建築における銅の利点 – HiSoUR 芸術文化美術歴史

銅は、建築、建造物、インテリアデザインの分野で尊敬されています。大聖堂から城、家屋からオフィスまで、銅は、屋根、フラッシング、ガッタ、ダウンスパー、ドーム、尖塔、金庫、壁被覆、建物の拡張継ぎ目を含むさまざまな建築要素に使用されています。

建築における銅の歴史は、その耐久性、耐食性、有名な外観、複雑な形状を形成する能力に結びついています。何世紀にも亘って、職人やデザイナーはこれらの属性を利用して審美的に快適で長持ちする建築システムを構築しています。

過去の四半世紀の間、銅は、新しいスタイル、様々な色、さまざまな形やテクスチャを取り入れて、はるかに広い範囲の建物に設計されました。銅被覆壁は、屋内と屋外の両方の現代的な設計要素である。

世界で最も著名な現代建築家の中には、銅を使用しているものもあります。例としては、フランク・ロイド・ライト（Frank Lloyd Wright）が挙げられます。世界中の350以上の建物を設計したAIAゴールドメダリスト、マイケル・グレイブス。アムステルダムのNEMO-メトロポリス博物館のプリペイントクラッド銅を設計したレンゾ・ピアノ。マルコム・ホルツマンは、WCCOテレビコミュニケーションセンターのパテント付き銅屋根板を使用して、この施設をミネアオプリスで建築的に傑出したものにしました。ストックホルムのスカイラインの特徴であるVasa Museumを設計したMarianneDahlbäckとGöranMånssonは、12,000平方メートルの銅被覆を施しています。建築家Frank O. Gehryのバルセロナのヴィラ・オリンピカの上にある巨大な銅魚の彫刻は、銅の芸術的使用の一例です。

銅の最も有名な特徴は、明るいメタリック色から虹色の茶色に近い黒色まで、そして最終的に緑がかった緑色の緑色の緑青にまで及ぶことです。建築家は、茶色の列を茶色、チョコレート、プラム、マホガニー、エボニーと表現しています。金属の特徴的な緑青は、建築家やデザイナーが長い間探し求めてきました。

この記事では、建築における銅の実用的で美しいメリットと、外装用途、インテリアデザイン要素、および緑の建物での使用について説明します。

利点

耐腐食性
建築用金属として、銅は優れた耐食性を提供します。銅の表面は、下層の銅表面を保護し、非常に長い間腐食に耐える、強靭な酸化物 – パーチナコーティングを形成する。

銅は、汚染されていない空気、水、脱気された非酸化性酸、および生理食塩水、アルカリ性溶液、および有機化学薬品に暴露された場合、無視できる速度で腐食する。農村部の大気中の銅屋根は、200年間で0.4mm未満の速度で腐食する。

ほとんどの他の金属とは異なり、銅は屋根の早期破損の原因となる下側の腐食に悩まされません。銅屋根では、支持基板および構造物は、通常、屋根の銅よりもずっと前に故障する。

しかし、建築用銅は、特定の条件下では腐食性の攻撃を受けやすい。酸化性酸、重金属塩、アルカリ、硫黄および窒素酸化物、アンモニア、およびいくつかの硫黄およびアンモニウム化合物を酸化すると、銅の腐食を早めることができる。 pHが5.5未満の領域では、銅を腐食する可能性があります。これは、おそらく緑青や保護酸化膜が形成される前に起こります。酸性雨として知られる酸性沈殿は、化石燃料の燃焼、化学製造、または硫黄および窒素酸化物を大気中に放出する他のプロセスによる排出によるものである。タイル、スレート、木材、またはアスファルトなどの酸性を中和しない非銅製屋根からの酸性水が銅の小さな領域に入ると、浸食腐食が起こることがあります。不活性屋根材のドリップエッジが銅の上に直接載っていると、ライン腐食が発生することがあります。これに対する解決法は、カントストリップを用いて帯状帯の下縁を持ち上げること、または帯状帯と銅との間に交換可能な補強帯を設けることである。金属表面の酸性水の滞留時間を短縮する適切な水抜き設計と詳細は、大気腐食問題の大部分を防ぐことができます。

銅と亜鉛の合金である真ちゅうは、大気腐食、アルカリ、および有機酸に対して良好な耐性を有する。しかしながら、いくつかの飲料水および海水では、20％以上の亜鉛を含む黄銅合金は腐食性の攻撃を受ける可能性がある。

耐久性/長寿命
銅の屋根は、ほとんどの環境で非常に耐久性があります。主に銅表面上に形成される保護緑青のため、彼らは700年以上にわたり良好な性能を示しています。ヨーロッパの18世紀の銅の屋根で行われたテストでは、理論的には1千年間続くことができました。

低熱運動
適切に設計された銅製の屋根は、熱変化による移動を最小限に抑えます。銅の熱膨張率は亜鉛と鉛に比べて40％少なく、劣化や破損の防止に役立ちます。また、銅の融点が高いため、他の金属のようにクリープや伸びが生じません。

小さなゲーブル屋根では、熱移動は比較的小さく、通常は問題ではありません。 60メートルを超える広範囲の建物で、長いパネルを使用する場合は、熱膨張の許容量が必要になることがあります。これにより、屋根は、安全な状態を維持しながら、支柱の下部構造を「浮動」させることができます。

低メンテナンス
銅は洗浄やメンテナンスを必要としません。インストール後にアクセスするのが困難または危険な領域に特に適しています。

軽量
完全に支持された屋根被覆として使用される場合、銅は鉛の重量の半分（基材を含む）であり、タイル張り屋根の四分の一だけである。これは、一般的に、構造および材料のコストを補助する節約を提供する。銅クラッディングは、銅構造の重量を減らす機会を提供します（詳細については、銅クラッディングと壁クラッディングを参照してください）。

換気
銅は複雑な換気手段を必要としません。それは換気されていない「暖かい」と換気された「冷たい」屋根構造の両方に適しています。

高周波シールド
機密性の高い電子機器は、干渉や不正なサーベイランスに対して脆弱です。これらの製品は、高電圧からの保護も必要とします。無線周波数（RF）遮蔽は、ある空間から別の空間への電場または磁場の伝達を低減することによって、これらの問題に対処することができる。

銅は電波や電磁波を吸収するため、RFシールドに優れた素材です。 RFシールドの他の有用な特性は、銅が高い導電性を有し、延性があり、可鍛性であり、はんだが容易であることである。

RFシールドエンクロージャは、特定の条件のための周波数範囲をフィルタリングします。適切に設計され、構築された銅製のエンクロージャは、コンピュータおよび電気スイッチングルームから病院のCATスキャンおよびMRI施設まで、ほとんどのRFシールドニーズを満たします。ドア、通気孔、ケーブルなど、潜在的なシールドの貫通については、特別な注意を払う必要があります。

シールドはあるタイプの電磁場に対して効果的であるが、他のタイプの電磁場に対しては効果的ではない。例えば、銅箔またはスクリーンRFシールドは、電力周波数磁場に対して最小限の効果がある。電力周波数磁気シールドは、無線周波数フィールドの減少をほとんど提供しない。異なるRF周波数に対しても同じことが言えます。シンプルな大メッシュのスクリーンシールドは、低周波ではうまく動作しますが、マイクロ波では効果がありません。

銅製ガレオンフィニアル。
RFシールドのための銅板は、本質的に任意の形状およびサイズに形成することができる。接地システムへの電気的接続は、効果的なRFエンクロージャを提供します。

避雷
落雷時の雷撃による建物の損傷を最小限に抑えます。これは通常、低い電気インピーダンスの複数の相互接続された経路を地面に提供することによって達成される。

銅とその合金は住宅用避雷器で使用される最も一般的な材料ですが、工業的、化学的腐食性環境では、銅をスズに被覆する必要があります。銅は、その優れた導電性のため地上への雷エネルギーの伝達を効果的に促進する。また、他の導体材料と比較して容易に曲がります。

銅のルーフィング、溝、および雨の指導者がアースターミネーション設備に電気的に接合されている場合、接地に対する電気的インピーダンスの低い経路が提供されるが、放電経路を集中させる専用伝導経路がなければ、。

銅はアルミニウムよりも高い導電率を有し、雷撃終了時のインピーダンスはそれほどではないので、銅はアルミニウムより織り込まれた電線経路において線形長さ当たりの断面積がより少ないことを可能にする。また、アルミニウムは、ガルバニック特性のため、注ぎ込まれたコンクリートまたは地下の構成要素に使用することができない。

効果的であるために、雷保護システムは一般に、様々な設計の地上グリッドを介して導体と地面との間の表面積接触を最大にする。砂や岩石のような低導電性の土壌のアースグリッドを補うために、金属塩で満たされた長い中空の銅管が利用できます。これらの塩は管の穴を通って浸出し、周囲の土壌をより導電性にすると共に全体の表面積を増加させて実効抵抗を減少させる。

銅屋根は、雷保護方式の一部として使用することができ、銅皮膜、溝および雨水管は、接地装置に接続して接合することができる。屋根材に指定された銅の厚さは、通常、雷保護に適しています。設置されている銅屋根システムを使用して適切な雷保護を行うために、専用の雷保護システムを推奨する場合があります。このシステムは、屋根上の空気端子と傍受導体と、接地電極のシステムと、屋根と地上のコンポーネントを接続する下降導管のシステムとを含む。銅屋根は導体のシステムに接合することを推奨します。ボンディングは、導体と屋根が等電位に保たれ、側面の点滅と屋根の損傷を軽減します。

幅広い仕上げ
銅または銅合金の表面を化学的に変えて、異なる色を作り出すことが時々望ましい。生産される最も一般的な色は、黄銅または青銅の場合は茶色または彫刻仕上げ、銅の場合は緑または緑青仕上げです。機械的表面処理、化学的着色、およびコーティングについては、この記事の他の部分で説明しています。仕上げ。

デザインの連続性
建築家は設計要素の連続性のために建築用銅を探します。例えば、銅の屋根葺きシステムは、銅のフラッシング、風化、通気孔、排水溝、および下り管で設計することができる。カバーの詳細には、コーニス、モールディング、フィニアル、彫刻などがあります。

縦型クラッディングの使用が増加するにつれて、垂直面と屋根面が互いに繋がり、材料と性能の完全な連続性が維持されます。レインスクリーンとカーテンウォール（しばしばトランサムやマリオンにつながっている）は、近代的な建築デザインでも人気を集めています。

抗菌剤
幅広い耐病性細菌、カビ、真菌およびウイルスに対する有効性を有する強力な内因性抗菌特性を有することが世界中の広範囲にわたる試験によって証明されている（例えば、真鍮、青銅、銅ニッケル、銅 – ニッケル – 亜鉛）。何年ものテストの後、米国は抗菌材料として300種類を超える銅合金（銅、黄銅、青銅、銅 – ニッケル、ニッケル – シルバー）の登録を承認した。これらの開発は、内部構造における抗菌性銅および銅合金の市場を創出している。表面、構造物、什器、およびコンポーネントを構築するための設計ニーズを満たすために、抗菌銅ベースの製品は、色、仕上げ、および機械的特性の広い範囲で利用可能である。銅の手すり、カウンタートップ、廊下、ドア、プッシュプレート、キッチン、バスルームは、有害な細菌を殺すために病院、空港、オフィス、学校、軍兵舎で承認された抗菌製品の一部です。参照：米国で承認された製品のリスト

サステナビリティ
ブルントラント委員会は、持続可能な開発の普遍的に受け入れられている定義はまだ分かっていないが、将来の世代が自らのニーズを満たす能力を損なうことなく、現在のニーズを満たす開発として持続可能な開発を定義した。持続可能性は、責任の長期的な維持は、環境、社会的平等と経済的要求の和解を必要とします。持続可能性のこれら3つの柱は、資源使用の責任ある管理を包含する。また、それは、摂取量の増加にもかかわらず、豊富になくならないリソースを使用できることを意味します。

銅は持続可能な材料です。その耐久性により、メンテナンスがほとんどなく長期間のサービスが可能です。その高い電気エネルギー効率と熱エネルギー効率は、電気エネルギーの無駄を削減します。その抗菌特性は、病気を引き起こす病原性微生物を破壊する。また、スクラップ値が高く、性能を犠牲にせずにリサイクルすることができるため、責任ある管理が貴重なリソースとなります。

銅管、シート、およびワイヤ製品に関するライフサイクルインベントリ（LCI）情報は、ISO規格を使用し、鉱業および一次銅生産セクター（すなわち製錬および精錬）をカバーしています。ライフサイクルアセスメント（LCA）、特に建築および建設部門で使用されるLCIデータセットは、銅含有製品の製造業者がコンプライアンスおよび自発的改善イニシアチブを支援する。また、持続可能な発展の促進を目指して、環境ガイドラインや規制の策定において政策立案者を支援している。

銅屋根材および被覆材の寿命が長いことは、銅の他の材料に対する全寿命評価に、具体的なエネルギー消費量（すなわち、各ライフサイクルの各段階で消費される総エネルギー量）、CO2発生量、コスト。

屋根材および被覆材における銅、ステンレス鋼、およびアルミニウムの寿命、体感エネルギー、およびCO2排出量の比較（出典：ドイツ環境省、2004年）

銅	ステンレス鋼	アルミニウム
典型的な厚さ（mm）	0.6	0.4	0.7
寿命（年）	200	100	100
実施エネルギー（MJ / m ² ）	103.3	157.2	115.4
CO ₂相当排出量（kg / m ² ）	6.6	10.9	7.5

リサイクル性
リサイクル性は、持続可能な材料の重要な要素です。それは、新しい資源を採掘する必要性を減らし、鉱業よりも少ないエネルギーを必要とします。銅とその合金は実質的に100％リサイクル可能であり、品質を損なうことなく無限にリサイクルすることができます（つまり、リサイクル可能な場合はほとんどの非金属材料と同様にリサイクルループごとに銅が劣化しません。銅は、その主要な金属価値の大部分を保持します。プレミアムグレードのスクラップは、通常、新たに採掘された鉱石からの主要金属の価値の少なくとも95％を含みます。競合材料のスクラップ値は約60％から0％の範囲です。また、銅のリサイクルには、一次金属を抽出して処理するのに必要なエネルギーの約20％しか必要としません。

現在、ヨーロッパの年間銅需要の約40％および建築用銅の約55％がリサイクルされた供給源から供給されています。新しい銅コイルおよびシートは、しばしば75％-100％のリサイクルされた含有量を有する。

1985年までに、1950年に消費された銅の総量より多くの銅がリサイクルされました。これは、処理廃液の再利用と製品寿命からの製品回収の比較的容易さによるものです。

費用対効果
リサイクルによる性能、メンテナンス、サービス寿命、リカバリコストは、コンポーネントのコスト効率を決定する要因です。銅の初期コストは他の建築用金属よりも高くなりますが、通常、建物の寿命中に交換する必要はありません。耐久性、メンテナンス性が低く、最終的な救済価値があるため、銅の追加コストはルーフィングシステムの寿命にわたって重要ではありません。

銅の屋根は、鉛、スレート、または手作りの粘土タイルよりもかなり安価です。その費用は、亜鉛、ステンレススチール、アルミニウム、およびいくつかの粘土およびコンクリートタイルに匹敵し、全体的な屋根のコスト（構造を含む）を考慮する場合。

いくつかの研究は、30年以上の寿命を有する他の屋根材料よりも、銅がライフサイクルベースでより費用対効果の高い材料であることを示している。銅の屋根材コストを他の金属、コンクリートおよび粘土タイル、スレートおよびビチューメンと比較したヨーロッパの調査では、中長期的に（60〜80年および100年以上の寿命のために）、銅およびステンレス鋼がすべての材料の最も費用対効果の高い屋根材が検討されました。

事前製造、原位置機械成形、機械化シーム加工、ロングストリップシステムなどの設置技術は、銅屋根の設置コストを削減するのに役立ちます。これらの技術は、設置コストを削減することで、過去に一般的であった大規模な名門プロジェクトだけでなく、幅広い建物タイプに銅を指定することができます。

銅スクラップは主な価値の大部分を保持しているため、サルベージ値を考慮すると、銅のライフサイクルコストは削減されます。詳細については、この記事の「リサイクル可能性」を参照してください。

純銅合金銅
純粋な銅。他の金属とは異なり、銅は、ルーフィング、外部クラッディング、およびフラッシングのシートおよびストリップ用途に純粋な（99.9％Cu）非合金形態で頻繁に使用されています。

焼戻しは、金属の靱性を高めるために用いられる熱処理技術である。テンパーは金属の延性を決定するので、それがどのようによく形成され、追加の支持なしにその形状を保持する。米国では、銅は060軟質、1/8硬質冷間圧延、1/4冷間圧延、半硬質、3/4硬質、および硬質の6つのテンサーで利用できます。英国では、ソフト、ハーフハード、ハードの3つしか指定されていません。銅およびその合金は、米国において、ASTMによる銅および銅合金の標準規格で定義されている。欧州ではBS EN 1172：1997 – ‘ヨーロッパの銅と銅合金’; 英国では、英国標準実践規範CP143：Part12：1970に基づいています。

冷間圧延された銅の焼き戻しは、米国における建築工事において最も人気があります。柔らかい銅よりも可鍛性は低くなりますが、はるかに強くなります。冷間圧延された1/8硬度の焼戻し銅は、しばしばルーフィングやフラッシングのために推奨されます。テンターの高い屋根シートは、特定の用途に合わせて指定することができます。

柔らかい焼戻し銅は、非常に可鍛性であり、冷延銅よりも膨張および収縮によって誘発される応力に対する抵抗がはるかに小さい。それは、複雑な通風フラッシュ条件のように、複雑な装飾作業や極端な成形が必要な場所で使用されます。

高歩留まり銅の主な用途は、可鍛性と強度の両方が重要なフラッシング製品にあります。

シートおよびストリップ銅の厚さは、その重量（オンス/平方フィート）によって測定される。米国で一般的に使用される厚さは、12〜48オンスです。業界では、板金やその他の建材にゲージ数や実際の厚さを使用することが多いため、異なる測定システム間で変換する必要があります。

欧州では、リン脱酸化された非ヒ素銅がC106という名称で使用されています。銅は0.5~1.0ミリメートル（カーテンウォールでは1.5~3.0ミリメートル）の範囲の厚さに圧延されるが、0.6~0.7ミリメートルの厚さが通常ルーフィングに使用される。

合金銅。黄銅や青銅のような銅合金は、住宅用および商業用建物の構造物にも使用されている。色の変化は、主に合金の化学組成の違いに起因します。

ASTMおよびSAEによって開発された、より一般的な銅合金およびそれらに関連する統一番号付けシステム（UNS）番号のいくつかは以下の通りである：

銅合金	共通用語	組成	ナチュラルカラー	風化した色
C11000 / C12500	銅	銅99.90％	サーモンレッド	赤褐色〜灰緑色緑青
C12200	銅	99.90％銅; 0.02％のリン	サーモンレッド	赤褐色〜灰緑色緑青
C22000	商業ブロンズ	90％銅; 亜鉛10％	レッドゴールド	6年後に茶色〜緑色の緑青に
C23000	赤黄銅	85％銅; 亜鉛15％	赤黄色	チョコレートブラウン〜グレーグリーンの緑青
C26000	カートリッジ真鍮	70％銅; 亜鉛30％	黄	黄色、灰緑色
C28000	Muntzメタル	60％銅; 亜鉛40％	赤黄色	赤褐色〜灰茶色
C38500	建築ブロンズ	57％銅; 3％の鉛; 亜鉛40％	赤黄色	ラッセルブラウンからダークブラウン
C65500	シリコンブロンズ	97％銅; 3％シリコン	赤みを帯びた古い金	茶褐色〜細かく灰色 – 茶色
C74500	ニッケル銀	65％銅; 25％の亜鉛; ニッケル10％	暖かい銀	グレー – 茶色〜細かく灰色 – 緑色
C79600	鉛ニッケルニッケル	45％銅; 42％の亜鉛; 10％ニッケル; 2％マンガン; リード1％	暖かい銀	グレー – 茶色〜細かく灰色 – 緑色

建築用銅合金に関する詳しい情報があります。

選択基準
建築プロジェクトに銅と銅合金を選択する基準には、色、強度、硬度、疲労と腐食に対する抵抗性、電気伝導度と熱伝導率、製造のし易さが含まれます。特定の用途に適した厚さとテンパーが不可欠です。置換が不適切なパフォーマンスにつながる可能性があります。

建築用の銅は一般にシートとストリップに使用されています。ストリップの幅は24インチ以下で、シートの幅は24インチ以上、幅は48インチ、長さは96インチまたは120インチ、コイルの形態です。