Введение

Металлическая кровля – это кровельная система, состоящая из металлических элементов или плитки, обладающая коррозионной стойкостью, водонепроницаемостью и длительным сроком службы. Она является частью ограждающей конструкции здания. Металлические элементы могут служить покрытием для несущей, не водонепроницаемой кровли, либо представлять собой самонесущие листы.

История

Свинец и медь играли значительную роль в архитектуре на протяжении тысяч лет (см.: медь в архитектуре). Свинец был одним из первых и самых легкоплавких металлов, и благодаря низкой температуре плавления его можно было легко формовать для обеспечения водонепроницаемости. Как побочный продукт выплавки серебра, в римские времена он был легко доступен и относительно дешев. В III веке до н.э. медные черепицы были установлены на крыше храма Ловамахапая на Шри-Ланке. Римляне использовали медь для покрытия крыши Пантеона в 27 году до н.э. Столетия спустя 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 Второй мировой войне. Крыша замка Кронборг, одного из важнейших замков эпохи Возрождения в Северной Европе (запечатленного как Эльсинор в «Гамлете» Шекспира), была установлена в 1585 году н.э. Медь на башне была отреставрирована в 2009 году. Когда в начале XIX века выплавка железа стала широко распространенной, хотя процесс был сложным, руды было так много, что железо стало дешевле свинца и значительно дешевле меди. Позже было установлено, что коррозию железа (ржавчину) можно остановить или, по крайней мере, замедлить, погружая горячие железные листы в расплавленное олово или цинк, образуя металлургически связанное покрытие, которое его защищает. Терне, железная пластина, покрытая припоем, состоящим из 80–90% свинца и небольшого количества олова, был дешевле оловянной стали, изготовленной тем же способом, а свинец был более устойчив к длительному воздействию окружающей среды, чем олово или цинк по отдельности. Терне стал популярен для крыш и сельскохозяйственных предметов, устойчивых к атмосферным воздействиям. В 1829 году Генри Палмер, инженер Лондонской доковой компании, запатентовал «выдавленные или гофрированные металлические листы», которые придавали дополнительную жесткость при изгибе в одном направлении, подобно балке. Это позволяло листовому железу быть самонесущим при использовании в качестве крыши; современный отчет хвалил этот материал как «самую легкую и прочную крышу (по весу) со времен Адама». После истечения срока действия патента Палмера в 1843 году «гофрированное оцинкованное железо» (ГОЖ) стало любимым кровельным материалом во всем мире.

Экологически чистые

Металлические крыши на 100% перерабатываемы и могут быть изготовлены из других переработанных материалов. Асфальтовая черепица производится на основе нефтепродуктов с добавлением других химических веществ, что делает процесс её переработки более токсичным. Большинство черепицы не перерабатывается, и ежегодно на свалки отправляется 20 миллиардов фунтов, которые разлагаются сотни лет. Металлические крыши лучше отражают солнечное излучение, демонстрируя показатель от 10% до 75% в зависимости от выбранного цвета, в то время как асфальтовые крыши отражают от 5% до 25%, также в зависимости от цвета. В течение всего срока службы металлические крыши сохраняют 95% своей отражающей способности, в отличие от других типов крыш, которые теряют от 20% до 40%. Высокоотражающие покрытия в краске для металлических крыш могут снизить расходы на коммунальные услуги на 40%.

Преимущества

Металлические крыши могут служить до 100 лет, при этом установщики предоставляют 50-летнюю гарантию. Благодаря своей долговечности, большинство металлических крыш в долгосрочной перспективе оказываются дешевле, чем асфальтовая черепица. Металлические кровли могут состоять из высокого процента переработанных материалов и на 100% подлежат переработке. Они не нагреваются так сильно, как асфальт – распространенный кровельный материал, и отражают тепло от здания в летнее время. В большем масштабе их использование снижает эффект "теплового острова" в городах по сравнению с асфальтом. В сочетании с улучшенными теплоизоляционными свойствами, металлические крыши могут обеспечить не только снижение затрат на энергию на 40% летом, но и до 15% зимой, согласно исследованию Национальной лаборатории Ок-Ридж, проведенному в 2008 году. Этот результат основан на использовании обрешетки шириной четыре дюйма между фанерой и металлом с "холодным цветом" сверху, что создает воздушный зазор между фанерной обрешеткой и металлом. Металлы "холодного цвета" – это светлые, отражающие цвета, например, белый. В исследовании также отмечалось, что повторная герметизация и изоляция воздуховодов на чердаке позволит сэкономить еще больше средств. Металлические кровли также легкие, оказывают небольшую нагрузку на несущие конструкции крыши и могут быть установлены поверх существующей кровли. Легкая крыша особенно полезна для больших и/или старых зданий, поскольку помогает поддерживать общую структурную целостность сооружения. Несмотря на свой небольшой вес, металлическая кровля обеспечивает повышенную ветроустойчивость по сравнению с другими кровельными материалами. Это связано с тем, что в системах металлической кровли используются панели с замковым соединением. Металлические кровельные листы также устойчивы к повреждениям, наносимым вредителями и насекомыми.

Типы материалов

Металлические крыши иногда изготавливаются из гофрированной оцинкованной стали: лист стали, полученный ковкой, покрывался цинком, а затем профилировался в гофрированные листы. Другой подход заключается в использовании стали, покрытой сплавом цинка, алюминия и кремния. Эти продукты продаются под различными торговыми марками, такими как "Zincalume" или "Galvalume". Поверхность может иметь необработанное цинковое покрытие или использоваться как основание под заводское окрашивание.

Металлическая крыша с стоящим швом

Стоячие швы металлических крыш выпускаются листами длиной до или иногда более 9 метров (30 футов) и различной ширины. Стоячий шов, как правило, обходится дороже при первоначальной установке и стоимости материалов, но служит дольше, чем асфальтовая черепица. В течение срока службы более 50 лет они оказываются экономичнее асфальтовых крыш. Они требуют меньше обслуживания, чем крыши из гофрированного металла, из-за отсутствия открытых крепежных элементов.

Механически сшитые

Механически сшитые крыши соединяются с помощью кровельного шва и могут быть выполнены с одинарным или двойным фальцем. Одинарный фалец подразумевает подгиб металла один раз для соединения, а двойной – дважды для повышенной защиты от атмосферных воздействий. Это самый дорогой из трех типов кровли, но и самый устойчивый к неблагоприятным погодным условиям.

Крепление с помощью фиксационной ленты

Одна сторона листа стоячей фальцевой кровли защелкивается в другую, которая прикреплена к крыше, скрывая крепеж, а другая сторона листа крепится к крыше саморезами, которые затем будут перекрыты следующим листом. Саморезы не следует затягивать слишком сильно, чтобы обеспечить листу возможность расширяться и сжиматься при изменении температуры, и в каждом отверстии для крепежа предусмотрен люфт для компенсации теплового расширения. Недостатком этого метода является потенциальный риск отрыва головок саморезов при неправильной установке или из-за износа, вызванного колебаниями климата.

Замкнутый скребком с помощью клипсов

Защелкивающееся крепление с металлическими клипсами, прикрепленными к кровле, обеспечивает больший запас для теплового расширения, чем крепление полосой для стоячей фальцевой кровли. Крепежные элементы и клипсы скрыты под листами металлической кровли, и этот вариант незначительно дороже, чем защелкивающаяся стоячая фальцевая кровля с креплением полосой.

Тонкопленочная солнечная энергия на металлических крышах

С ростом эффективности тонкопленочных солнечных элементов, их установка на металлические крыши стала экономически выгодной по сравнению с традиционными монокристаллическими и поликристаллическими солнечными элементами. Тонкопленочные панели гибкие и укладываются вдоль стоячих фальцев металлических крыш, приклеиваясь к металлу, поэтому сверление отверстий не требуется. Соединительные провода прокладываются под коньковым элементом крыши. Эффективность составляет от 10–18%, но стоимость составляет всего около 2,00–3,00 доллара США за ватт установленной мощности, по сравнению с монокристаллическими элементами, эффективность которых составляет 17–22%, а стоимость – 3,00–3,50 доллара США за ватт установленной мощности. Тонкопленочные солнечные панели легкие и служат 10–20 лет, но обеспечивают более быструю окупаемость инвестиций, чем традиционные солнечные панели. Металлические крыши прослужат 40–70 лет до замены, в то время как асфальтовая черепица – всего 12–20 лет. + Стоимость различных типов солнечных крыш

Тип | Стоимость за ватт | Эффективность | Средняя стоимость системы 6 кВт
---|---|---|---
Поликристаллические | 2,80–3,00 долл. США | 13–17% | 17 400 долл. США
Монокристаллические | 3,00–3,50 долл. США | 17–22% | 19 000 долл. США
Тонкопленочные панели | 2,00–3,00 долл. США | 10–18% | 17 000 долл. США

Металлическая крыша из гофрированной стали

Гофрированные металлические крыши – это предварительно изготовленные листы, изогнутые и волнистые для повышения жесткости. По стоимости установка гофрированной металлической крыши сопоставима с установкой асфальтовой черепицы. Крепежные элементы прикручиваются через металл к основанию крыши, что требует более частого обслуживания для обеспечения надежной фиксации саморезов. При должном уходе гофрированные металлические крыши могут служить 30–45 лет.

Металлические крыши, покрытые камнем

Также можно использовать листы металлочерепицы. Обычно они окрашены или покрыты каменной крошкой. Панели для кровли с каменным покрытием изготавливаются из стали с цинко-алюминиевым покрытием и акриловым гелевым слоем. Каменная крошка обычно представляет собой натуральный продукт с цветным керамическим покрытием. Еще один вариант – нержавеющая сталь. Обычно ее формуют в рулонные стоячие фальцевые профили для кровли, однако также доступны и отдельные листы черепицы. Другие металлы, используемые для кровли, – это свинец, олово, алюминий и медь.

Медные крыши

Медь используется для кровли благодаря своей коррозионной стойкости, долговечности, длительному сроку службы, низким эксплуатационным затратам, экранированию от радиочастотных помех, молниезащите и экологической устойчивости. Медные крыши часто являются одной из наиболее заметных архитектурных особенностей значимых зданий, таких как церкви, государственные учреждения и университеты. В настоящее время медь применяется не только в кровельных системах, но и для планок примыканий и кровельных обводок, водосточных желобов и труб, куполов, шпилей, сводов и различных других архитектурных элементов. В Центре регенеративных исследований Лайла в Помоне, Калифорния, медь была выбрана для кровли, исходя из принципов регенерации: в случае демонтажа здания медь можно будет повторно использовать благодаря ее высокой стоимости при переработке и широкому спектру возможных применений. Вентилируемая конструкция медной кровли в Национальных лабораториях Ок-Ридж (США) значительно снизила теплопоступление по сравнению с каменной стальной черепицей (SR246E90) или асфальтовой черепицей (SR093E89), что позволило снизить энергозатраты.

Покрытие

На металлических панелях используется несколько видов покрытий для предотвращения коррозии, обеспечения гидроизоляции или отражения тепла. Они изготавливаются из различных материалов, таких как эпоксидные смолы и керамика. Керамические покрытия могут наноситься на металлические кровельные материалы для придания им теплоотражающих свойств. Большинство керамических покрытий изготавливаются из обычной краски с добавлением керамических шариков. Покрытия иногда наносят и на медь. Прозрачные покрытия сохраняют естественный цвет, тепло и металлический оттенок медных сплавов. Масла предотвращают попадание влаги на медные крыши и элементы, одновременно улучшая их внешний вид, придавая им насыщенный блеск и глубину цвета. Наиболее популярными маслами являются лимонное масло (например, USP), масло лемонграсса (например, восточноиндийское), парафиновые масла, льняное масло и касторовое масло. Повторное нанесение на медную кровлю или элементы раз в три года может эффективно замедлить образование патины. В засушливом климате максимальный интервал между обработками маслом может быть увеличен до пяти лет. Непрозрачные покрытия в основном наносят на медь, когда требуется обеспечить целостность и долговечность подложки, но необходим цвет, отличный от естественных оттенков меди. Крыши, покрытые свинцовыми листами, сегодня не считаются металлическими крышами, но поскольку свинец образует металлургическую связь (см. пайку), тонкие свинцовые покрытия на меди очень долговечны. Медь, покрытая свинцом, может использоваться, когда требуется внешний вид свинца или когда сток воды, загрязненный медью из необработанных медных сплавов, может окрашивать более светлые строительные материалы, такие как мрамор, известняк, штукатурка, раствор или бетон. Цинково-оловянные покрытия являются альтернативой свинцовым покрытиям, поскольку они обладают примерно таким же внешним видом и обрабатываемостью.