金属屋根

金属屋根とは、耐腐食性、防水性、長寿命といった特長を持つ金属片やタイルを用いた屋根システムです。建物の外壁を構成する要素の一つであり、構造的な非防水屋根を覆う金属片として使用される場合もあれば、自立式のシートとして使用される場合もあります。

鉛と銅は何千年もの間、建築において重要な役割を果たしてきました（建築における銅を参照）。鉛は最も早く、最も簡単に精錬できた金属の1つであり、融点が低いため、容易に防水加工することができました。銀の精錬の副産物として、ローマ時代には容易に入手でき、比較的安価でした。^{[ 1 ]}

紀元前3世紀、スリランカのロヴァマハパヤ寺院の屋根に銅製の屋根瓦が設置された。 ^{[ 2 ]}ローマ人は紀元前27年にパンテオンの屋根材として銅を使用した 。^{[ 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った。 1280年に設置されたヒルデスハイムの聖マリア大聖堂の銅製の屋根は、第二次世界大戦中の爆撃で破壊されるまで残っていた。^{[ 4 ]}北ヨーロッパで最も重要なルネサンス期の城の一つであるクロンボー城（シェイクスピアの『ハムレット』でエルシノア城として不朽の名声を得た）の屋根は1585年に設置された。^{[ 5 ]}塔の銅は2009年に修復された。^{[ 6 ]}  

19世紀初頭に製鉄が広く普及すると、製鉄工程は複雑であったものの、鉄鉱石が豊富に採れたため、鉄は鉛よりも、そして銅よりもはるかに安価になった。その後、鉄の腐食（錆）は、熱した鉄板を溶融した錫または亜鉛に浸すことで、冶金的に結合した被膜を形成して鉄板を保護することで、阻止または少なくとも遅らせることができることが判明した。80 ～90％の鉛と残りの錫のみからなるはんだに浸した鉄板であるテルネは、同じ方法で作られたブリキよりも安価であり、鉛は錫や亜鉛単独よりも長期間の屋外使用において耐性が高かった。テルネは屋根材や耐候性のある農具として人気を博した。

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、「凹面または波形の金属板」の特許を取得しました。これは、梁のように一方向に曲げる際の剛性を高めるものでした。これにより、鉄板は屋根として使用する際に自立することができました。当時の記録では、この材料は「アダムの時代以来、最も軽くて最も強い屋根（重量比で）」と称賛されました。^{[ 7 ]}

1843年にパーマーの特許が失効した後、波形亜鉛メッキ鉄板（CGI）は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ることができたが、CGIという用語は英国とオーストラリアで残っている。20世紀初頭、塹壕での軍事目的やニッセン小屋または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たが、地位は低かった。[7] ウォルター・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材料を使用し、ピエール・ケーニッヒのシュタール邸（^{内部は金属}屋根が露出 しているが、実際の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」デザインによって、その地位は回復した。^{[ 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は、屋根材に実際の波形鋼板を使用し、外装材には波形アルミニウムを使用した。^{[ 8 ]}

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ができます。 アスファルトシングルは石油ベースで、他の化学物質によってリサイクルプロセスがより有害になり、ほとんどのシングルはリサイクルされません。年間200億ポンド（910万トン）が埋立地に送られ、そこで分解するのに何百年もかかります。金属屋根の放射率は、色の選択に応じて10%～75%で太陽放射を反射するのに対し、アスファルト屋根は色に応じて5%～25%しか反射しません。金属屋根は耐用年数を通して反射能力の95%を維持しますが、他の屋根タイプは反射能力が20%～40%低下します。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%削減することができます。^{[ 9 ]}  

金属屋根は最長100年持ち、施工業者は50年の保証を提供します。耐久性が高いため、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、リサイクル材を高い割合で使用でき、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、夏場は下の建物から熱を反射します。より大規模なレベルでは、アスファルトと比較して、金属屋根の使用は都市のヒートアイランド現象を軽減します。優れた断熱性能と相まって、金属屋根は、オークリッジ国立研究所による 2008 年の研究によると、夏場のエネルギー コストを 40% 削減できるだけでなく、冬場のエネルギー コストも最大 15% 削減できます。この発見は、合板と上部の「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、合板屋根下地と金属の間に空気層ができます。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。この研究ではさらに、屋根裏の空気ダクトを再密閉して断熱することで、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、屋根の荷重を支える構造にほとんどストレスを与えず、既存の屋根の上に設置することもできます。軽量の屋根は、建物全体の構造的完全性を維持するのに役立つため、大型または古い構造物にとって非常に有用です。^{[ 14 ]}軽量であるにもかかわらず、金属屋根は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。金属屋根板は、害虫や昆虫によるあらゆる種類の攻撃にも耐性があります。^{[ 15 ]}

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、ロール成形して波形シートにしたものです。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板を混合する方法があります。これらの製品は、「ジンカルム」や「ガルバリウム」など、さまざまな商標名で販売されています。表面は亜鉛の素地仕上げのままの場合もあれば、工場で塗装された色の下地として使用される場合もあります。

立ちはぜ式金属屋根は、長さが最大で9.1メートル（30フィート）以上、幅が300、360、410、460ミリメートル（12、14、16、18インチ）のシート状で販売されています。立ちはぜ部分は、通常38ミリメートル（1 + 1/2インチ）または44ミリメートル（1 + 3/4インチ）です。設置費用と材料費は初期費用が高くなりますが、アスファルトシングルよりも長持ちします。少なくとも50年の耐用年数で見ると、アスファルトシングル屋根よりも安価です。また、波形金属屋根は留め具が露出しているため、メンテナンスの手間が少なくて済みます。       

機械的に縫い合わせられた

機械式シーム屋根は、屋根シーム機を使用して接合され、シングルロック式とダブルロック式の2種類があります。シングルロック式とは、1回折り返して接合するか、2回折り返して耐候性を高めるかのいずれかです。このタイプは3種類の中で最も高価ですが、最も耐候性に優れています。

薄膜太陽電池が立ちはぜ式金属屋根を伝って流れる

薄膜太陽電池の効率が向上したことで、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コスト面で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、立ちはぜ式金属屋根に沿って設置され、接着剤で金属屋根に貼り付けられるため、設置に穴を開ける必要はありません。接続ワイヤーは屋根の頂上にある棟板の下を通っています。効率は10～18%ですが、設置容量1ワットあたり約2.00～3.00ドルしかかかりません。これに対し、単結晶は効率が17～22%で、設置容量1ワットあたり3.00～3.50ドルかかります。薄膜太陽電池は2.1～3.1 kg/m ² (7～10 oz/ft ² )と軽量です。薄膜太陽電池パネルの寿命は10～20年ですが^{[ 16 ]} 、従来の太陽電池パネルよりも投資回収期間が短くなっています。金属屋根は交換するまでに40～70年持ちますが、アスファルトシングル屋根の場合は12～20年です。^{[ 17 ]}  

波形金属屋根は、あらかじめ製造された板材を曲げたり波状に加工したりすることで、より強度を高めたものです。

波形金属屋根の価格は、アスファルトシングル屋根の設置費用とほぼ同等です。固定具は金属板を通して屋根にねじ込まれるため、ねじがしっかりと固定されていることを確認するために、より多くのメンテナンスが必要です。波形金属屋根は、適切なメンテナンスを行えば30～45年持ちます。

金属製のタイル板も使用できます。これらは通常、塗装または石材コーティングされた鋼板です。石材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たものです。石材は通常、着色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一つです。通常はロール成形によって屋根用の立ちはぜ葺き形状に加工されますが、個別の瓦も入手可能です。屋根材として使用されるその他の金属には、鉛、錫、アルミニウム、銅などがあります。

銅は、耐腐食性、耐久性、長寿命、低メンテナンス、高周波シールド、雷保護、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。銅製の屋根は、教会、政府庁舎、大学など、著名な建物の建築的に最も特徴的な要素の1つであることがよくあります。^{[ 19 ]}今日では、銅は屋根システムだけでなく、フラッシングや笠木、雨どいや縦樋、ドーム、尖塔、ヴォールト、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にあるライル再生研究センターでは、再生の原則に基づいて屋根材として銅が選ばれました。建物が解体された場合、銅はリサイクルでの価値が高く、さまざまな用途に使用できるため、再利用できます。オークリッジ国立研究所（米国）の通気孔付き銅屋根アセンブリは、石材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）と比較して熱取得を大幅に削減し、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、錆び防止、防水、または熱反射を目的として、いくつかの種類のコーティングが施されています。これらのコーティングは、エポキシ樹脂やセラミックなど、さまざまな材料で作られています。

セラミックコーティングは、金属屋根材に塗布することで、遮熱性を付与することができます。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 ]}透明なコーティングは、銅合金の自然な色、温かみ、金属的なトーンを保ちます。オイルは銅の屋根やフラッシングから水分を排除し、同時に豊かな光沢と深みのある色を引き出すことで外観を向上させます。最も一般的なオイルは、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。銅の屋根やフラッシングでは、3年ごとに再塗布することで、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、オイル塗布の間隔を最大5年まで延ばすことができます。不透明な塗料コーティングは、基材の完全性と耐久性が求められるが、自然に存在する銅の色合い以外の特定の色が必要な場合に、主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、鉛は冶金的に銅に薄い鉛コーティングを結合するため、非常に長持ちします。鉛被覆銅は、露出した鉛の外観が望ましい場合、または裸の銅合金からの銅で汚染された排水が通常、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を汚す場合に使用できます。^{[ 24 ]}亜鉛錫コーティングは、外観と加工性がほぼ同じであるため、鉛コーティングの代替品となります。^{[ 25 ] [ 26 ]}