Металлическая крыша — это кровельная система, состоящая из металлических деталей или плиток, которые обладают коррозионной стойкостью, водонепроницаемостью и долговечностью. Это компонент оболочки здания. Металлические детали могут быть покрытием на структурной, не водонепроницаемой крыше или могут быть самонесущими листами.
История
Свинец и медь играли важную роль в архитектуре на протяжении тысяч лет (см.: медь в архитектуре). Свинец был одним из первых и самых простых металлов для плавки, и с низкой температурой плавления его можно было легко формовать, чтобы он был водонепроницаемым. Как побочный продукт плавки серебра, во времена Римской империи он был легкодоступным и относительно дешевым.
В III веке до н. э. медная черепица была установлена на крыше храма Ловамахапая в Шри-Ланке. Римляне использовали медь в качестве кровельного покрытия для Пантеона в 27 году до н. э. Спустя столетия медь и ее сплавы стали неотъемлемой частью европейской средневековой архитектуры. Медная крыша собора Святой Марии в Хильдесхайме, установленная в 1280 году н. э., просуществовала до своего разрушения во время бомбардировок во время Второй мировой войны. Крыша в Кронборге, одном из важнейших замков эпохи Возрождения в Северной Европе (увековеченном как замок Эльсинор в шекспировском Гамлете), была установлена в 1585 году н. э. Медь на башне была отреставрирована в 2009 году.
Когда выплавка железа стала широко распространенной в начале 19 века, хотя процесс выплавки был сложным, руды было так много, что железо стало дешевле свинца и намного дешевле меди. Позже было установлено, что коррозию железа (ржавчину) можно остановить или, по крайней мере, замедлить, окуная горячие листы железа в расплавленное олово или цинк, образуя металлургически связанное покрытие, которое его защищает. Терн, железная пластина, окунутая в припой из 80–90% свинца с остатком только олова, была дешевле белой жести, изготовленной тем же способом, и свинец был более устойчивым при длительном использовании на открытом воздухе, чем олово или цинк по отдельности. Терн стал популярным для крыш и погодоустойчивых сельскохозяйственных изделий.
В 1829 году Генри Палмер, инженер London Dock Company, запатентовал «зубчатые или гофрированные металлические листы», которые добавляли дополнительную жесткость при изгибе в одном направлении на манер балки. Это позволяло листовому железу быть самонесущим при использовании в качестве крыши; современный отчет хвалил материал как «самую легкую и прочную крышу (для своего веса) со времен Адама».
После истечения срока действия патента Палмера в 1843 году «гофрированное оцинкованное железо» (CGI) стало популярным кровельным материалом во всем мире. В конце 19 века сталелитейные заводы заменили металлургические заводы, и продукт с использованием стали можно было сделать тоньше для тех же показателей пролета и жесткости, но термин «CGI» сохранился в Великобритании и Австралии до настоящего времени. В начале 20 века, после использования в военных целях в окопах и для хижин Ниссена или Квонсета, крыши «CGI» широко использовались, но имели низкий статус. После того, как архитекторы, такие как Вальтер Гропиус и Бакминстер Фуллер, использовали этот материал, и с блестящими и обтекаемыми «пустынными модернистскими» проектами, такими как Stahl House Пьера Кенига (с внутренней открытой металлической крышей, но не с настоящим CGI), он восстановил свой статус. В доме Альберта Фрея в Палм-Спрингс, построенном в 1964 году, в качестве кровли использовалась настоящая гофрированная сталь, а также наружная обшивка из гофрированного алюминия.
Экологически чистый
Металлические крыши на 100% подлежат вторичной переработке и могут быть изготовлены из других переработанных продуктов. Битумная черепица изготавливается на основе нефти с другими химикатами, что делает процесс ее переработки более токсичным, большая часть черепицы не перерабатывается, и 20 миллиардов фунтов отправляются на свалки каждый год и разлагаются сотни лет. Излучательная способность металлических крыш лучше отражает солнечное излучение на 10–75% в зависимости от выбора цвета по сравнению с битумными крышами, которые отражают 5–25% в зависимости от цвета. В течение срока службы металлической крыши они сохраняют 95% отражательной способности по сравнению с другими типами крыш, которые теряют 20–40% своей отражательной способности. Высокоотражающие покрытия в краске металлической кровли могут снизить счета за коммунальные услуги на 40%.
Преимущества
Металлические крыши могут прослужить до 100 лет, а монтажники предоставляют 50-летнюю гарантию. Из-за своей долговечности большинство металлических крыш в долгосрочной перспективе обходятся дешевле, чем асфальтовая черепица.
Металлическая кровля может состоять из большого процента переработанного материала и на 100% пригодна для вторичной переработки. Она не нагревается так сильно, как асфальт, распространенный кровельный материал, и отражает тепло от здания под ним летом. В более широком масштабе ее использование снижает эффект острова тепла в городах по сравнению с асфальтом. В сочетании с лучшими изоляционными свойствами металлические кровли могут предложить не только 40%-ное снижение затрат на электроэнергию летом, но и до 15%-ное снижение затрат на электроэнергию зимой, согласно исследованию 2008 года, проведенному Национальной лабораторией Ок-Ридж. Это открытие основано на использовании системы обвязок в четыре дюйма между фанерой и металлом «холодного цвета» сверху, что обеспечивает воздушный зазор между фанерной обшивкой крыши и металлом. Металлы холодного цвета — это светлые, отражающие цвета, такие как белый. Далее в исследовании говорится, что повторная герметизация и изоляция воздуховодов на чердаке сэкономит еще больше денег.
Металлическая кровля также легкая, создает небольшую нагрузку на несущие конструкции крыши и может быть установлена поверх существующей крыши. Легкая крыша очень полезна для больших и/или старых сооружений, так как она помогает поддерживать общую структурную целостность здания. Несмотря на свой небольшой вес, металлическая кровля обеспечивает повышенную ветровую устойчивость по сравнению с другими кровельными материалами. Это связано с тем, что в металлических кровельных системах используются замковые панели. Металлические кровельные листы также устойчивы к любым видам атак вредителей и насекомых.
Типы материалов
Металлические крыши иногда изготавливаются из гофрированной оцинкованной стали: кованый стальной лист покрывался цинком, а затем формовался в гофрированные листы. Другой подход — смешать цинк, алюминий и сталь с кремниевым покрытием. Эти продукты продаются под различными торговыми названиями, такими как «Zincalume» или «Galvalume». Поверхность может иметь необработанное цинковое покрытие или может использоваться в качестве основного металла под заводские цвета.
Металлическая кровля со стоячим фальцем
Металлические кровли со стоячим фальцем изготавливаются в виде листов длиной до 30 футов (9,1 м), а иногда и более, и шириной 12, 14, 16 или 18 дюймов (300, 360, 410 или 460 мм). Стоячий шов обычно
1+1⁄2 или 1+3⁄4 дюйма (38 или 44 мм). Они дороже по стоимости установки и материалов, но служат дольше, чем битумная черепица, в течение срока службы не менее 50 лет они дешевле, чем крыши из битумной черепицы. Они требуют меньшего обслуживания, чем крыши из гофрированного металла, из-за открытых креплений на этой крыше.
Механически сшитый
Крыши с механическим фальцем сшиваются вместе с помощью фальцевального станка и могут иметь одинарный или двойной замок, то есть их можно сложить один раз, чтобы соединить вместе, или сложить дважды для дополнительной защиты от атмосферных воздействий. Это самый дорогой из трех типов, но он наиболее устойчив к погодным условиям.
Защелкивается с помощью застежки-липучки
Одна сторона листа со стоячим фальцем защелкивается в другом листе со стоячим фальцем, который крепится к крыше, скрывая эти крепления, а другая сторона листа крепится к крыше винтами, и следующий лист также закроет эти винты. Винты крепежа не должны быть закручены слишком сильно, чтобы лист мог расширяться и сжиматься при изменении температуры, каждый слот для крепежа имеет некоторое пространство для перемещения мимо винта, чтобы компенсировать тепловое расширение. Потенциальное отламывание головок крепежа является недостатком этого метода, если он установлен неправильно или из-за износа из-за колебаний климата.
Защелкивается с помощью зажимов
Защелка с металлическими зажимами, прикрепленными к крыше, обеспечивает большее тепловое расширение, чем крепежная полоса для фальцевой металлической кровли. Крепления и зажимы скрыты под листами металлической кровли, и этот вариант немного дороже, чем крепежная полоса для фальцевой кровли.
Тонкопленочные солнечные батареи на металлических крышах
С ростом эффективности тонкопленочных солнечных элементов их установка на металлических крышах стала экономически конкурентоспособной по сравнению с традиционными монокристаллическими и поликристаллическими солнечными элементами. Тонкопленочные панели гибкие и спускаются по фальцевым металлическим крышам и приклеиваются к металлической крыше с помощью клея, поэтому для установки не требуется никаких отверстий. Соединительные провода проходят под коньком в верхней части крыши. Эффективность составляет от 10 до 18%, но стоит всего около 2,00–3,00 долл. США за ватт установленной мощности, по сравнению с монокристаллическими, эффективность которых составляет 17–22%, а стоимость составляет 3,00–3,50 долл. США за ватт установленной мощности. Тонкопленочные солнечные элементы имеют небольшой вес — 2,1–3,1 кг/м2 (7–10 унций/кв. фут). Тонкопленочные солнечные панели служат 10–20 лет, но окупаются быстрее, чем традиционные солнечные панели. Металлические кровли служат 40–70 лет до замены, тогда как кровля из битумной черепицы служит 12–20 лет.
Крыша из гофрированного металла
Гофрированные металлические крыши представляют собой сборные листы, изогнутые и волнистые для придания им большей жесткости.
Гофрированные металлические крыши по цене схожи с установкой битумной черепицы. Крепежные элементы ввинчиваются в металл в крышу, что требует большего ухода, чтобы винты оставались закрепленными. Гофрированные металлические крыши могут прослужить 30–45 лет при правильном уходе.
Металлическая кровля с каменным покрытием
Также можно использовать листы металлической черепицы. Обычно это окрашенная или покрытая камнем сталь. Кровельные панели из стали с каменным покрытием изготавливаются из оцинкованной/алюминиевой стали с акриловым гелем. Камни обычно представляют собой натуральный продукт с цветным керамическим покрытием. Нержавеющая сталь является еще одним вариантом. Обычно ее прокатывают в профили со стоячим фальцем для кровли; однако доступны и отдельные гонты. Другие металлы, используемые для кровли, — это свинец, олово, алюминий и медь.
Медные крыши
Медь используется для кровли, поскольку она обеспечивает устойчивость к коррозии, долговечность, длительный срок службы, низкие эксплуатационные расходы, радиочастотное экранирование, молниезащиту и преимущества устойчивого развития. Медные крыши часто являются одной из наиболее отличительных с архитектурной точки зрения особенностей выдающихся зданий, включая церкви, правительственные здания и университеты. Сегодня медь используется не только в кровельных системах, но также для отливов и карнизов, водосточных желобов и водосточных труб, куполов, шпилей, сводов и различных других элементов архитектурного дизайна. В Центре регенеративных исследований Лайла в Помоне, штат Калифорния, медь была выбрана для кровли по регенеративным принципам: если здание будет демонтировано, медь можно будет использовать повторно из-за ее высокой ценности при переработке и разнообразия потенциальных применений. Вентилируемая медная кровля в Ок-Риджских национальных лабораториях (США) существенно снизила приток тепла по сравнению со стальной черепицей с каменным покрытием (SR246E90) или асфальтовой черепицей (SR093E89), что привело к снижению затрат на электроэнергию.
Покрытие
На металлических панелях используется несколько типов покрытий для предотвращения ржавчины, обеспечения гидроизоляции или отражения тепла. Они изготавливаются из различных материалов, таких как эпоксидная смола и керамика.
Керамические покрытия можно наносить на металлические кровельные материалы для придания им теплоотражающих свойств. Большинство керамических покрытий изготавливаются из обычной краски с добавлением керамических шариков в качестве добавки.
Иногда на медь наносят покрытия. Прозрачные покрытия сохраняют естественный цвет, тепло и металлический оттенок медных сплавов. Масла исключают влагу из медных крыш и отливов и одновременно улучшают их внешний вид, выявляя насыщенный блеск и глубину цвета. Наиболее популярными маслами являются лимонное масло (например, USP), масло лимонной травы (например, East Indian), парафиновые масла, льняное масло и касторовое масло. На медной кровле или отливе повторное нанесение раз в три года может эффективно замедлить образование патины. В засушливом климате максимальный промежуток между смазываниями может быть увеличен до пяти лет. Непрозрачные лакокрасочные покрытия в основном наносятся на медь, когда требуются целостность и долговечность подложки, но требуется определенный цвет, отличный от естественных оттенков меди. Крыши, покрытые свинцовыми листами, сегодня не считаются металлическими крышами, но поскольку свинец связывается металлургически (см. припой), тонкие свинцовые покрытия на меди очень долговечны. Медь, покрытая свинцом, может использоваться, когда требуется внешний вид открытого свинца или когда стоки воды, загрязненные медью, с открытых медных сплавов обычно оставляют пятна на более светлых строительных материалах, таких как мрамор, известняк, штукатурка, раствор или бетон. Цинк-оловянные покрытия являются альтернативой свинцовым покрытиям, поскольку они имеют примерно такой же внешний вид и обрабатываемость.