金属屋根は、耐腐食性、防水性、長寿命性を備えた金属片またはタイルを特徴とする屋根システムです。建物の外壁を構成する要素です。金属片は、構造上防水性のない屋根を覆う場合もあれば、自立型のシート状の場合もあります。
歴史
鉛と銅は、数千年にわたり建築において重要な役割を果たしてきました（建築における銅の活用を参照）。鉛は最も古く、最も製錬が容易な金属の一つであり、融点が低いため、容易に水密性を持たせることができました。ローマ時代には銀精錬の副産物として容易に入手でき、比較的安価でした。[ 1 ]
紀元前3世紀には、スリランカのロヴァマハパヤ寺院の屋根に銅製の屋根板が設置されました。 [ 2 ]ローマ人は紀元前27年にパンテオンの屋根に銅を使用しました 。[ 3 ]数世紀後、銅とその合金はヨーロッパの中世建築に不可欠なものとなりました。ヒルデスハイムの聖マリア大聖堂の銅の屋根は1280年に設置され、第二次世界大戦の爆撃で破壊されるまで持ちこたえました。[ 4 ]北欧で最も重要なルネッサンス城の1つであるクロンボー（シェイクスピアのハムレットのエルシノア城として不滅の名を残した）の屋根は1585年に設置されました。[ 5 ]塔の銅は2009年に改修されました。[ 6 ]
19世紀初頭に鉄の製錬が広く普及すると、製錬工程は複雑であったものの、鉱石は豊富にあったため、鉄は鉛よりも安く、銅よりもはるかに安くなりました。後に、熱い鉄板を溶けたスズや亜鉛に浸して冶金的に結合したコーティングを形成し、鉄を保護することで、鉄の腐食（錆）を止めるか、少なくとも遅らせることができることが判明しました。 テルネは、 80～90%が鉛で残りがスズのはんだに浸した鉄板で、同じように作られたブリキよりも安価で、鉛はスズや亜鉛単独よりも屋外での長期使用に耐性がありました。テルネは、屋根や耐候性のある農具の材料として人気が高まりました。
1829年、ロンドン・ドック・カンパニーの技師ヘンリー・パーマーは、「凹凸のある波形の金属板」の特許を取得しました。この板は、梁のように一方向に曲げる際に剛性を高めます。これにより、屋根として使用した際に鉄板が自立できるようになりました。当時の記録では、この素材は「アダムの時代以来、（その重量の割に）最も軽く、最も強い屋根」と称賛されています。[ 7 ]
パーマーの特許が1843年に失効した後、波形亜鉛メッキ鉄板（CGI）が世界中で人気の屋根材となった。[ 7 ] 19世紀後半には製鉄所が製鉄所に取って代わり、鋼鉄を使用した製品は同じスパンと剛性性能でより薄く作れるようになったが、CGIという用語はイギリスとオーストラリアで依然として使用されている。20世紀初頭、塹壕での軍事用途やニッセン小屋やクォンセット小屋に使用された後、CGI屋根は広く使用されるようになったものの、地位は低かった。[7] ヴァルター・グロピウスやバックミンスター・フラーなどの建築家がこの素材を使用し、ピエール・ケーニグのシュタール・ハウス（内部は 露出した金属屋根だが、実際にはCGIではない）のような光沢のある流線型の「砂漠のモダニズム」デザインでこの素材が使用されると、地位は回復した。[ 7 ]アルバート・フレイが1964年にパームスプリングスに建てた家では、屋根材に波形鋼板を使用し、外装には波形アルミニウムを使用しました。[ 8 ]
環境に優しい
金属屋根は100％リサイクル可能で、他のリサイクル製品から作ることもできます。 アスファルトシングルは石油を原料としており、他の化学物質がリサイクル工程の毒性を高めているため、ほとんどのシングルはリサイクルされていません。年間200億ポンド（910万トン）が埋め立て地に送られ、分解されるまでに数百年かかります。金属屋根の放射率は、色の選択に応じて10％～75％と、アスファルト屋根が色に応じて5％～25％を反射するのに比べて優れています。金属屋根は、耐用年数を通じて反射能力の95％を維持するのに対し、他のタイプの屋根は反射能力が20％～40％低下します。金属屋根の塗装に含まれる高反射コーティングは、光熱費を40％削減できます。[ 9 ]
利点
金属屋根は最長100年も持つ可能性があり、施工業者は50年間の保証を提供しています。長寿命のため、長期的にはアスファルトシングルよりも金属屋根の方が費用が安くなることがほとんどです。[ 10 ]
金属屋根は、高い割合でリサイクル材料を使用でき、100%リサイクル可能です。[ 11 ]金属屋根は、一般的な屋根材であるアスファルトほど熱くならず、夏には建物の熱を反射します。より大きな規模で見ると、金属屋根を使用すると、アスファルトと比較して都市のヒートアイランド現象が軽減されます。優れた断熱性能と相まって、金属屋根は夏のエネルギーコストを40%削減できるだけでなく、2008年にオークリッジ国立研究所が行った調査によると、冬のエネルギーコストも最大15%削減できます。この結果は、合板とその上の「クールカラー」金属の間に4インチ（100 mm）のストラップシステムを使用することに基づいています。[ 12 ]これにより、合板の屋根シースと金属の間に空気層が生まれます。クールカラー金属は、白などの明るく反射性の高い色です。研究では、屋根裏の空気ダクトを再密閉して断熱すると、さらに費用を節約できると述べている。[ 13 ]
金属屋根は軽量で、耐荷重屋根構造への負担が少なく、既存の屋根の上に設置できます。軽量屋根は、建物全体の構造的完全性を維持するのに役立つため、大規模または古い建物に非常に有効です。[ 14 ]金属屋根は軽量であるにもかかわらず、他の屋根材と比較して耐風性に優れています。これは、金属屋根システムがインターロッキングパネルを使用しているためです。金属屋根シートは、あらゆる種類の害虫や昆虫の攻撃にも耐性があります。[ 15 ]
素材の種類
金属屋根は、波形亜鉛メッキ鋼板で作られることがあります。これは、錬鉄鋼板に亜鉛メッキを施し、その後ロール成形して波形鋼板にしたものです。また、亜鉛、アルミニウム、シリコンコーティング鋼板を混合して作る方法もあります。これらの製品は、「ジンカリューム」や「ガルバリュム」など、様々な商品名で販売されています。表面は亜鉛の素地そのままの仕上がりになっている場合もあれば、工場で塗装された色の下地として使用されている場合もあります。
立体継ぎ目金属屋根
立体シームの金属屋根は、長さが最大30フィート（9.1メートル）以上、幅が12、14、16、または18インチ（300、360、410、または460ミリメートル）の板材で作られます。立体シームは通常1+1 ⁄ 2または1+厚さは3 ⁄ 4インチ（38 mmまたは44 mm）。設置費用と材料費の初期費用はアスファルトシングルよりも高くなりますが、耐用年数はアスファルトシングルよりも長くなります。少なくとも50年の耐用年数を考えると、アスファルトシングル屋根よりも安価です。波形金属は固定具が露出しているため、 波形金属屋根よりもメンテナンスの手間が少なくて済みます。
機械縫い
機械式シーム屋根は、ルーフシーマーを用いて接合されます。シングルロックシームとダブルロックシームの2種類があり、シームを一度折り曲げて接合することも、耐候性を高めるために二重に折り曲げることもできます。このタイプは3種類の中で最も高価ですが、耐候性は最も優れています。
ファスナーストリップでスナップロック
立体シームシートの片側は、屋根に固定されたもう一方の立体シームシートにスナップロックで固定され、ファスナーを隠します。シートのもう片側はネジで屋根に固定され、次のシートがそのネジも覆います。ファスナーのネジは、温度変化によるシートの伸縮を防ぐために、あまりきつく締めすぎないようにしてください。各ファスナーのスロットは、熱膨張を調整するためにネジから少し動ける余裕があります。この方法の欠点は、不適切な取り付けや気候の変動による摩耗によってファスナーの頭が折れてしまう可能性があることです。
クリップでスナップロック
金属クリップで屋根に固定するスナップロック方式は、ファスナーストリップ式立体シーム屋根よりも熱膨張率が大きくなります。ファスナーとクリップはどちらも金属屋根板の下に隠れているため、このオプションはファスナーストリップ式スナップロック式立体シーム屋根よりもわずかに高価です。
金属屋根の薄膜太陽光発電
薄膜太陽電池の効率が向上したことにより、金属屋根への設置は、従来の単結晶および多結晶太陽電池に対するコスト競争力を持つようになりました。薄膜パネルは柔軟性があり、立体継ぎ目の金属屋根に沿って延び、接着剤で金属屋根に貼り付けられるため、設置時に穴を開ける必要はありません。接続ワイヤは、屋根上部の棟キャップの下を通ります。効率は 10～18% ですが、設置容量 1 ワットあたりのコストはわずか $2.00～$3.00 です。一方、単結晶の効率は 17～22% で、設置容量 1 ワットあたりのコストは $3.00～$3.50 です。薄膜ソーラーは 2.1～3.1 kg/m 2 (7～10 oz/ft 2 ) と軽量です。薄膜ソーラーパネルの耐用年数は 10～20 年[ 16 ]ですが、 ROI は従来のソーラーパネルよりも早く得られます。金属屋根は交換するまで40～70年持ちますが、アスファルトシングル屋根の交換寿命は12～20年です。[ 17 ]
| タイプ[ 18 ] | ワットあたりのコスト | 効率 | 平均6kWシステムコスト |
|---|---|---|---|
| 多結晶 | 2.80ドル～3.00ドル | 13～17% | 17,400ドル |
| 単結晶 | 3.00ドル～3.50ドル | 17～22% | 19,000ドル |
| 薄膜パネル | 2.00ドル～3.00ドル | 10～18% | 1万7000ドル |
波形金属屋根
波形金属屋根は、強度を高めるために曲げたり波型にしたりした プレハブのシートです。
波形金属屋根の設置費用は、アスファルトシングル屋根の設置費用と同程度です。留め具は金属板を通して屋根にねじ止めされるため、ねじがしっかりと固定されていることを確認するためのメンテナンスが必要になります。波形金属屋根は、適切なメンテナンスを行えば30～45年は持ちます。
石コーティング金属屋根
金属タイルシートも使用できます。これらは通常、塗装またはストーンコーティングされた鋼板です。ストーンコーティングされた鋼板屋根パネルは、亜鉛/アルミニウムコーティング鋼板にアクリルゲルコーティングを施して作られています。ストーンは通常、天然素材に着色セラミックコーティングを施したものです。 ステンレス鋼も選択肢の一つです。ステンレス鋼は通常、ロール成形で立体シーム形状に成形されますが、個々のシングルも入手可能です。屋根材に使用されるその他の金属には、鉛、スズ、アルミニウム、銅などがあります。
銅屋根
銅は耐腐食性、耐久性、長寿命、低メンテナンス、無線周波遮蔽、避雷、持続可能性の利点があるため、屋根材として使用されています。銅の屋根は、教会、政府庁舎、大学などの著名な建物の建築的に最も目立つ特徴の1つであることがよくあります。[ 19 ]今日、銅は屋根材だけでなく、雨押さえやコーピング、雨どいや縦樋、ドーム、尖塔、丸天井、その他さまざまな建築設計要素にも使用されています。カリフォルニア州ポモナのライル再生研究センターでは、再生原理に基づいて屋根材に銅が選ばれました。つまり、建物が解体されても、銅はリサイクル価値が高く、潜在的な用途が多様であるため、再利用できるということです。オークリッジ国立研究所（米国）の通気孔付き銅屋根は、石コーティング鋼板シングル（SR246E90）やアスファルトシングル（SR093E89）と比較して熱の吸収を大幅に削減し、エネルギーコストの削減につながりました。[ 20 ]
コーティング
金属パネルには、錆防止、防水、熱反射などの目的で、エポキシやセラミックなど様々な素材でコーティングが施されています。
金属屋根材にセラミックコーティングを施すことで、遮熱効果を高めることができます。ほとんどのセラミックコーティングは、通常の塗料にセラミックビーズを添加剤として混ぜて作られています。
銅にはコーティングが施されることがあります。[ 21 ] [ 22 ]透明コーティングは銅合金の自然な色、暖かさ、金属的な色合いを保ちます。オイルは銅の屋根や雨押さえから湿気を排除し、同時に豊かな光沢と色の深みを引き出して外観を向上させます。最も人気のあるオイルはレモンオイル（USPなど）、レモングラスオイル（イーストインディアンなど）、パラフィンオイル、亜麻仁油、ヒマシ油です。銅の屋根や雨押さえでは、3年に1回再塗布することで緑青の形成を効果的に遅らせることができます。乾燥した気候では、オイル塗布の最大間隔を5年まで延長できます。不透明なペイントコーティングは、主に下地の完全性と耐久性が求められ、自然に発生する銅の色調以外の特定の色が必要な場合に銅の上に塗布されます。[ 23 ]鉛板で覆われた屋根は今日では金属屋根とはみなされていませんが、鉛は冶金的に結合しているので、銅の上に薄く塗った鉛のコーティングは非常に長持ちします。鉛メッキ銅は、露出した鉛の外観が求められる場合や、銅合金から流出した銅汚染水が大理石、石灰岩、スタッコ、モルタル、コンクリートなどの明るい色の建築材料に染み付くような場合に使用できます。 [ 24 ]亜鉛スズメッキは、鉛メッキとほぼ同じ外観と作業性を備えているため、鉛メッキの代替品です。[ 25 ] [ 26 ]
参照
参考文献
- ^ 「鉛：事実」（PDF）国際鉛協会。 2017年2月20日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。
- ^シール、ウェイン（2007年）『建築とデザインにおける銅、真鍮、青銅の役割』 Metal Architecture、 2007年5月
- ^銅屋根の詳細；建築における銅；英国銅開発協会、www.cda.org.uk/arch
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- ^クロンボー城完成；宮殿文化財庁、コペンハーゲン、「クロンボー城完成 – 宮殿文化財庁」。2012年10月24日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2012年9月12日閲覧。
- ^宮殿文化財庁、「クリスチャンスボー宮殿の塔の改修」。「クリスチャンスボー宮殿の塔の改修 – 宮殿文化財庁」。2013年1月6日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2012年9月10日閲覧。
- ^ a b c dデビッド・マイルズ（2008年3月7日）「波形鉄板の歴史」『ワールド・アーキオロジー』（28）。
- ^コリン・フラビン (2017年4月2日). 「原石のダイヤモンド：アルバート・フレイの砂漠の傑作」 .
- ^ 「金属屋根の主な環境的利点」。
- ^ 「金属屋根 - ボブ・ヴィラ」 2013年7月9日。
- ^ CNBC.com、アイリーン・ジマーマン、特別寄稿（2013年7月11日）。「石炭、牛舎、漁網：最新の住宅デザイン」CNBC。
{{cite web}}: CS1 maint: 複数の名前: 著者リスト (リンク) - ^ 「金属屋根の長所と短所：事実と誤解 - 金属屋根購入ガイド」 2017年1月3日。
- ^ウィリアム・ミラー、ヤン・コスニー（2008年）「次世代住宅用屋根と屋根裏部屋」 2008年ACEEE建物のエネルギー効率に関する夏季調査ISBN 978-0-918249-58-6. 2016年5月5日時点のオリジナルよりアーカイブ。
- ^ミラー、トッド（2017年2月22日）「軽量金属屋根材 - アーサー・トムソン」トッド・ミラー
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- ^ 「ソーラーパネルと薄膜ラミネート：コスト、メリットとデメリット、主要ブランド」 2022年1月19日。
- ^オースティン、ジム (2006). 「銅：金属界の孔雀」 Metal Roofing、 2006年4月～5月号; www.metalroofingmag.com
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- ^銅合金の透明コーティング - 技術レポート; 銅応用データ、A4027; 銅開発協会
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- ^スターンタール、ダニエル 2000. 現代建築における銅製フラッシング、仕様書協会誌『建設仕様書作成者』、2000年10月