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. [1]
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. [2]
В 3 веке до н. э . медная черепица была установлена на крыше храма Ловамахапая в Шри-Ланке. [3] Римляне использовали медь в качестве кровельного покрытия для Пантеона в 27 году до н. э. [4] 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 ее разрушения во время бомбардировок во время Второй мировой войны. [5] 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. [6] Медь на башне была отреставрирована в 2009 году. [7]
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. [ требуется цитата ]
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». [8]
После истечения срока действия патента Палмера в 1843 году гофрированное оцинкованное железо (CGI) стало популярным во всем мире кровельным материалом. [8] 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. 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. [8] После того, как архитекторы, такие как Вальтер Гропиус и Бакминстер Фуллер, использовали этот материал, а также 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. [8] 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. [9]
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 (9,1 миллиона тонн) 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%. [10]
Металлические кровли могут прослужить до 100 лет, а установщики предоставляют 50-летнюю гарантию. [ необходима цитата ] Благодаря своей долговечности большинство металлических кровель обходятся дешевле битумной черепицы в долгосрочной перспективе. [11]
Металлическая кровля может состоять из большого процента переработанного материала и на 100% пригодна для вторичной переработки. [12] Он не нагревается так сильно, как асфальт , распространенный кровельный материал, и отражает тепло от здания под ним летом. В более широком масштабе его использование снижает эффект острова тепла в городах по сравнению с асфальтом. В сочетании с его 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 4 дюйма (100 мм) между фанерой и металлом «холодного цвета» сверху, [13] что обеспечивает воздушный зазор между фанерной обшивкой крыши и металлом. Металлы холодного цвета — это светлые, отражающие цвета, такие как белый. В исследовании также говорится, что повторная герметизация и изоляция воздуховодов на чердаке позволит сэкономить еще больше денег. [14]
Металлическая кровля также легкая, создает небольшую нагрузку на несущие опорные конструкции крыши и может быть установлена поверх существующей крыши. Легкая крыша очень полезна для больших или старых сооружений, так как она помогает поддерживать общую структурную целостность здания. [15] 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 взаимозамыкающиеся панели. Металлические кровельные листы также устойчивы к любым видам атак вредителей и насекомых. [16]
Металлические крыши иногда изготавливаются из гофрированной оцинкованной стали: кованый лист железа и стали покрывается цинком, а затем прокатывается в гофрированные листы . Другой подход заключается в смешивании цинка , алюминия и стали с кремниевым покрытием. Эти продукты продаются под различными торговыми наименованиями, такими как «Zincalume» или «Galvalume». Поверхность может иметь необработанную цинковую отделку или может использоваться в качестве основного металла под заводским покрытием.
Металлические кровли со стоячим фальцем изготавливаются из листов длиной до 30 футов (9,1 м) или иногда более и шириной 12, 14, 16 или 18 дюймов (300, 360, 410 или 460 мм). Стоячий фальц обычно составляет 1+1 ⁄ 2 или 1+3 ⁄ 4 дюйма (38 или 44 мм). Они дороже изначально по стоимости установки и материалов, но служат дольше, чем битумная черепица , срок службы составляет не менее 50 лет, они дешевле битумной черепицы. Они требуют меньшего обслуживания, чем гофрированные металлические крыши, из-за открытых креплений на этой крыше.
Механически фальцованные крыши фальцуются с помощью кровельного фальцевого станка и могут быть как с одинарным, так и с двойным фальцем, что означает, что их можно сложить один раз, чтобы сшить вместе, или сложить дважды для дополнительной защиты от непогоды. Это самый дорогой из трех типов, но он наиболее устойчив к непогоде. [ необходима цитата ]
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 расширялся и сжимался при изменении температуры, каждый слот 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. [ требуется ссылка ]
Защелка с металлическими зажимами, прикрепленными к крыше, допускает большее тепловое расширение , чем крепежная полоса для фальцевых металлических крыш. Крепежные элементы и зажимы скрыты под листами металлической кровли, и этот вариант немного дороже, чем крепежная полоса для фальцевых крыш. [ необходима цитата ]
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 металлическим крышам со стоячим фальцем 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/м 2 (7–10 унций/кв. фут). Тонкопленочные солнечные панели служат 10–20 лет [17], но имеют более быструю окупаемость инвестиций, чем традиционные солнечные панели. Металлические крыши служат 40–70 лет до замены, тогда как для кровли из битумной черепицы этот срок составляет 12–20 лет. [18]
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, требуя большего ухода, чтобы винты оставались закрепленными. Гофрированные металлические крыши могут прослужить 30–45 лет при правильном уходе. [ необходима цитата ]
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.
Медь используется для кровли, поскольку она обеспечивает коррозионную стойкость, долговечность, длительный срок службы, низкие эксплуатационные расходы, защиту от радиочастот, молниезащиту и преимущества устойчивости. Медные крыши часто являются одной из самых архитектурно отличительных особенностей выдающихся зданий, включая церкви, правительственные здания и университеты. [20] Сегодня медь используется не только в кровельных системах, но и для отливов и карнизов , водосточных желобов и труб, куполов, шпилей, сводов и различных других элементов архитектурного дизайна. В Центре регенеративных исследований Лайла в Помоне, Калифорния, медь была выбрана для кровли на основе регенеративных принципов: если здание будет демонтировано, медь может быть повторно использована из-за ее высокой ценности при переработке и разнообразия потенциальных применений. Вентилируемая медная кровельная сборка в Национальных лабораториях Оук-Ридж (США) существенно снизила приток тепла по сравнению со стальной черепицей с каменным покрытием (SR246E90) или битумной черепицей (SR093E89), что привело к снижению затрат на электроэнергию. [21]
На металлических панелях используются 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. [22] [23] Прозрачные покрытия сохраняют естественный цвет, тепло и металлический тон медных сплавов. Масла исключают влагу из медных крыш и отливов и одновременно улучшают их внешний вид, выявляя богатый 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 один 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 желательны целостность и долговечность подложки, но требуется определенный цвет, отличный от естественных оттенков меди. [24] Крыши, покрытые свинцовыми листами, сегодня не считаются металлическими крышами, но поскольку свинец связывается металлургически (см. припой ), тонкие свинцовые покрытия на меди очень долговечны. Покрытая свинцом медь может использоваться, когда требуется внешний вид открытого свинца или когда стоки воды, загрязненные медью из открытых медных сплавов, обычно оставляют пятна на более светлых строительных материалах, таких как мрамор , известняк , штукатурка , раствор или бетон. [25] Цинк-оловянные покрытия являются альтернативой свинцовым покрытиям, поскольку они имеют примерно такой же внешний вид и обрабатываемость. [26] [27]
{{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )