金属屋根は、耐腐食性、防水性、長寿命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の覆いとして使用されるか、自立型のシートとして使用される場合があります
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（建築における銅の項参照）。鉛は最初に製錬された金属の一つであり、製錬が最も容易な金属の一つで、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。ローマ時代には銀の製錬の副産物として、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普及すると、製錬工程は複雑であったものの、鉱石は豊富であったため、鉄は鉛よりも安価になり、銅よりもはるかに安価になった。後に、熱い鉄板を溶けた錫または亜鉛に浸し、冶金的に結合したコーティングを形成することで、鉄の腐食（錆）を止めたり、少なくとも遅らせたりできることが判明した。 テルネとは、80～90%が鉛で残りが錫のみのはんだに浸した鉄板のことで、同じ方法で作られたブリキ板よりも安価であり、鉛は錫や亜鉛のみよりも屋外での長期使用に耐性があった。テルネは屋根や耐候性のある農具によく使われるようになった。[要出典]
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、波形亜鉛めっき鉄板（CGI）は世界中で人気の屋根材となりました。[7] 19世紀後半には製鉄所が製鉄所に取って代わり、鋼板を使用した製品は同じスパンと剛性性能でより薄く作ることができましたが、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ます。20世紀初頭には、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りましたが、地位は低くなりました。[7]ヴァルター・グロピウスやバックミンスター・フラー といった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ですが、実際のCGIではありません）のような、光沢のある流線型の「砂漠のモダニズム」デザインに採用したことで、地位は回復しました。[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住宅では、屋根材として実際の波形鋼板を使用し、外壁には波形アルミニウムサイディングを使用しました。[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ベースとし、他の化学物質が含まれているため、リサイクルプロセスがより有毒です。ほとんどのシングルはリサイクルされず、毎年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％反射するのに対し、金属屋根は太陽放射を反射する能力に優れています。金属屋根の寿命全体を通して、他の屋根の種類が反射能力の20％～40％を失うのに対し、金属屋根は反射能力の95％を維持します。金属屋根の塗料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。[要出典]長寿命のため、ほとんどの金属屋根は長期的にはアスファルトシングルよりも安価です。[10]
金属屋根は、高い割合でリサイクル材を使用でき、100%リサイクル可能です。[11]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。より広範囲に見ると、金属屋根を使用すると、アスファルトに比べ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]このストラップシステムは、合板屋根と金属の間に空気層を作ります。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の再密閉と断熱により、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することも可能です。軽量屋根は、建物全体の構造的健全性を維持するのに役立つため、大規模建築物や古い建物には非常に有効です。[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が向上しています。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による攻撃にも耐性があります。[15]
材料の種類
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、錬鉄鋼板に亜鉛をコーティングし、その後、波形鋼板にロール成形したものです。別の方法としては、亜鉛、アルミニウム、シリコンコーティング鋼を混合する方法があります。これらの製品は、「ジンカルーム」や「ガルバリュム」など、さまざまな商品名で販売されています。表面は生の亜鉛仕上げ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
立体シーム金属屋根
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。波形金属屋根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。
機械でシーム加工
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、1回折り込んで接合することも、耐候性を高めるために2回折り込むこともできます。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。[要出典]
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。[要出典]
クリップでスナップロック
金属クリップで屋根に固定されたスナップロック方式は、ファスナーストリップ式の立体シーム屋根よりも熱膨張が大きくなります。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の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。[要出典]
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と比べて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2～3ドルです。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3～3.50ドルです。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は12～20年持ちます。[17]
| タイプ[18] | ワットあたりのコスト | 効率 | 6kWシステムの平均コスト |
|---|---|---|---|
| 多結晶 | 2.80～3.00ドル | 13～17% | 17,400ドル |
| 単結晶 | 3.00～3.50ドル | 17～22% | 19,000ドル |
| 薄膜パネル | 2.00～3.00ドル | 10～18% | 17,000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。[要出典]
ストーン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。石は通常、着色されたセラミックコーティングを施した天然素材です。 ステンレス鋼も選択肢の1つです。通常は屋根用のスタンディングシームプロファイルにロール成形されますが、個々のシングルも入手可能です。屋根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、屋根材に使用されています。銅の屋根は、教会、政府庁舎、大学などの著名な建物で最も建築的に目立つ特徴の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銅が屋根材に選ばれました。つまり、建物が解体されても、銅はリサイクル価値が高く、さまざまな用途に使用できるため、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、熱反射などのために、いくつかの種類のコーティングが使用されています。エポキシやセラミックなど、様々な材料で作られています
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最長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見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。
- ^ abcd David Miles (2008年3月7日). 「波形鉄板の歴史」. World Archaeology (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」
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- ^ 「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。
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- ^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建築エネルギー効率夏季調査。ISBN 978-0-918249-58-62016年5
- ^ 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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- ^ 「薄膜ソーラーパネル | アメリカ太陽エネルギー協会」.
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- ^ オースティン、ジム (2006). 「銅：金属界の孔雀」Metal Roofing誌、 2006年4～5月号; www.metalroofingmag.com
- ^ 銅の屋根はクール、建築：銅を使った作業、銅開発協会、2009年；http://www.copper.org/publications/pub_list/pdf/a4094.pdf
- ^ 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
- ^ 銅および銅合金用の透明な有機仕上げ剤。アプリケーションデータシート 161/0。Copper Development Association Inc.
- ^ 仕上げ - コーティング、銅建築デザインハンドブック、銅開発協会、http://www.copper.org/applications/architecture/arch_dhb/finishes/finishes.html#ctngs、Wayback Machineで2012年10月16日にアーカイブ
- ^ 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, The Construction Specifier, Magazine of the Construction Specifiers Institute, October 2000
- ^ 銅の栄光；メタルルーフマガジン、2002年12月/2003年1月
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