

  Благоприятный химический состав. При «платонизации» свойства материала улуч­шаются исключительно под воздействием тепла, давления и воды. Следовательно, и после гидротермической обработки древесина состоит только из естественных своих компонентов. В стабилизированном материале нет химикатов, и поэтому ему не угро­жают нежелательные реакции с клеем или металлическими крепежными деталями. От­служившие изделия из «платонизированной» древесины утилизируются как обычный лесоматериал, не подвергавшийся химической обработке.

  Технологические свойства. Поскольку структура целлюлозы сохраняется, «пла- тонизированную» древесину можно механически обрабатывать так же, как исходное сырье, то есть пилить, строгать, профилировать, склеивать. При этом следует иметь в виду, что у нового материала прочность на изгиб несколько ниже (до 10%), зато он более жесткий. И хотя гигроскопические свойства облагороженной древесины слегка ослаблены, она хорошо держит алкидные и акриловые лакокрасочные покры­тия, ведь на поверхности нового материала нет экстрактивных веществ - она сухая и однородная.

  Стабильность формы способствует и улучшению склеиваемости «новой» древеси­ны, что положительно сказывается на ее конструкционных свойствах.

 


Конструктивные решения.


   По сравнению со всеми описанными выше профильными системами, конструктив­ные решения деревянных окон отличаются большим разнообразием. К деревянным окнам меньше, чем ко всем перечисленным выше, применимо понятие «оконной системы», поскольку в этом случае жесткая номенклатура профилей, из которых впоследствии собираются оконные блоки, отсутствует. Деревянные профили до­статочно редко применяются в витражных конструкциях. Вместе с тем,дерево являет­ся единственным оконным материалом, применимым для реставрации и замены окон в зданиях, являющимися памятниками архитектуры XVIII - XIX вв. и пред­ставляющими историческую ценность.

  Как уже отмечалось в настоящей главе, вплоть до недавнего времени дерево яв­лялось единственным конструкционным материалом, использовавшимся в России для производства окон объектов массового строительства. В этом отношении интересно от­разить конструкцию окон, применявшихся в Советском Союзе в период индустриально­го строительства с 1960 по 1989 гг.

 

  В жилых и общественных зданиях, построенных в этот период, как правило ус­танавливались деревянные окна, конструктивные варианты которых представлены на рис. 4.

 

 

Рис. 4. Конструктивные варианты российских деревянных оконных блоков

периода 1960 - 1989 гг.:

а) двухслойное окно со спаренными переплетами; б) двухслойное окно с раздельными пере­плетами; в) трехслойное окно со спаренными переплетами внутри коробки

  Конструктивные варианты деревянных оконных блоков выбирались в соответствии с разницей температур наружного воздуха наиболее холодной пятидневки и температу­рой внутри помещения в соответствии со значением требуемого сопротивления тепло­передаче окон и балконных дверей - Rotp,как это представлено в табл. 4. и табл. 5.

  Все окна изготавливались из массива дерева. Размеры оконных блоков, выпускав­шихся деревообрабатывающими комбинатами, были стандартизованы и принимались в соответствии с принятой в строительстве Единой Модульной Системой (ЕМС), крат­ными укрупненному модулю 3М = 300 мм или 1.5М. Таблица стандартных размеров деревянных оконных блоков приведена на рис. 5.

 

Табл. 4.

Требуемое сопротивление теплопередаче для окон периода 1960 - 1989 гг.

Здание

Разность температур, 0С

Сопротивление теплопередаче, К/р (м3^0С)/ккал

Жилые дома

до 25

0,2

от 25 до 44

0,4

от 44 до 49

0,44

свыше 49

0,6

 

 

 

 

Табл. 5.

Сопротивление теплопередаче заполнений световых проемов (окон, балконных дверей и фонарей).

N

п/п

Заполнение светового проема

Сопротивление теплопередаче,   Rotp (м3*0С)/ккал

1

Одинарное остекление в деревянных переплетах

0,20

2

Двойное остекление в деревянных спаренных переплетах-

0,40

3

Двойное остекление в деревянных раздельных переплетах

0,44

4

Тройное остекление в деревянных переплетах (спаренный и одинарный)

0,60

 

 

 

     Современные деревянные окна име­ют ряд принципиальных отличий от тра­диционных российских окон, применяв­шихся в массовом строительстве до на­чала экономических реформ. В оконном профиле, изготавливаемом, как правило, из клееного бруса, фрезеруется европаз для контурного механизма фурнитуры, а также опорный фальц, имеющей ширину, достаточную для установки стеклопакета. Геометрия притворов деревянного профиля конструируется в соответствии с требованиями производителей систем фурнитуры.

    Современные деревянные окна характеризуются развитой системой уплотнений и отвода атмосферной влаги; характерной чертой является внутреннее расположение штапика (по аналогии с ПВХ-системами).

На рис. 6 показана конструкция так называемого «евроокна»- деревянного окна с переплетом, толщиной 65-70 мм и металлическим отливом из алюминия. Окна такой конструкции в настоящее время нашли наибольшее применение на российском рынке.

 

 

Компания "Сибирь" может предложить Вам:

 

 

 

 

Возврат к списку