Медь заслужила уважаемое место в смежных областях архитектуры, строительства и дизайна интерьера. От соборов до замков и от домов до офисов медь используется для различных архитектурных элементов, включая крыши, обтекатели, желоба, водосточные трубы, купола, шпили, своды, облицовку стен и строительные компенсаторы.

История меди в архитектуре может быть связана с ее прочностью, коррозионной стойкостью, престижным внешним видом и способностью образовывать сложные формы. На протяжении столетий мастера и дизайнеры использовали эти атрибуты для создания эстетически привлекательных и долговечных систем зданий.

За последнюю четверть века медь была спроектирована в гораздо более широкий круг зданий, включая новые стили, разновидности цветов и различные формы и текстуры. Облицованные стены из меди — это современный элемент дизайна как внутри, так и снаружи.

Некоторые из самых выдающихся современных архитекторов мира полагаются на меди. Например, Фрэнк Ллойд Райт, который указал на медные материалы во всех своих строительных проектах; Майкл Грейвс, золотой медалист AIA, который проектировал более 350 зданий по всему миру; Ренцо Пиано, который разработал предварительно патинированную плакированную меди для Музея науки NEMO-Metropolis в Амстердаме; Малкольм Хольцман, чья патинированная медная черепица в Центре телевизионной связи WCCO сделала этот объект архитектурным достоинством в Minneaoplis;и Марианн Дальбэк и Горан Монссон, которые спроектировали музей Васа, известную черту горизонта Стокгольма, с медной оболочкой площадью 12 000 квадратных метров. Огромная скульптура скульптора Фрэнка О. Гери на вершине Vila Olimpica в Барселоне является примером художественного использования меди.

Самым известным признаком меди является его отображение от яркого металлического цвета до радужной коричневой до почти черной и, наконец, к зеленоватой пастине verdigris. Архитекторы описывают массив коричневых цветов как красноватый, шоколадный, сливовый, красное дерево и эбеновое дерево. Отличительная зеленая патина металла долгое время была желанна архитекторами и дизайнерами.

В этой статье описываются практические и эстетические преимущества меди в архитектуре, а также ее использование во внешних приложениях, элементы интерьера и зеленые здания.

Выгоды

Устойчивость к коррозии
В качестве архитектурного металла медь обеспечивает отличную коррозионную стойкость. Медные поверхности образуют жесткие оксид-сульфатные покрытия для патины, которые защищают подстилающие поверхности медных поверхностей и очень долго сопротивляются коррозии.

Медь корродирует при незначительных скоростях в незагрязненном воздухе, воде, деаэрированных неокисляющих кислотах и ​​при воздействии солевых растворов, щелочных растворов и органических химических веществ. Медная кровля в сельской атмосфере корродирует со скоростью менее 0,4 мм за 200 лет.

В отличие от большинства других металлов, медь не страдает от коррозии с нижней стороны, которая может вызвать преждевременные сбои в крове. С медной крышей поддерживающие подложки и конструкции обычно проваливаются задолго до меди на крыше.

Однако архитектурная медь подвержена коррозионной атаке при определенных условиях. Окислительные кислоты, окисляющие соли тяжелых металлов, щелочи, оксиды серы и азота, аммиак и некоторые соединения серы и аммония могут ускорить коррозию меди. Осаждение в областях с рН менее 5,5 может вызывать коррозию меди, возможно, до того, как будет сформироваться патина или защитная оксидная пленка. Кислотные осадки, известные как кислотные дожди, обусловлены выбросами от сжигания ископаемого топлива, химического производства или других процессов, которые выделяют оксиды серы и азота в атмосферу. Эрозионная коррозия может возникать, когда кислотная вода из не-медной крыши, которая не нейтрализует кислотность, такую ​​как плитка, шифер, дерево или асфальт, падает на небольшую площадь меди. Линейная коррозия может произойти, если капельница инертного кровельного материала опирается непосредственно на медь. Решением этого может быть поднять нижнюю кромку черепицы с помощью отрезка полосы или создать сменную армирующую ленту между черепицей и медью. Надлежащая конструкция и детализация водоотталкивания, которая сокращает время пребывания кислой воды на металлических поверхностях, может предотвратить большинство проблем с атмосферной коррозией.

Латунь, сплав меди и цинка, обладает хорошей устойчивостью к атмосферной коррозии, щелочам и органическим кислотам. Однако в некоторых питьевых водах и в морской воде латунные сплавы с 20% или более цинка могут вызывать коррозионную атаку.

Прочность / долговечный
Медные крыши чрезвычайно прочны в большинстве сред. Они успешно работают более 700 лет, прежде всего из-за защитной патины, которая образуется на медных поверхностях. Испытания, проведенные на медных крышах 18 века в Европе, показали, что теоретически они могут длиться тысячу лет.

Низкое тепловое движение
Правильно спроектированные медные крыши минимизируют движения из-за тепловых изменений. Низкое тепловое расширение меди, на 40% меньше, чем цинк и свинец, помогает предотвратить ухудшение и отказ. Кроме того, высокая температура плавления меди гарантирует, что она не будет ползать или растягиваться, как это делают некоторые другие металлы.

На небольших двускатных крышах тепловое движение относительно незначительно и обычно не является проблемой. В широкопрофильных зданиях более 60 метров и при использовании длинных панелей может потребоваться учет теплового расширения. Это позволяет крышке «плавать» над поддерживающими подструктурами, оставаясь в безопасности.

Низкие расходы
Медь не требует очистки или обслуживания. Он особенно подходит для областей, которые трудно или опасны для доступа после установки.

облегченный
При использовании в качестве полностью поддерживаемого кровельного покрытия медь составляет половину веса (включая подложку) свинца и только четверть черепичных крыш. Это, как правило, обеспечивает экономию в стоимости вспомогательных конструкций и материалов. Медная облицовка предлагает дополнительные возможности для снижения веса медных конструкций (подробнее см .: Медная облицовка и облицовка стен).

вентиляция
Медь не требует сложных мер вентиляции. Он подходит как для невентилируемых «теплых», так и для вентилируемых «холодных» конструкций крыши.

Радиочастотное экранирование
Чувствительное электронное оборудование уязвимо для вмешательства и несанкционированного наблюдения. Эти продукты также требуют защиты от высоких напряжений. Защита от радиочастот (RF) может решить эти проблемы за счет уменьшения передачи электрических или магнитных полей из одного места в другое.

Медь — превосходный материал для радиочастотного экранирования, поскольку он поглощает радио- и магнитные волны. Другими полезными свойствами для РЧ-защиты являются то, что медь обладает высокой электропроводностью, легкоплавкой, ковкой и припоями.

Защитные корпуса RF фильтруют диапазон частот для конкретных условий. Правильно спроектированные и сконструированные медные шкафы удовлетворяют большинству требований защиты от радиочастот: от компьютерных и электрических коммутационных помещений до больничных CAT-сканирующих и МРТ-аппаратов. Необходимо обратить особое внимание на потенциальные экраны, такие как двери, вентиляционные отверстия и кабели.

Щит может быть эффективным против одного типа электромагнитного поля, но не против другого. Например, медная фольга или экранный РЧ-экран будут минимально эффективны против магнитных полей силовой частоты. Магнитный экран с частотной частотой может обеспечить небольшое уменьшение радиочастотных полей. То же самое относится к разным частотам радиочастот. Простой экран большой сетки может хорошо работать для низких частот, но может быть неэффективным для микроволн.

Медный галеон.
Листовая медь для РЧ-защиты может быть сформирована практически по любой форме и размеру. Электрическое подключение к заземляющей системе обеспечивает эффективный корпус RF.

Молниезащита
Защита от молнии минимизирует повреждение зданий во время молниеносных окончаний. Обычно это достигается путем обеспечения нескольких взаимосвязанных путей низкого электрического сопротивления на землю.

Медь и ее сплавы являются наиболее распространенными материалами, используемыми в жилищных молниезащитах, однако в промышленных, химически агрессивных средах медь может быть одета в олово. Медь эффективно облегчает передачу энергии молнии на землю из-за ее отличной электропроводности. Кроме того, он легко изгибается по сравнению с другими проводящими материалами.

Когда медные кровли, водосточные желоба и ливень дождя электрически соединены с землей, предусмотрен путь низкого электрического сопротивления к земле, однако без специальных каналов проводимости для концентрирования разрядного канала дисперсная активированная поверхность может быть не самой желательной ,

Поскольку медь имеет более высокую электропроводность, чем алюминий, и ее импеданс во время замыкания молнии меньше, медь позволяет использовать меньшую площадь поперечного сечения на линейную длину по пути их тканых проволок, чем алюминий. Кроме того, алюминий нельзя использовать в залитом бетоне или для любого компонента под землей из-за его гальванических свойств.

Чтобы быть эффективными, системы молниезащиты обычно максимизируют контакт поверхности между проводниками и землей через сетку заземления различных конструкций. Для дополнения заземляющих сеток в низкопроводимой земле, таких как песок или камень, имеются длинные, полые медные трубы, заполненные металлическими солями. Эти соли выщелачиваются через отверстия в трубе, делая окружающий грунт более проводящим, а также увеличивая общую площадь поверхности, что снижает эффективное сопротивление.

Медные крыши могут использоваться как часть схемы молниезащиты, где медная оболочка, водостоки и дождевые водопроводные трубы могут быть соединены и соединены с землей. Толщина меди, предназначенная для кровельных материалов, обычно подходит для молниезащиты. Специальная система молниезащиты может быть рекомендована для адекватной молниезащиты с установленной системой медной кровли. Система будет включать в себя воздушные терминалы и перехватывающие проводники на крыше, систему заземляющих электродов и систему проводов, соединяющих элементы крыши и земли. Рекомендуется, чтобы медная крыша была соединена с системой проводников. Склеивание гарантирует, что проводники и крыша остаются на эквипотенциале и уменьшают боковое мигание и возможное повреждение крыши.

Широкий ассортимент отделки
Иногда желательно химически изменять поверхность меди или медных сплавов, чтобы создать другой цвет. Наиболее распространенные цвета — коричневые или скульптурные отделки для латунной или бронзовой и зеленой или патиновой отделки для меди. Механические обработки поверхности, химическая окраска и покрытия описаны в других разделах этой статьи на: Отделках.

Непрерывность проектирования
Архитекторы часто смотрят на архитектурную медь для непрерывности в элементах дизайна. Например, медная кровельная система может быть спроектирована с медной обмоткой, выветриванием, вентиляционными отверстиями, желобами и водосточными трубами. Детали обложки могут включать карнизы, молдинги, отделочные материалы и скульптуры.

При растущем использовании вертикальной облицовки вертикальные и кровельные поверхности могут работать друг с другом, чтобы сохранить непрерывность материала и производительность. В современном архитектурном дизайне набирают популярность экраны дождя и занавески (часто связанные с трансами и многоугольниками).

антимикробный
Обширные всемирные испытания показали, что сплавы меди и меди без покрытия (например, латунь, бронза, медный никель, медь-никель-цинк) обладают прочными внутренними антимикробными свойствами с эффективностью против широкого спектра устойчивых к болезням бактерий, плесени, грибов и вирусов. После нескольких лет испытаний США одобрили регистрацию более 300 различных медных сплавов (меди, латуни, бронзы, медно-никелевых и никелевых серебр) в качестве противомикробных материалов. Эти разработки создают рынки для противомикробной меди и медных сплавов в архитектуре интерьера. Для удовлетворения потребностей в проектировании строительных поверхностей, конструкций, светильников и компонентов антимикробная продукция на основе меди доступна в широком диапазоне цветов, отделки и механических свойств. Медные поручни, столешницы, прихожие, двери, нажимные плиты, кухни и ванные комнаты — это лишь некоторые из антимикробных продуктов, одобренных для больниц, аэропортов, офисов, школ и армейских казарм для уничтожения вредных бактерий. См. Список продуктов, одобренных в США.

устойчивость
Хотя общепринятое определение устойчивости остается неуловимым, Комиссия Брундтландской Организации Объединенных Наций определила устойчивое развитие как развитие, которое отвечает потребностям настоящего, не ставя под угрозу способность будущих поколений удовлетворять свои собственные потребности. Устойчивость, долгосрочное обеспечение ответственности требует согласования экологических, социальных прав и экономических требований. Эти «три столпа» устойчивости включают ответственное управление использованием ресурсов. Кроме того, это может означать, что мы можем использовать ресурс, который не перестанет быть обильным, несмотря на увеличение потребления.

Медь — это устойчивый материал. Его долговечность предлагает длительное обслуживание с небольшим обслуживанием. Его высокая эффективность электрической и тепловой энергии уменьшает отходы электрической энергии. Его антимикробные свойства уничтожают патогенные микроорганизмы, которые вызывают заболевание. И его высокая стоимость лома и способность постоянно перерабатываться без потери производительности гарантируют его ответственное управление как ценный ресурс.

Имеются данные инвентаризации жизненного цикла (LCI) на медных трубчатых, листовых и проволочных изделиях с использованием стандартов ИСО и охватывающих горнодобывающие и первичные отрасли производства меди (например, плавка и рафинирование). Используемые в оценке жизненного цикла (LCA), особенно в строительном секторе, базы данных LCI помогают производителям медьсодержащих продуктов с соблюдением и инициативами по добровольному совершенствованию. Они также оказывают поддержку директивным органам в разработке экологических руководящих принципов и положений с целью содействия устойчивому развитию.

Длительный срок службы медной кровли и облицовки оказывает значительное положительное влияние на оценку всей жизни меди по сравнению с другими материалами с точки зрения потребления энергии (т. Е. Общей энергии, потребляемой на каждой фазе каждого жизненного цикла в МДж / м2), выработки СО2, и стоимость.

Сравнение продолжительности жизни, воплощенной энергии и воплощенных выбросов CO2 меди, нержавеющей стали и алюминия в кровельных и облицовочных материалах. (Источник: Министерство по вопросам окружающей среды Германии, 2004 г.)

медь	Нержавеющая сталь	алюминий
Типичная толщина (мм)	0.6	0,4	0.7
Продолжительность жизни (лет)	200	100	100
Эмбодированная энергия (МДж / м 2 )	103,3	157,2	115,4
Выбросы эквивалента CO 2 (кг / м 2 )	6,6	10,9	7,5

Рециркуляции
Вторичная переработка является ключевым фактором устойчивого материала. Это уменьшает потребность в добыче новых ресурсов и требует меньше энергии, чем горная промышленность. Медь и ее сплавы практически на 100% подлежат вторичной переработке и могут быть переработаны бесконечно без потери качества (т. Е. Медь не разрушается (т. Е. Нисходящий цикл) после каждого цикла рециркуляции, как и большинство неметаллических материалов, если они полностью перерабатываются) , Медь сохраняет большую часть своей первичной металлической ценности: лома премиум-класса обычно содержит не менее 95% стоимости первичного металла из недавно добытой руды. Значения лома для конкурирующих материалов колеблются от примерно 60% до 0%. И для переработки меди требуется только около 20% энергии, необходимой для извлечения и обработки первичного металла.

В настоящее время около 40% ежегодного спроса на медь в Европе и около 55% меди, используемых в архитектуре, поступают из переработанных источников. Новая медная катушка и лист часто имеют переработанный контент на 75% -100%.

К 1985 году больше меди было переработано, чем общее количество меди, которое было потреблено в 1950 году. Это связано с относительной легкостью повторного использования перерабатывающих отходов и утилизации меди из продуктов после их полезного использования.

Эффективность затрат
Производительность, техническое обслуживание, срок службы и затраты на восстановление от переработки являются факторами, определяющими экономическую эффективность строительных компонентов. В то время как первоначальная стоимость меди выше, чем у некоторых других архитектурных металлов, ее обычно не нужно заменять в течение срока службы здания. Из-за его долговечности, низкого уровня обслуживания и максимальной полезной стоимости дополнительные затраты на медь могут быть незначительными в течение срока службы кровельной системы.

Медная кровля значительно дешевле, чем свинцовая, шиферная или ручная плитка ручной работы. Его затраты сопоставимы с цинком, нержавеющей сталью, алюминием и даже некоторыми глиняными и бетонными плитами при рассмотрении общих затрат на кровлю (включая структуру).

Некоторые исследования показывают, что медь является более экономичным материалом на основе жизненного цикла, чем другие материалы крыши, срок службы которых составляет 30 лет и более. Европейское исследование, сравнивающее затраты на кровлю меди с другими металлами, бетоном и глиняной черепицей, сланцем и битумом, показало, что в среднесрочной и долгосрочной перспективе (для жизни от 60 до 80 лет и 100 лет и более) медь и нержавеющая сталь были наиболее рентабельные кровельные материалы всех рассмотренных материалов.

Методы установки, такие как сборка, формование на месте, механизированное сшивание и система с длинными полосками, помогают снизить затраты на установку медной кровли. Снижая затраты на установку, эти методы позволяют дизайнерам указывать медь в более широкий спектр типов зданий, а не только крупные престижные проекты, как это было в прошлом.

Поскольку доля металлолома сохраняет значительную часть своей основной ценности, затраты на жизненный цикл меди снижаются при учете значения его спасения. Дополнительные сведения см. В разделе Recyclability в этой статье.

Чистая и легированная медь
Чистая медь. В отличие от других металлов, медь часто используется в чистом (99,9% Cu) нелегированной форме для листовых и полосовых применений в кровельных покрытиях, наружной облицовке и мигании.

Закалка — это метод термической обработки, используемый для повышения вязкости металлов. Темперы определяют пластичность металла и, следовательно, насколько хорошо он формируется и сохранит свою форму без дополнительной поддержки. В США медь доступна в шести вариантах: 060 мягких, 1/8 жестких холоднокатаных, 1/4 холоднокатаного высокого урожая, полутвердых, три четверти твердых и твердых. В Великобритании существуют только три обозначения: мягкие, полутвердые и жесткие. Медь и ее сплавы определены в США стандартными обозначениями для медных и медных сплавов по ASTM; в Европе по BS EN 1172: 1997 — «Медь и медные сплавы в Европе»; и в Великобритании в соответствии с британским стандартным кодексом CP143: Part12: 1970.

Холоднокатаный медный сплав, безусловно, самый популярный в строительстве в США. Он менее податливый, чем мягкая медь, но намного прочнее.Холоднокатаный 1/8-твердый закаленный медь часто рекомендуется для кровельных и мигающих установок. Для некоторых приложений могут быть указаны листы крыши с более высокой температурой.

Мягкая закаленная медь чрезвычайно податлива и обладает гораздо меньшей прочностью, чем холоднокатаная медь, к напряжениям, вызванным расширением и сжатием. Он используется для сложных декоративных работ и там, где требуется экстремальное формование, например, в сложных условиях свертывания стенки.

Основное применение высокопродуктивной меди — это проблескивание продуктов, в которых важны ковкость и прочность.

Толщина листовой и полосовой меди измеряется ее массой в унциях на квадратный фут. Толщины, обычно используемые в строительстве в США, составляют от 12 до 48 унций. Поскольку промышленность часто использует калибровочные числа или фактическую толщину для листового металла или других строительных материалов, необходимо преобразовать между различными измерительными системами.

В Европе используется деоксидированная неадсорная медь фосфора с обозначением C106. Медь прокатывается до толщины в диапазоне от 0,5 до 1,0 миллиметра (1,5-3,0 мм для занавесок), но для кровель обычно используется толщина 0,6 — 0,7 мм.

Легированная медь. Медные сплавы, такие как латунь и бронза, также используются в жилых и коммерческих строительных сооружениях. Вариации цвета обусловлены главным образом различиями в химическом составе сплава.

Некоторые из наиболее популярных медных сплавов и связанные с ними номера унифицированной нумерации (UNS), разработанные ASTM и SAE, следующие:

Медный сплав	Общий термин	Состав	Естественный цвет	Выветрившийся цвет
C11000 / C12500	медь	99,90% меди	Лосось красный	Красновато-коричневая до серо-зеленой патины
C12200	медь	99,90% меди; 0,02% фосфора	Лосось красный	Красновато-коричневая до серо-зеленой патины
C22000	Коммерческая бронза	90% меди; 10% цинка	Красное золото	Коричневая до серо-зеленой патины через шесть лет
C23000	Красная латунь	85% меди; 15% цинка	Красновато-желтый	Шоколадно-коричневая до серо-зеленой патины
C26000	Картридж латунь	70% меди; 30% цинка	желтый	Желтоватый, серо-зеленый
C28000	Металл Мунтца	60% меди; 40% цинка	Красновато-желтый	Красно-коричневый до серо-коричневого
C38500	Архитектурная бронза	57% меди; 3% свинца; 40% цинка	Красновато-желтый	Красновато-коричневый до темно-коричневого
C65500	Кремниевая бронза	97% меди; 3% кремний	Красноватое старое золото	Красновато-коричневый до мелко-пестрый серо-коричневый
C74500	Никелевое серебро	65% меди; 25% цинка; 10% никеля	Теплый серебристый	Серо-коричневый до мелко-пестрый серо-зеленый
C79600	Серебряный никель	45% меди; 42% цинка; 10% никеля; 2% марганца; 1% свинца	Теплый серебристый	Серо-коричневый до мелко-пестрый серо-зеленый

Дополнительная информация об архитектурных медных сплавах доступна.

Критерий выбора
Критерии выбора медных и медных сплавов для архитектурных проектов включают цвет, прочность, твердость, устойчивость к усталости и коррозии, электрическую и теплопроводность и простоту изготовления. Необходимы соответствующие толщины и температуры для конкретных применений;замены могут привести к неадекватной производительности.

Архитектурная медь обычно используется в листе и полосе. Полоса шириной 24 дюйма или менее, а лист — более 24 дюймов в ширину, ширина до 48 дюймов на 96 или 120 дюймов в длину, плюс в форме катушки.