Miedź w architekturze. Fakty, właściwości i zastosowania miedzi w architekturze by Copper in Built Environment

MIEDŹ W ARCHITEKTURZE Fakty, właściwości i zastosowania miedzi w architekturze

COPPERCONCEPT.ORG 1

WPROWADZENIE Miedź jest jednym z pierwszych metali używanych w dziejach ludzkości i posiada długą tradycję stosowania w architekturze – już Rzymianie pokryli dach Panteonu miedzią, a wiele spośród wspaniałych kościołów średniowiecznej Europy było krytych tym materiałem. Charakterystyczna zielona patyna miedzi ciągle odgrywa ważną rolę w panoramie większości europejskich miast, ukazując ponadczasowe i trwałe walory. Obecnie miedź może stanowić kompletną zewnętrzną powłokę, spowijającą złożone formy budynku z zachowaniem ciągłości materiału. Powierzchnie mogą być płaskie, zakrzywione lub wielopłaszczyznowe, układane pod dowolnym kątem nachylenia i w każdym środowisku, a wielu projektantów z zapałem poszukuje nowych form eksponowania miedzi. Rośnie także zainteresowanie wykorzystaniem miedzi w projektowaniu wnętrz. Istnieje wiele powodów po temu żeby rozważać stosowanie miedzi i jej stopów w projektach i realizacjach architektonicznych, i to nie tylko dlatego, że ze względu na swoje wyjątkowe właściwości są to materiały budowlane niezwykle plastyczne, wszechstronne i dogodne w użyciu. Szeroki zakres możliwości, jakie ten naturalny materiał oferuje umożliwia tworzenie niezwykłych, niepowtarzalnych projektów i jest wyzwaniem dla konwencjonalnego sposobu myślenia.

SPIS TREŚCI Pod względem wizualnym, estetyczne walory miedzi podnoszą atrakcyjność i jakość każdego projektu, podczas gdy jej lekkość umożliwia projektowanie kreatywnych i ekonomicznie opłacalnych konstrukcji. Wyjątkową cechą miedzi jest tworzenie się naturalnej patyny, przybierającej barwy od czerwieni do czekoladowobrązowej, a w końcu do wyrazistej jasnozielonej. Prefabrykowane systemy pokryć oferują szeroką gamę rozwiązań, natomiast perforowane blachy i siatki ciągnione dają nowe możliwości uzyskania przezroczystości.

W obecnych czasach, gdy w wyborze materiałów budowlanych względy ekologiczne łączą się z aspektami estetycznymi i ekonomicznymi, imponująca trwałość i ekologiczny charakter miedzi zostały wyraźnie dowiedzione. Wyroby z miedzi charakteryzują się wysoką zawartością surowca pochodzącego recyklingu, przyczyniając się tym samym do oszczędności energii i redukcji emisji gazów cieplarnianych, oraz wnoszą wkład do gospodarki o obiegu zamkniętym. Ponadto, złom miedzi może być wielokrotnie przetwarzany i ponownie używany bez utraty swoich właściwości lub parametrów jakościowych.

DLACZEGO MIEDŹ?

COPPERCONCEPT.ORG/PL Niektórzy z pośród najwibitniejszych w świecie architektów korzystali z miedzi wśród nich: Frank Lioyd Wright, Alvar Aalto, Renzo Piano, Herzog & de Meuron lub Foster & Partners. Aby obejrzeć przykłady zastosowań miedzi we współczesnej architekturze odwiedź copperconcept.org lub zeskanuj kod QR.

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

jest materiałem naturalnym przyjazna dla środowiska niewymagająca konserwacji odporna, trwała w 100% przetwarzalna odporna na korozję niepalna wodoodporna sprawdzony materiał architektoniczny • kowalny, nie sztywny • lekki • jednorodny materiał • ponadczasowy, o żywej powierzchni • barwny i zmienny • kreatywny i unikalny

WPROWADZENIE

WŁAŚCIWOŚCI • • • • •

Występowanie miedzi i jej rola w życiu człowieka 4 Długowieczność 6 8 Właściwości fizyczne i mechaniczne 10 Zrównoważenie i ekologiczny charakter Kompatybilność miedzi z innymi materiałami budowlanymi 14

WALORY ARCHITEKTONICZNE • •

Kolor i patyna Stopy miedzi stosowane w architekturze

16 18

KONSTRUKCJA I INSTALALOWANIE • • • • • •

Systemy pokryć dachowych Okładziny elewacji i ścian Systemy odwodnienia dachu Podłoża Czynniki atmosferyczne Ruch wywołany rozszerzalnością cieplną

20 26 36 38 40 41

POWIĄZANIA Z FIZYKĄ BUDOWLI • •

Rozważania ogólne Ocena rozwiązań

42 45

Przednia okładka: The Christie, Manchester, Zjednoczone Królestwo Tylna okładka: Novotel Paddington, Londyn, Zjednoczone Królestwo

Maersk Building, Kopenhaga, Dania Architekt: C.F. Møller Zdjęcie © Adam Mørk Elewacja budynku ma formę kraty zawierającej otwory okienne o wysokości kondygnacji, które przełamują dużą skalę budynku. COPPERCONCEPT.ORG 3

WŁAŚCIWOŚCI WYSTĘPOWANIE MIEDZI I JEJ ZNACZENIE DLA ŻYCIA LUDZKIEGO Miedź występuje w środowisku w sposób naturalny i jest niezbędnym dla żywych organizmów pierwiastkiem śladowym. Miedź jest niezbędna dla wzrostu, rozwoju i funkcjonowania ciała ludzkiego i musi być pozyskiwana z żywności i wody, jako część zrównoważonej diety. Poziom miedzi w organizmie jest regulowany w procesach homeostazy i nie akumuluje się ona w łańcuchu pokarmowym.

Blacha miedziana wystawiona na działanie czynników atmosferycznych stopniowo pokrywa się ochronną warstwą powierzchniową, znaną jako patyna. Warstwa ta jest złożona, bardzo odporna i stabilna. Jest tak stabilna, że tylko bardzo niewielka ilość materiału zostaje utracona podczas wieloletniej ekspozycji na deszcz i inne formy opadu.

Miedź jest pierwiastkiem występującym w sposób naturalny w skorupie ziemskiej – w stężeniu około 67 ppm – a także w wodzie słodkiej i morskiej, w zakresie od poziomu pierwiastka śladowego do bogatych złóż kopalnych. Nie jest substancją bioakumulatywną, utrzymującą się trwale lub toksyczną i nie należy jej mylić ze sztucznymi chemikaliami lub toksycznymi metalami ciężkimi, które akumulują się w organizmie ludzkim, organizmach morskich i roślinach. Miedź jest ciężka, jej gęstość wynosi 8,9 g/cm3, lecz nie oznacza to związku z jakimkolwiek zagrożeniem lub właściwościami środowiskowymi.

WIĘCEJ NA TEN TEMAT MOŻNA ZNALEŹĆ NA https://copperalliance.pl/o-miedzi/

Chociaż miedź od zawsze jest obecna we wszystkich środowiskach, emisje antropogeniczne (tj.spowodowane przez człowieka) pojawiły się dopiero w ostatnich stuleciach, np. wskutek zużywania się klocków hamulcowych lub stosowania soli miedzi w rolnictwie. Należy, zatem zdawać sobie sprawę, dlaczego te "nowe" formy występowania miedzi mogą być przedmiotem zaniepokojenia. 4

COPPER IN ARCHITECTURE 2019

Szacuje się, że tylko 1% całkowitej ilości miedzi przechodzącej do środowiska ze źródeł antropogenicznych można przypisać miedzi uwalnianej z zewnętrznych elementów konstrukcji. Jeżeli uwzględnimy naturalny proces sezonowy (opadanie liści) to część ta okaże się nawet mniejsza. Badania wykazały także, że biodostępna część miedzi zawartej w odcieku jest w znacznym stopniu szybko redukowana, gdyż jony miedzi reagują tworząc stabilne, nierozpuszczalne formy mineralne już w bezpośredniej bliskości dachów i elewacji. Reakcje z materią organiczną, taką jak np. butwiejące liście, mogą jeszcze bardziej zmniejszyć biodostępną część miedzi. Wskazuje na to fakt, że odciek i przebarwienia pojawiają się na stosunkowo niewielkiej długości w kierunku spływu wody i kończą się tam, gdzie maleje zawartość miedzi w wodzie deszczowej, ponieważ nie przenosi już ona miedzi.

Związki miedzi wchodzące w skład patyny są trudno rozpuszczalne i znacznie różnią się od rozpuszczalnych w wodzie soli miedzi. Z powodu słabej rozpuszczalności, tylko bardzo mała część patyny jest uwalniana z miedzianych powierzchni przez wodę opadową, jest to tak zwany odciek. Więcej na ten temat, można znaleźć w rozdziale "Kolor i patyna".

Wiele badań naukowych dowiodło, że szerokie stosowanie miedzi, jako materiału elewacyjnego jest bezpieczne dla środowiska. Ponadto, badania oceniające skutki odziaływania dermatologicznego i doustnego szeregu soli miedzi również dowiodły, że miedziane dachy i elewacje nie stanowią żadnego zagrożenia dla zdrowia ludzkiego. Można, zatem stwierdzić, że odciek miedzi z dachów nie powinien budzić obaw.

Większość miedzi jest pozyskiwana z kopalni odkrywkowych, rezerwy są obfite, a złoża występują na wszystkich pięciu kontynentach. Zwykle kopalnie wykorzystują rudy o koncentracjach między 0,2% a 1%, chociaż niektóre z najbogatszych złóż rudy mogą zawierać 5-6% miedzi. Miedź jest ekstrahowana z ogromnych ilości rudy, głównie siarczków miedzi i za pomocą różnych procesów przetwarzana w wysokiej czystości metal (99,99%).

Innym ważnym źródłem miedzi jest złom pochodzący z recyklingu. Miedź jest jednym z niewielu surowców, które mogą być dowolnie wiele razy przetwarzane bez jakiejkolwiek utraty swoich parametrów jakościowych; nie ma różnicy w jakości miedzi pochodzącej z recyklingu (produkcja wtórna) i z wydobycia (produkcja pierwotna).

Europejskie wyroby z miedzi, przeznaczone dla zastosowań architektonicznych, są wytwarzane z wysoką zawartością surowca wtórnego, zwykle 85% lub więcej, z perspektywą osiągnięcia 100%. Oprócz zaspokojenia rocznego popytu, recykling miedzi jest wysoce efektywnym ekologicznie sposobem powtórnego wprowadzania cennych surowców do gospodarki, oszczędzania energii i redukcji emisji CO2.

COPPERCONCEPT.ORG 5

ZRÓWNOWAŻENIE I EKOLOGICZNY CHARAKTER Europejskie wyroby z miedzi dla zastosowań architektonicznych są produkowane zgodnie z wymaganiami normy EN 1172 w światowej klasy zakładach produkcyjnych, przy ścisłym monitorowaniu efektywności środowiskowej i wykorzystaniu ugruntowanych już sposobów recyklingu. Obejmuje to wysoki udział materiałów poddawanych recyklingowi – typowo 85% lub więcej, z możliwością osiągnięcia do 100%, oszczędność energii i redukcję emisji gazów cieplarnianych, oraz wkład w gospodarkę o obiegu zamkniętym. Oddziaływanie blach miedzianych (lita miedź) na środowisko, zostało ocenione w ramach europejskiego systemu REACH dotyczącego substancji chemicznych i nie jest objęte klasyfikacją/ograniczeniami. Miedź występuje w sposób naturalny w obiegu metali, które powstają w naturze, są użytkowane przez społeczeństwo i powracają do przyrody lub są poddawane recyklingowi w celu powtórnego użycia w społeczeństwie. Ekonomiczna wartość miedzi napędza odzysk i recykling nie tylko samej miedzi, ale także wielu innych materiałów w trakcie demontażu i rozbiórki. Recykling miedzi jest dobrze ugruntowaną praktyką i jego zakres odzwierciedla strukturę konsumpcji. Przyczynia się do tego względna łatwość – w porównaniu z innymi metalami – powtórnego wykorzystania odpadów i złomu pozyskiwanego z likwidacji i rozbiórki, jak również stanowiąca zachętę wartość miedzi. Miedź może być wielokrotnie przetwarzana bez utraty swoich właściwości lub parametrów jakościowych.

COPPER IN ARCHITECTURE 2019

Przemysł miedziowy – od wydobycia do produkcji – wydaje w regionie 30% nakładów kapitałowych na poprawę efektywności środowiskowej. Przetwórstwo miedzi jest objęte "Programem ciągłego doskonalenia", który służy klientom i akcjonariuszom oraz jest zgodny z bieżącymi potrzebami rynku i polityki w tym zakresie. Przemysł odpowiada na podjętą przez Komisję Europejską inicjatywę gospodarki o obiegu zamkniętym i oczekuje zwiększania ilości otrzymywanego złomu do ponownego wykorzystania, w miarę jak gospodarka staje się bardziej efektywna w zakresie zarządzania surowcami w całym ich cyklu życia, szczególnie przy wycofaniu z eksploatacji. Wszystkie te kluczowe, proekologiczne cechy wyrobów z miedzi mogą być rozstrzygającym argumentem na korzyść ich stosowania w budynkach wymagających certyfikacji LEED, BREEAM lub DGNB, na które istnieje obecnie coraz większe zapotrzebowanie, szczególnie w przypadku budynków publicznych. Warto także zauważyć, jak duże znaczenie dla podejmowania decyzji inwestycyjnych mają narzędzia oceny środowiskowej oraz jak bardzo są przydatne dla całościowego oglądu łańcucha dostaw a także dla określenia, gdzie można dokonać największych usprawnień efektywności środowiskowej danego produktu. Niestety, są one często niewystarczające dla celów porównywania. Aby porównanie było przydatne i sensowne, dokładność narzędzia i technologia będąca jego podstawą, powinny być zarówno niezawodne jak i rzetelne przy porównywaniu dwóch produktów o zupełnie odmiennych składach i zastosowaniach, nawet jeśli dotyczą takiego samego użycia.

Zbyt wiele narzędzi zostało dla uproszczenia opartych na nierzetelnych i nieuzasadnionych założeniach prowadzących do mylących porównań. Oto łatwe do popełnienia błędy: •

• • •

porównywanie energii i kosztu na tonę zamiast na m2 materiału, co prowadzi do zafałszowania informacji w odniesieniu do cieńszych i lżejszych materiałów, takich jak miedź pominięcie kosztu i korzyści środowiskowych w przypadku kompletnej konstrukcji z lekkich materiałów użycie niewłaściwego oszacowania czasu eksploatacji, dodając w ten sposób "zużycie energii" dla zbędnej wymiany urządzenia nieuwzględnienie obecnych wydajnych praktyk recyklingu.

Architekci powinni traktować jako zalecenie, aby w swoich porównaniach koncentrować się na: energii pierwotnej; potencjale niszczenia ozonu; potencjale zakwaszania; potencjale eutrofizacji i potencjale fotochemicznego powstawania ozonu. Są to dobrze znane, globalne i dojrzałe kategorie oddziaływania a nie inne, mniej znane, nierzetelne i błędne wskaźniki porównawcze, szczególnie w dziedzinach toksyczności, użytkowania gruntów i wykorzystania zasobów.

WIĘCEJ NA TEN TEMAT MOŻNA ZNALEŹĆ NA: https://copperalliance.pl/zalety-miedzi/

Projekt Eden: The Core, Zjednoczone Królestwo Zdjęcie © Peter Cook Jest to największe w świecie, zamknięte pomieszczenie dla tropikalnej roślinności, o najlżejszej konstrukcji, zbudowane w najbardziej ekologiczny sposób.

GREEN BUILDING

ZIELONY BUDYNEK NA COPPER CONCEPT Aby znaleźć więcej przykładów zrealizowanych projektów oraz informacje na temat zielonych budynków, przejdź do copperconcept.org/pl/ references i włącz filtr “green building” lub zeskanuj kod QR.

COPPERCONCEPT.ORG 7

8 COPPER IN ARCHITECTURE 2019

Budynek administracji lokalnej, Turku, Finlandia Architekci: Risto-Veikko Luukkonen, Helmer Steenroos Zdjęcie © Robert Pinter

Olimpijska Hala do piłki ręcznej – Copper Box, Londyn, Wlk. Brytania Architekci: Make Architects Zdjęcie © Make

Elewacje budynku zostały powtórnie wyłożone miedzią z wykorzystaniem tego samego, oryginalnego materiału, który był zainstalowany w latach 1960-ych – imponujący przykład długotrwałej wartości miedzi jak jako aktywu w budynkach.

Kluczową właściwością budynku jest pokrycie 3000 m2 powierzchni budynku miedzią o zawartości 65% materiału pochodzącego z recyklingu. Miedź architektoniczna może być wytwarzana z zawartością 100% materiału pochodzącego z recyklingu i w przyszłości może być powtórnie poddawana recyklingowi. COPPERCONCEPT.ORG 9

WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE I MECHANICZNE Europejska norma EN 1172 "Miedź i stopy miedzi: Blachy i taśmy dla budownictwa" określa skład i właściwości mechaniczne oraz wymagania dotyczące blach i taśm z miedzi i stopów miedzi przeznaczanych do stosowania w budownictwie. Miedź jest zasadniczo stosowana jako lekkie pokrycie, wymagające lżejszej konstrukcji wsporczej niż inne materiały. Dzięki niskiemu współczynnikowi rozszerzalności cieplnej miedziane dachy i elewacje minimalizują ruchy powodowane zmianami temperatury, co pozwala uniknąć degradacji i uszkodzeń. Miedź może być obrabiana w każdej temperaturze, a w niskich temperaturach nie staje się krucha, jak potwierdzają to poniższe dwie, kryte miedzią realizacje: • •

Capanna Regina Margherita – najwyżej położone schronisko górskie w Europie na wysokości 4554 m, w pobliżu szczytu masywu Monte Rosa. Svalbard Science Centre – położone na północy Norwegii, gdzie średnia najniższa temperatura lutego wynosi –21°C.

Ponadto, wysoka temperatura topnienia miedzi powoduje, że nie będzie ona "pełzać" lub rozciągać się przy upalnej pogodzie, jak to się dzieje w przypadku innych metali. Zgonie z normą EN 13501-1 miedź jest zaliczona do najwyższej klasy A1 (materiał niepalny). Blachy z miedzi i stopów miedzi są niepalne i nie wydzielają dymu ani toksycznych gazów. Doświadczenie dowodzi, że w przypadku pożaru miedź działa jako bariera przeciwko rozprzestrzenianiu się ognia. 10

COPPER IN ARCHITECTURE 2019

WŁASNOŚCI MECHANICZNE

Cu-DHP CuZn0,5

CW024A CW119C

CuSn0,15

CuAl5Zn5Sn1 CuSn4 CuZn15

CW117C

CW309G CW450K CW502L

Wyroby z miedzi (blachy i taśmy) mogą być dostarczane w szerokim zakresie stanów utwardzenia. Stany te są oznaczane zgodnie z normą EN 1172 jako miękki (R220), półtwardy (R240) lub twardy (R290). Litera R oznacza wytrzymałość na rozciąganie (w N/mm2) – im wyższa wartość, tym materiał jest bardziej wytrzymały i twardszy.

W przypadku trudnych do pokrycia kształtów, gdzie zachodzi potrzeba gięcia blach, formowania łączeń na rąbek, wysklepienia lub kształtowania przez rozklepywanie, korzystniejsze jest użycie miękkiego materiału, natomiast w przypadku ciągłych płaskich powierzchni zalecany jest materiał w stanie półtwardym. Twardy materiał jest zalecany do wyrobu kasetonów lub pokryć profilowanych.

Twardość

140

A0 mm % min. 33

300

140

R290

290

250

FIZYCZNE WŁAŚCIWOŚCI MIEDZI

H090

Gęstość

8.94 g/cm3

R250

250

320

200

Temperatura topnienia

1083°C

H060

1,7 mm/m ΔT=100K

R300

300

370

250

H085

110

Współczynnik rozszerzalności cieplnej Moduł sprężystości w 20°C

R400

400

170

H080

R290

290

390

190

H070

100

R310

310

370

200

290

H090

115

Wytrzymałość na rozciąganie Rm

Umowna granica plastyczności 0,2 %

Material condition

N/mm2 min. max.

R220

220

260

H040

R240

240

H065

Materiał

Numer

Wytrzymałość na rozciąganie tzw. miękkiej miedzi jest niższa, jest ona łatwo odkształcalna i minimalny promień gięcia jest mniejszy. Miedź półtwarda jest bardziej wytrzymała, ale mniej giętka i podatna na gięcie.

Wydłużenie

Oznaczenie

Symbol

Żaden inny materiał na pokrycie dachowe nie charakteryzuje się podobnym wydłużeniem. Miedź odznacza się także doskonałą plastycznością, dzięki czemu jest najbardziej odpowiednim materiałem do pokrywania złożonych form.

Rp0,2

min. max. -

Wytrzymałość i twardość miedzi można także zwiększyć przez tworzenie stopów z innymi metalami – oznacza to, że stopy miedzi odznaczają się mniejszą podatnością na obróbkę plastyczną (gięcie z małym promieniem krzywizny), ale większą twardością. Lepiej nadają się do pokrycia elewacji, gdzie wymagana jest idealna planarność oraz odporność na uderzenia i zużycie, a materiał musi lepiej wytrzymywać swój własny ciężar. Ciężar własny pokryć dachowych i elewacyjnych z miedzi jest niski, co umożliwia obniżenie kosztu budowy konstrukcji wsporczych.

132 kN/mm²

Svalbard Science Centre, Norwegia Architekci: Jarmund/Vigsnaes Architects Zdjęcia © Nils Petter Dale Izolowana, pokryta miedzią skóra owija się wokół obiektu, tworząc zewnętrzną powłokę przystosowaną do wiejących tu wiatrów i śnieżyc. COPPERCONCEPT.ORG 11

DŁUGOWIECZNOŚĆ Charakterystyka energetyczna, serwisowanie, okres użytkowania i wartość odzysku z recyklingu, są czynnikami determinującymi koszt elementów budynku. Analiza kosztów cyklu życia wykazuje, że miedź wyróżnia się jako bardzo opłacalny materiał pokryć dachowych i okładzin elewacyjnych, ponieważ jest trwała, nie wymaga konserwacji i zapewnia najwyższą wartość likwidacyjną. Z powodu swojej praktycznie nieograniczonej trwałości i wyjątkowych właściwości, miedź jest często stosowana w prominentnych realizacjach i może być błędnie postrzegana jako kosztowny materiał budowlany. Jednak konkurencyjność kosztowa miedzi powoduje, że jest ona wykorzystywana w coraz liczniejszych rodzajach budynków. W przypadku pokryć dachowych i elewacyjnych, koszty inwestycyjne są ponoszone jednorazowo i nie pociągają za sobą żadnych dalszych wydatków. Trwałość tych konstrukcji może przewyższać potencjalny czas użytkowania budynku, a po zainstalowaniu nie wymagają one konserwacji, zatem w kalkulacji kosztów należy uwzględniać również wartość rezydualną materiału po zakończeniu okresu eksploatacji budynku.

W obliczu coraz wyższych kosztów utrzymania budynków, na dłuższą metę bardziej opłaca się pracować z materiałami i konstrukcjami, które są długotrwałe i nie wymagają wiele konserwacji. Miedź z całą pewnością należy do tej kategorii. Pewne aspekty okresu eksploatacji, np. potrzeba dokonywania napraw i konserwacji, są powiązane także z jakością prac wykonanych podczas budowy. Jeżeli użyty jest metal najwyższej jakości, to zapewnienie jego właściwego zainstalowania wymaga także zatrudnienia wysokokwalifikowanych blacharzy.

Centrum Kultury Alb’Oru, Bastia, Francja Architekt: DDA Devaux & Devaux Zdjęcie © Joan Bracco Rozwiązanie z użyciem stopu miedzi ma jeszcze dodatkową zaletę polegającą na braku potrzeby konserwacji – nie koroduje nawet w środowisku morskim.

Trwałość miedzi jest wynikiem złożonego procesu naturalnego patynowania. Miedź wystawiona na działanie czynników zewnętrznych pokrywa się z czasem mocną, ochronną warstwą patyny o właściwościach samoregeneracji. Zapewnia to wyjątkową trwałość i odporność na korozję w praktycznie każdych warunkach atmosferycznych i, w przeciwieństwie do innych metali, miedź nie ulega korozji na spodnich powierzchniach. W konsekwencji, to właśnie podłoże lub konstrukcja wsporcza nieodmiennie ulegają uszkodzeniu, a nie sama miedź; znane są przypadki kiedy miedziane dachy dobrze funkcjonują od ponad 700 lat.

"Miedź stwarza szerokie pole dla kreatywności i jest znana ze swojej ekskluzywności i wyjątkowości realizowanych projektów"

12 COPPER IN ARCHITECTURE 2019

Odporność korozyjna miedzi wystawionej na działanie czynników atmosferycznych była mierzona pod nadzorem Amerykańskiego Stowarzyszenia Badań i Materiałów (ASTM): badania zostały wykonane w celu oceny skuteczności pasywacji przez pomiar ubytku grubości blachy wystawianej przez 20 lat na działanie różnych atmosfer. Wyniki wykazują średni roczny ubytek grubości 1 µm (jednej tysięcznej milimetra), przy czym ubytek ten zmniejsza się w miarę patynowania. Okres użytkowania miedzianych pokryć dachowych i okładzin elewacyjnych można zatem ostrożnie oceniać na 200 lat, zależnie od podłoża i konstrukcji, i jest to poparte doświadczeniem. Naturalnie ma to istotny wpływ na całościową ocenę cyklu życia w kategoriach kosztu, zużycia energii i emisji CO2. Ponadto, miedź jest w 100% przetwarzalna bez utraty swoich początkowych właściwości lub parametrów jakościowych. W przypadku rozbiórki lub remontu może być odzyskana, przyczyniając się do ochrony zasobów naturalnych i oszczędności energii, zachowując przy tym swoją wartość

Ubytek grubości miedzi (Cu 99,9%) w ciągu 20 lat (mikrometr/rok) Atmosfera morska

0,56 - 1,27

Atmosfera przemysłowa

1,40

Atmosfera przemysłowo-morska

1,38

Atmosfera wiejska

0,13 - 0,43

Muzeum Historii Żydów Polskich, Warszawa, Polska Architekci: Lahdelma & Mahlamaki Oy Zdjęcie © Michał Łagoda Miedź jest materiałem preferowanym przez architektów ze względu na swoją estetykę, a także trwałość, z okresem użytkowania przekraczającym 100 lat.

COPPERCONCEPT.ORG 13

KOMPATYBILNOŚĆ MIEDZI Z INNYMI MATERIAŁAMI BUDOWLANYMI Korozja materiałów metalicznych na zewnątrz budynku może być powodowana przez dwa czynniki. Pierwszy z nich ma charakter wyłącznie galwaniczny, tj. występuje gdy dwa różne metale pozostają w bezpośrednim kontakcie. Drugi jest wynikiem odcieku z powierzchni jednego metalu na powierzchnię innego metalu.

Należy unikać sytuowania miedzi ponad cynkiem lub stalą ocynkowaną, ponieważ jony miedzi wypłukiwane wodą deszczową spływają wraz z nią na cynk i reagują z nim powodując przyspieszoną korozję cynku. Odwrotna konfiguracja – cynk ponad miedzią, jest nieszkodliwa, jednak nie może być punktów styku między tymi metalami

Ze względu na swoje położenie po dodatniej stronie szeregu elektrochemicznego metali, miedź nie ulega szkodliwemu oddziaływaniu innych metali. Jednak jeśli jest niewłaściwie łączona z innymi metalami, jak cynk, aluminium i stal, może negatywnie oddziaływać na te metale. Konstrukcje budynków powinny być zatem tak projektowane, aby unikać kontaktu między tymi metalami – zarówno bezpośredniego, jak pośredniego.

Należy też zauważyć, że woda deszczowa spływająca z powierzchni pokrytych substancją bitumiczną wystawionych na działanie słońca może powodować problemy z korozją różnych materiałów, w tym miedzi, a pewne pozostałości wypłukiwane z betonu lub zaprawy mogą powodować, że miedź przyjmuje niebieskozieloną barwę – warto więc temu zapobiegać. Także substancje spłukiwane z gontów cedrowych mogą powodować korozję metali.

Łączenie miedzi ze stalą nierdzewną jest w większości przypadków szkodliwe. Przy wykonywaniu obróbek ze stali ponad elementami z miedzi należy zachować staranność, gdyż na miedzi mogą pojawiać się plamy rdzy spowodowane ściekaniem rdzy ze stali. Łączenie miedzi i aluminium jest możliwe tylko wtedy gdy powierzchnia aluminium jest elektrycznie nieprzewodząca, np. w wyniku nałożenia powłoki lub anodowania. W takim przypadku odciek zawierający miedź nie będzie powodował reakcji elektrochemicznej z aluminium. Należy zapobiegać bezpośredniemu stykaniu się tych dwóch metali przez ułożenie pośredniej warstwy z nieprzewodzącego materiału, lub po prostu, przez pozostawienie przerwy.

USYTUOWANIE OKIEN W ELEWACJI POKRYTEJ MIEDZIĄ Różne rodzaje okien, jak okna drewniane pokryte miedzią, okna w ramach z brązu i okna plastikowe normalnie nie powodują korozji. Jest wielu producentów okien, którzy specjalizują się dostarczaniu okien drewnianych pokrywanych miedzią. Istnieje też wiele możliwości uzyskania pożądanych efektów w projektowaniu przez wykorzystanie różnych profili. Można też stosować okna z anodowanego aluminium oraz z aluminium lakierowanego. Istotne jest jednak, aby unikać bezpośredniego kontaktu z powierzchniami miedzianymi oraz upewnić się, że woda z powierzchni miedzi nie będzie spływała na powierzchnie aluminiowe. Aby wyeliminować skutki spływu, okna powinny być umiejscowione głęboko w elewacji lub alternatywnie, wysunięte i wyposażone w zewnętrzne kołnierze. Należy zauważyć, że przecinane profile aluminiowe posiadają w miejscach wykonania cięcia niezabezpieczone powierzchnie. Powierzchnie te powinny być pokryte warstwą trwale zabezpieczającą przed korozją. Wiele skutecznych rozwiązań problemu spłukiwania można uzyskać za pomocą różnych rodzajów łączeń i fartuchów okapowych. Zazwyczaj przyczyną korozji nie są obfite spływy, ponieważ stężenie jonów w nich jest niskie w skutek rozcieńczenia w dużej ilości wody. Natomiast rosa i niewielkie ilości opadu, często oznaczają spływ agresywnego roztworu.

Dom mieszkalny, Amsterdam, Holandia Architekci: Hund Falk Architecten Zdjęcie © Ivan Brodey Płaska ściana, całkowicie pokryta dwustronnie oksydowaną taśmą miedzianą, oraz płaskie, czarne aluminiowe ramy, przywołują abstrakcyjny widok dawniejszych budynków.

COPPERCONCEPT.ORG 15

WALORY ARCHITEKTONICZNE KOLOR I PATYNA Wygląd powierzchni miedzi wystawionej na działanie czynników atmosferycznych ewoluuje poczynając od chwili zainstalowania poprzez kilka faz aż do wytworzenia naturalnej patyny – jest to unikalna właściwość miedzi. Pełne zrozumienie tego procesu jest szczególnie ważne dla projektantów budynków. Natychmiast po zainstalowaniu, na powierzchni miedzi wystawionej na działanie naturalnych czynników atmosferycznych rozpoczyna się proces utleniania, który uwidocznia się bardzo szybko. Powierzchnia stopniowo matowieje, a na materiale wytwarza się ochronna warstwa tlenku zmieniająca jej barwę na czerwonobrązową. W miarę jak proces ten postępuje z upływem lat, powierzchnia coraz bardziej ciemnieje i przybiera barwę czekoladowobrązową. Dalsze oddziaływanie czynników atmosferycznych powoduje powstawanie charakterystycznej zielonej patyny, lub w klimacie morskim – niebieskiej. Warstwa patyny zapewnia doskonałą ochronę przed korozją i ma zdolność do odtwarzania się w przypadku uszkodzenia, co decyduje o wyjątkowej długowieczności pokrycia miedzią. Do utworzenia się zielonej patyny niezbędna jest pewna ilość wody deszczowej, a czas jej utrzymywania się na powierzchni miedzi decyduje o szybkości patynowania. Z tego powodu proces ten przebiega znacznie wolniej na pionowych powierzchniach, z których woda szybko spływa, niż na dachach – z wyjątkiem obszarów nadmorskich.

SURFACE EVOLUTION

EWOLUCJA POWIERZCHNI MIEDZI NA COPPER CONCEPT Aby poznać więcej przykładów realizacji projektów i uzyskać informacje na temat ewolucji powierzchni miedzi i jej stopów przejdź do copperconcept.org/en/references i włącz filtr “surface evolution” lub zeskanuj kod QR. Broszura na ten temat jest także dostępna na copperconcept.org/pl/publikacje

Zanieczyszczenia obecne w powietrzu także zwiększają szybkość patynowania, która zatem w czystych środowiskach przebiega wolniej i wymaga więcej czasu niż w miastach lub obszarach przemysłowych. Złożona kombinacja czynników określa charakter i szybkość tworzenia się patyny, nadając miedzi wyjątkowe cechy wizualne, które wraz upływającym czasem ewoluują w odpowiedzi na lokalne warunki. Wielu architektów i właścicieli pragnie widzieć ciemnobrązową barwę miedzi lub charakterystyczną zieloną patynę już od chwili instalacji, bez czekania kilka lat lub dekad na zmiany powodowane przez oddziaływanie naturalnych warunków atmosferycznych – nawet w takich miejscach, jak pionowe okładziny elewacyjne lub zadaszone powierzchnie, gdzie powodowane deszczem patynowanie może nigdy nie wystąpić.

Miedź wstępnie patynowana jest oczywiście przydatna w dziedzinie konserwacji budynków zbytkowych. Jej potencjał jest jednak najbardziej fascynujący, kiedy potraktujemy ją jako materiał dla budownictwa w pełni nowoczesnego, łączący charakterystyczną zieloną barwę ze swobodą form możliwych do wykonania w miedzi. Po zainstalowaniu powierzchnia nadal ewoluuje całkowicie naturalnie, w charakterystyczny dla miedzi sposób. PRAWDOPODOBNY CZAS TWORZENIA SIĘ ZIELONEJ PATYNY W środowisku wiejskim lub na Min. 30-40 obszarach wyżynnych lat IW środowisku średniego miasta

15 - 30 lat

W środowisku przemysłowym lub wielkomiejskim

8 - 20 lat

Obecnie są dostępne różne metody obróbki powierzchni, podobne do procesów zachodzących z upływem czasu w naturalnym środowisku, a wiodący producenci mogą od razu dostarczać materiał oksydowany lub patynowany. Wstępnie oksydowana miedź zapewnia natychmiastowy efekt estetyczny atrakcyjnej, naturalnie utlenionej powierzchni, ponadto minimalizuje wszelkie plamy, które mogą pojawiać się na lśniącej, wykończonej przez walcowanie powierzchni miedzi i może przyspieszać proces naturalnego patynowania po wpływem słońca, deszczu, śniegu i wiatru.

2014

2016 Meripaviljonki (Pawilon morski), Helsinki, Finlandia Architekci: Arkkitehtitoimisto Freese Oy Zdjęcie © Esko Tuomisto Wybór miedzi jest uznaniem dla zrównoważonego charakteru materiału, jego trwałości, minimum konserwacji i pięknej patyny. Zdjęcia wykonane w latach 2014 i 2015 (widoczny wpływ czynników atmosferycznych). COPPERCONCEPT.ORG 17

COPPER IN ARCHITECTURE 2019

STOPY MIEDZI STOSOWANE W ARCHITEKTURZE Istnieje ponad 400 stopów miedzi, każdy wyróżniający się unikalną kombinacją właściwości, odpowiednich dla różnych zastosowań. Niektóre z nich – brąz, mosiądz i złoty stop miedzi – są stosowane w architekturze do krycia dachów i jako okładziny elewacyjne, dzięki kilku współwystępującym czynnikom, takim jak nadzwyczajna trwałość, niezwykłe piękno i wytrzymałość mechaniczna. Stopy miedzi stosowane w budownictwie przejawiają także indywidualne cechy gdy w naturalny sposób zmieniają się pod wpływem czynników zewnętrznych. Są one instalowane szczególnie na elewacjach, ale mogą być również wykorzystywane do krycia dachów. Ponadto ich barwy mogą być nieco modyfikowane, na przykład przez nakładanie wosku, w celu uwydatnienia atrakcyjnych niuansów powierzchni.

BRĄZ Muzeum Historii Ogrodów, Londyn, Zjednoczone Królestwo Architekci: Dow Jones Architects Zdjęcie © David Grandorge Pawilony są pokryte wykonanymi indywidualnie gontami z brązu, układanymi tak, aby odzwierciedlały przypominającą łuski, korę otaczających platanów. 18 COPPER IN ARCHITECTURE 2019

BRĄZ Stop miedzi i cyny – synonim dzieł sztuki z metalu. Podczas gdy artyści od dawna używają brązu, architekci dopiero teraz mogą optymalnie wykorzystywać ten materiał. Jest on także dobrze znany w technice, szczególnie w zastosowaniach wymagających odporności na zużycie, jak sprężyny, przekładnie i łożyska.

ZŁOTY STOP MIEDZI

W architekturze brąz jest ceniony ze względu na swoją sztywność, odporność na zużycie, dużą trwałość i odporność na korozję. Jego czerwonawo-brązowa powierzchnia, wystawiona na działanie czynników atmosferycznych przechodzi stopniowo w ciemnobrązowy antracyt w charakterystyczny dla brązu sposób. Powłoka patyny tworzy się znacznie wolniej niż na czystej miedzi.

Jest to stop miedzi z aluminium i cynkiem, odznaczający się znakomitą odpornością na korozję i bardzo dobrymi właściwościami mechanicznymi (wytrzymałością i odpornością na zużycie) wskutek wytwarzania cienkiej i twardej ochronnej warstwy tlenku, zawierającej wszystkie trzy pierwiastki stopowe. Z tego powodu jest także używany do bicia monet – nominały 10, 20 i 50 eurocentów są wykonane ze stopu CuAl5Zn5Sn1. Pod względem estetycznym wyróżnia się pięknym złotym kolorem, który z upływem czasu nieco matowieje, przyjmując elegancki i trwały matowo-złoty wygląd.

MOSIĄDZ

ZŁOTY STOP MIEDZI Budynek sądu, St. Pölten, Austria Architekt: Christian Kronaus Zdjęcie © Thomas Ott Poprzez właściwą sobie głębię barwy, materiał nadaje budynkowi miły i ciepły charakter, który zmienia się ciągle wraz z warunkami oświetlenia.

Stop miedzi i cynku o charakterystycznym złotożółtym kolorze Obecność cynku poprawia wytrzymałość mechaniczną i twardość. Dzięki zwiększonej wytrzymałości blachy mosiężne lepiej wytrzymują swój własny ciężar, jak również niespodziewane uderzenia. Nowa powierzchnia wystawiona na działanie czynników atmosferycznych ciemnieje i stopniowo przybiera ciemnobrązową barwę. Na koniec może pokrywać się patyną, ale znacznie wolniej niż miedź. Mosiądz także doskonale nadaje się do stosowania we wnętrzach, a jego powierzchnia może być poddawana obróbce dla uzyskania lekko brązowego wykończenia.

MOSIĄDZ Nowe centrum informacyjne dla zwiedzających, Lund, Szwecja Architekci: Marge Arkitekter Zdjęcie © Johan Fowelin Na zewnętrzną powłokę nowego budynku został wybrany mosiądz, jako naturalny materiał o bogatej, wibrującej powierzchni. W miarę jak materiał pokrycia będzie z wiekiem dojrzewał, budynek będzie się wtapiał w krajobraz miasta.

COPPERCONCEPT.ORG 19

KONSTRUKCJA I INSTALACJA SYSTEMY POKRYĆ DACHOWYCH Strukturalne formowanie elementów okładzin elewacyjnych i pokryć dachowych z blach zostało w ostatnich stuleciach udoskonalone w oparciu o właściwości materiału. Metalowe elementy okładzinowe są produkowane z cienkiego materiału (0,5-1,0 mm) i mają przy tym dużą powierzchnię. To właśnie z tego powodu wymiary tych blach zmieniają się znacznie pod wpływem zmian temperatury. Stosowane jako materiały pokryć dachowych są często narażone na różnice temperatur sięgające nawet 100°C. Pokrycie dachowe musi dopuszczać zmiany wymiarów i ruchy będące wynikiem rozszerzalności cieplnej a jednocześnie musi spełniać wymagania stawiane membranom dachowym, które muszą być wodoszczelne, mrozoodporne, trwałe i mocne. Blachy stosowane na pokrycia dachowe – wśród których miedź zajmuje wybitną pozycję – dają się łatwo kształtować i nie przepuszczają wilgoci. Należy dobierać wymiary części przeznaczonych na zakładkę i formować łączenia, w taki sposób, aby zapewnić tolerancję ruchów termicznych i jednocześnie uniemożliwić przenikanie wilgoci wzdłuż łączeń. Podstawową zasadą w przypadku każdego pokrycia dachu jest, aby płaty pokryciowe nigdy nie były trwale mocowane bezpośrednio do podkładu. Przylegające do siebie blachy są łączone ze sobą za pomocą wielokrotnego łączenia wzdłuż krawędzi (rąbek) i są mocowane do powierzchni, tak aby po zagięciu przykrywały elementy mocujące (żabki, języki).

COPPER IN ARCHITECTURE 2019

Dzięki takiemu rozwiązaniu zostają utworzone szczeliny dylatacyjne, zatem płaty pokryciowe mają możliwość rozszerzania się lub kurczenia bez widocznych deformacji, pofałdowań lub innych uszkodzeń. W praktyce najczęściej spotykane są dwa rodzaje pokryć dachowych: pokrycie z łączeniem na rąbek stojący i pokrycie z łączeniem na listwach.

Przy mocowaniu ciągłym wzdłuż linii, stosowane są tzw. języki, które na całej długości są przytwierdzone bezpośrednio do podłoża a blachy są zaginane i zawijane na nich. Krycie z łączeniem na listwach, podobnie jak krycie z łączeniem na rąbek stojący, jest wykonywane z pasów, ale nie są one łączone bezpośrednio ze sobą, lecz mocowane do listew przybijanych gwoździami lub mocowanych wkrętami do podłoża równolegle do linii spadku dachu. Łapki w kształcie litery U są umieszczane pod listwą. Cała listwa jest zatem przykryte pasem blachy zawiniętym na bokach w dół.

Pokrycie z łączeniem na rąbek stojący jest wykonywane z płatów pokryciowych układanych prostopadle do gzymsu (tj. równolegle do linii spadku połaci) łączonych na podwójny rąbek stojący. Metodę tę Rozwiązanie to jest bardziej nieprzepuszczalne niż stosuje się dla nachyleń przekraczających 6-7%. rąbek stojący, ponieważ łączenia są usytuowane Na ogół, tzw. łapki służące do mocowania, wyżej; może być stosowane nawet przy nachyleniach są przybijane za pomocą miedzianych gwoździ do połaci dachu wynoszących 3%. poszycia lub podłoża dachu w miejscu styku dwóch Obydwa sposoby mogą być stosowane w przypadku sąsiednich paneli pokryciowych. Przy łączeniu pasów, łapki są zaginane razem z blachą. W tan sposób blachy pokrycia płatami z blachy lub pasów, przyciętych na długość krokwi, albo prefabrykowanymi elementami są zamocowane, ale ponieważ mocowanie jest z profilowanej taśmy. pośrednie, połączenie zapewnia ruchomość. Przy układaniu pasów blachy pracownicy muszą pozostawić pomiędzy nimi kilkumilimetrowe odstępy dla umożliwienia poprzecznych ruchów powodowanych zmianami temperatury. Stosowanie łapek przesuwnych jest charakterystyczne dla krycia miedzią. Składają się one z dwóch części, posiadających możliwość wzajemnego przesunięcia i umożliwiają większy zakres ruchów cieplnych.

Sanktuarium Montevergine, Mercogliano, Avellino, Włochy Architekci: Studio Arch Luigi Picone Sekcje walcowanej blachy miedzianej były podwójnie zaginane na deskach okapowych z drewna kasztanowego za pomocą giętarek i/lub specjalnych kleszczy do zaginania rąbków.

COPPERCONCEPT.ORG 21

WYKONANIE RĄBKA STOJĄCEGO POJEDYNCZEGO

ŁAPKI NIEPRZESUWNE

WYKONANIE RĄBKA PODWÓJNEGO RODZAJE RĄBKÓW

ŁAPKA DWUDZIELNA

PROFILOWANA ŁAPKA NIEPRZESUWNA

RĄBEK LEŻĄCY RĄBEK STOJĄCY PODWÓJNY Z NIEPRZESUWNA ŁAPKĄ DWUDZIELNĄ RĄBEK STOJĄCY POJEDYNCZY

Centrum sportu i wypoczynku, Budapeszt, Węgry Architekci: T2.a Architects Zdjęcie © Zsolt Batár Znaczący budynek sportowy w Budapeszcie zmienia swój zwyczajny prostokątny plan w przestrzeń nakrytą złożonym, wielopłaszczyznowym, miedzianym dachem.

0 ±3

RĄBEK STOJĄCY PODWÓJNY

Oranżeria, Huizen, Holandia Architekci: Braaksma & Roos Architectural Office Zdjęcie © ECI

ŁAPKA ZAGIĘTA

Cały dach jest pokryty miedzią, podobnie jak wykusze Dworu. Przed drzwiami i na wschodniej elewacji zastosowano ekrany z perforowanej, wstępnie patynowanej miedzi.

SCHEMAT POKRYCIA DACHOWEGO NA RĄBEK STOJĄCY 22 COPPER IN ARCHITECTURE 2019

COPPERCONCEPT.ORG 23

W innego rodzaju pokryciu dachowym stosowane są prefabrykowane blachy profilowane, podobne do wykonywanych z innych metali. Pokrycie takie jest montowane z paneli blachy falistej, wyposażonych w elementy mocujące. System ten umożliwia bardzo szybką pracę na dużych płaskich powierzchniach. Rezultat przypomina pokrycie z łączeniem na listwy.

Sala Festiwalowa Le Safran, Brie Comte Robert, Francja Architekci: S.C.P.A. Sémon-Rapaport Mandataire de L’Equipe, Brie Comte Robert DUPRE, Saintes Zdjęcie © KME 0-

Blacha miedziana jest od stuleci stosowana do krycia dachów; w tym także w postaci miedzianych gontów (lub rombów) – niewielkich arkuszy blachy, używanych do krycia elewacji, kopuł i innych powierzchni dachów.

Właściwy system pokrycia należy dobierać – poza względami estetycznymi – w oparciu o kryteria geometrii i dogodności. Decydujące znaczenie ma tu nachylenie dachu. Pokrycie z łączeniem na listwach lub zastosowanie profilowanych blach, tworzy obraz o wyrazistych rysach, ożywiając duże powierzchnie. Tego rodzaju pokrycia nie nadają się jednak dla powierzchni łukowych lub bardziej złożonych form dachu; co więcej, instalacja pokrycia z łączeniem na listwach jest dość pracochłonna. Bardzo skomplikowane formy dachu można stosunkowo łatwo pokrywać blachą łączoną na rąbek stojący. W rezultacie obraz pokrycia będzie jednorodny, a panele słabiej zaakcentowane. Szerokość paneli i grubość blachy są wyznaczone względami estetycznymi oraz przez wymiary i proporcje dachu, położenie nadbudówek i – co nie mniej ważne – przez siły wiatru działające na dach. Przy wyborze systemu pokrycia dachowego projektant musi brać pod uwagę przede wszystkim niezawodność konstrukcji, jej wykonalność i opłacalność ekonomiczną, z uwzględnieniem wszystkich wymogów architektonicznych i estetycznych.

COPPER IN ARCHITECTURE 2019

SCHEMAT POKRYCIA DACHOWEGO Z ŁĄCZENIEM NA LISTWACH UKŁADANIE POSZYCIA DACHOWEGO Z ŁĄCZENIEM NA LISTWACH

TYP B

Zmienną fakturę powierzchni można uzyskać instalując łuski lub gonty, wykorzystujące właściwości tego metalu. Powierzchnia taka składa się z jednakowych elementów, produkowanych fabrycznie lub wykonywanych na miejscu. Pod względem rozmiarów i faktury przypomina ona pokrycie małymi płytkami, lecz jej struktura jest inna. Panele w kształcie rombów, prostokątów lub kwadratów są zaginane na wszystkich czterech krawędziach w taki sposób, że łączenia na pojedynczy rąbek leżący nakładają się i zahaczają się wzajemnie na każdym boku. Elementy te są kolejno mocowane łapkami. Ze względu na swoje niewielkie rozmiary i połączone krawędzie, tworzą sztywne, stanowiące jedną całość pokrycie, które może być mocowane zgodnie z rozstawem elementów podparcia.

Miedziany dach budynku Rosneft, Moskwa, Rosja Architekci: Archexpert Zdjęcie © Savros Unikatowe, trójwymiarowe gonty miedziane, chrakteryzujące się wzmocnionymi własnościami konstrukcyjnymi, wytworzone przez lokalnego specjalistę przy użyciu samodzielnie wykonanych maszyn. COPPERCONCEPT.ORG 25

OKŁADZINY ELEWACJI I ŚCIAN Z nadejściem dwudziestego wieku nastąpiła transformacja historycznej roli miedzi, jako trwałego pokrycia dachowego w materiał elastycznej powłoki architektonicznej dla wszelkiego rodzaju powierzchni, w tym ścian. Miedź może być użyta, jako kompletna zewnętrzna powłoka okrywająca złożone formy budynku, z zachowaniem ciągłości materiału. Powierzchnie mogą być płaskie, zakrzywione lub wielopłaszczyznowe, układane pod dowolnym kątem nachylenia i w każdym środowisku. Może także nadawać niepowtarzalny charakter poszczególnym elementom elewacji, szczególnie w połączeniu z innymi wysokiej jakości materiałami, jak kamień, cegła, szkło i drewno.

SYSTEMY ELEWACYJNE BLACHY ŁĄCZONE NA RĄBEK STOJĄCY I PROFILOWANE Blachy miedziane mogą być instalowane w elewacjach z użyciem tych samych technik łączenia jak dla pokryć dachowych – w większości przypadków na rąbek stojący zagięty, gdyż na pionowych powierzchniach wodoszczelność nie jest pierwszoplanowym problemem. Możliwe jest także użycie różnego rodzaju blach profilowanych (falistych, trapezowych), w tym także profili wykonywanych na zamówienie.

BLACHA PROFILOWANA

POKRYCIE Z ŁĄCZENIEM NA RĄBEK STOJĄCY ZAGIĘTY

Oprócz standardowych blach miedzianych istnieje wiele innych wyrobów z miedzi, które stwarzają dodatkowe wymiary modyfikacji, faktury i przezroczystości powierzchni architektonicznych. Techniki i systemy instalacyjne również pomagają zdefiniować charakter architektoniczny – istnieje bardzo szeroki asortyment prefabrykowanych systemów elewacyjnych, jak również miedzianych blach i taśm. Przedstawiona tutaj struktura okładzin jest oparta na koncepcji wentylowanej okładziny, montowanej na wspornikach, tworzącej zoptymalizowany system, który bezpiecznie okrywa zamkniętą, wiatroszczelną konstrukcję wewnętrzną. Przestrzeń wentylowana jest wymagana z kilku powodów: obniżenie wilgotności, odprowadzanie przenikającej wody deszczowej poza konstrukcję, zabezpieczenie przed podciąganiem kapilarnym między pokryciem a paroprzepuszczalną izolacją cieplną lub konstrukcją wsporczą oraz odprowadzanie wilgoci skondensowanej na wewnętrznej stronie okładziny. 26

COPPER IN ARCHITECTURE 2019

Muzeum Sztuki, Ahrenshoop, Niemcy Architekci: Staab Architekten Zdjęcie © Christian Richters/ KME/ MN

Muzeum Ognia, Żory, Polska Architekci: OVO Grąbczewscy Architekci Zdjęcia: © Tomasz Zakrzewski / archifolio

Z pozoru przypadkowa, ożywiona profilowana struktura powierzchni zdaje się ciągle płynąć bez widocznego przesunięcia – nawet w miejscach gdzie spotykają się okapy – sprawiając wrażenie, że została odlana z metalu jako jedna całość.

Ten niezwykły budynek, Muzeum Ognia, przypomina płomienie pełzające po ziemi – Jest jak tańczące płomienie

COPPERCONCEPT.ORG 27

GONTY

PANELS

KASETY

Gonty dają charakterystyczny wygląd "rybiej łuski" o kształtach kwadratów, rombów, równoległoboków i prostokątów. Są to płaskie płytki są układane po prostu przez zawieszanie i wzajemne ich łączenie, co jest ekonomicznie korzystne.

Panele to elementy okładzin elewacyjnych, wstępnie formowane na dwóch bokach, które mogą być wzajemnie zestawiane poziomo, pionowo lub ukośnie, tworząc ciągłą, pokrytą żłobieniami powierzchnię. Przy montażu na miejscu budowy panele są łączone na pióro i wpust lub na zakładkę. Długość paneli sięga 4 000 mm przy szerokości do ok. 500 mm.

Kasety są elementami pokryciowymi, których wszystkie krawędzie są zaginane; są dostępne w szerokim zakresie wymiarów i proporcji prostokątów. Są produkowane dla indywidualnych realizacji, zgodnie z koncepcją danego projektu. Okładzina kasetowa szczególnie nadaje się do pokrywania większych płaskich powierzchni, zapewniając dużą elastyczność pod względem różnorodności formatów, rozmieszczenia złącz i sposobów mocowania.

Gonty są na wszystkich krawędziach zagięte pod kątem 180° – dwa boki są wyposażone w zakładkę wysuniętą do przodu lub w rowek. Krawędzie gontów są fabrycznie wstępnie obrabiane. Gwarantuje to, że naroża budynków i łączenia z innymi elementami konstrukcyjnymi, takimi jak okna i drzwi, są całkowicie odporne na warunki atmosferyczne.

Ponieważ panele nie są układane w kontakcie z konstrukcją podkładową, należy między konstrukcją a miedzią umieścić materiał stały (drewno, tworzywo sztuczne), w szczególnie od poziomu gruntu do wysokości około 2 m, aby uniknąć ewentualnych wgnieceń lub uszkodzeń.

Field Street/Leeke Street, Londyn, Zjednoczone Królestwo Architekci: Project Orange Zewnętrzna fasada jest pokryta "łuskami" z oksydowanej miedzi, które wzajemnie nakładają się i łagodzą dominującą geometrię budynku. 28 COPPER IN ARCHITECTURE 2019

Mocowanie kaset odbywa się zwykle za pomocą nitów, wkrętów, krytych albo podpowierzchniowych kształtek, lub przy użyciu wkręcanych haków mocujących kasety bezpośrednio do podłoża.

Szkoła Edukacji Specjalnej, Dinkelscherben, Niemcy Architekci: Frech & Mair Architekten BDA, Augsburg Zdjęcie: KME Poziomo układane panele z widoczną przerwą, nadają elewacjom szczególny charakter.

Clarion Hotel Post, Gothenburg, Szwecja Architekci: Semrén & Månsson Zdjęcia © Lennart Hyse Okładzina jest wykonana z pasów miedzi o trzech szerokościach – 200, 250 i 300 mm, w trzech różnych odcieniach intensywności wstępnego patynowania, zmieniając udział zieleni na ciemnobrązowym tle. COPPERCONCEPT.ORG 29

PRZEZROCZYSTE STRUKTURY Przemysł miedziowy bezustannie opracowuje nowe produkty w celu uwydatnienia estetycznych zalet miedzi i jej stopów stosowanych w architekturze, jak również zwiększenia zakresu swobody z jakiego architekci mogą korzystać pracując z miedzią. Jednym z najnowszych produktów są miedziane blachy i taśmy perforowane lub siatki cięto-ciągnione, które dają nowe możliwości uzyskania przezroczystości i mogą być produkowane indywidualnie zgodnie z wizją architekta. Perforowanie miedzianych blach i taśm daje wiele możliwości tworzenia niepowtarzalnych projektów, w tym subtelnych wzorów, obrazów lub nawet tekstu. Możliwe jest uzyskanie różnych stopni przejrzystości – od prawie całkowitej przezroczystości do przytłumionego przepuszczania światła. Efekt elewacji podświetlonej od wewnątrz umożliwia zindywidualizowanie projektowania dzięki użyciu dużej liczby różnych wzorów perforacji. Nie ma także praktycznie żadnych ograniczeń w stosowaniu perforowanej miedzi i jej stopów, jako elementów dekoracji wnętrz.

Publiczna scena, Trondheim, Norwegia Architekci: HUS arkitekter AS Zdjęcie © Mathias Herzog Gra dziennego światła na ręcznie patynowanej, wielowarstwowej powierzchni wzbogaca unoszący się w powietrzu baldachim, który w nocy rozświetla się własnym światłem.

Konstrukcje z siatki cięto-ciągnionej są wykonywane przez nacinanie a następnie rozciąganie materiału w celu utworzenia metalowej osłony o walorach zarówno funkcjonalnych jak estetycznych. Różne formy siatki cięto-ciągnionej zapewniają otwartość i tworzą solidną barierę, oferując zarówno przejrzystość, jak i ochronę mechaniczną.

Zastosowanie siatki miedzianej na budynku nadaje elewacji przyjemną lekkość. Siatka miedziana instalowana przed szklaną powierzchnią zapewnia bezpieczeństwo w estetycznej formie, a także fascynujące wrażenia z zewnątrz i od wewnątrz.

Centrum Kultury Alb’Oru, Bastia, Francja Architekci: DDA Devaux & Devaux Architectes Zdjęcie © Joan Bracco Zastosowanie siatki miedzianej na budynku nadaje elewacji przyjemną lekkość. Siatka miedziana instalowana przed szklaną powierzchnią zapewnia bezpieczeństwo w estetycznej formie, a także fascynujące wrażenia z zewnątrz i od wewnątrz.

COPPERCONCEPT.ORG 31 30

COPPER IN ARCHITECTURE 2019

DYNAMICZNE ELEWACJE DYNAMIC FACADE

Elewacja ma chronić budynek i być jego twarzą zwróconą w stronę zewnętrznego świata. Musi posiadać trwałą, odporną na działanie czynników atmosferycznych warstwę uszczelniającą – powierzchnię, która chroni przed wiatrem i wpływami pogody oraz jest łatwa w utrzymaniu. Najbardziej zewnętrzna warstwa elewacji musi być też połączona z efektywnym, funkcjonalnym materiałem izolacyjnym. W ostatnich kilku latach do dobrze znanych funkcji elewacji: estetycznej, izolowania i zabezpieczenia przed wpływem czynników atmosferycznych, została dołączona jeszcze jedna funkcja – optymalizacja zużycia energii. Zewnętrzna powłoka budynku zmienia się dynamicznie aby – czy to przez pasywne ocienianie i wentylację, czy też za pomocą skomplikowanych systemów – regulować wewnętrzne środowisko w celu obniżenia zapotrzebowania na energię. Oczywiście w tego rodzaju dynamicznych elewacjach miedź odgrywa prominentną rolę. Wytrzymała, kowalna i skalowalna, jest materiałem z wyboru dla architektów wprowadzających innowacje w projektowaniu funkcjonalnego pokrycia. Stosując miedziane taśmy lub elementy wysunięte przed lico fasady, mogą oni lepiej panować nad światłem i ciepłem oraz polepszyć charakterystykę energetyczną budynku. W formie surowej powierzchni, która z upływem czasu ewoluuje, elewacja ożywia budynek i staje się kluczowym czynnikiem jego integracji ze środowiskiem.

DYNAMICZNE ELEWACJE NA COPPER CONCEPT Aby poznać więcej przykładów i uzyskać informacje na temat dynamicznych elewacji, przejdź do copperconcept.org/pl/referencje i włącz filtr “dynamic facade” lub zeskanuj kod QR

Dom kupca, Kopenhaga, Dania Architekci: HUS arkitekter AS Zdjęcie © Jens Markus Lindhe Powierzchnie miedzianej kurtyny mogą się łatwo składać, tworząc układ okien dopasowany do rozmieszczenia okien sąsiednich budynków. Gdy są zamknięte, osłona staje się jednorodna i nieprzenikalna – lecz potem staje się przejrzysta, odsłaniając w nocy oświetlone wnętrze.

W odpowiedzi na zmiany zachodzące w życiu miejskim – zarówno organizacyjne, technologiczne jak społeczne – architekci i urbaniści muszą wprowadzać innowacje. Dynamiczne miedziane elewacje umożliwiają interakcję budynków i środowiska oraz mogą ograniczać zużycie energii na ogrzewanie i sztuczne oświetlenie, regulować wentylację, światło lub przezroczystość i stwarzać niespotykane dotąd efekty wizualne.

Konserwatorium Claude Debussy'ego, Paryż, Francji Architect: BasaltArchitecture architectes Zdjęcie © Sergio Grazzia Perforowana w rytmie melodii powłoka, która wyłania się i przybiera kształt zewnętrznych ścian.

COPPER IN ARCHITECTURE 2019

COPPERCONCEPT.ORG 33

La Monnaie de Paris (Paris Mint), Paryż, Francja Architekci: AAPP / Philippe Prost Zdjęcie © Benjamin Chelly and Aitor Ortiz Architektura w której wybrane materiały przywodzą na myśl biegłość pracujących w tym budynku specjalistów. Miedź i jej stopy otwierają szerokie perspektywy architektonicznej kreatywności i dzięki swej kowalności i łatwości instalowania, są materiałami pierwszego wyboru dla architektów tworzących funkcjonalne elewacje. Blachy miedziane są lekkie, łatwe w obróbce i montażu, estetyczne i niezwykle odporne bez potrzeby konserwacji. Dostępne są w wielu wersjach wykończenia: gładkie i lśniące, perforowane, wytłaczane, z czystej miedzi lub stopu, surowe lub wstępnie patynowane.

COPPER IN ARCHITECTURE 2019

Pegasus Academy, Londyn, Zjednoczone Królestwo Architekci: Hayhurst and Co. Zdjęcie © Kilian O’Sullivan Pokryty złotym stopem miedzi fronton oznajmia wejście do położonej w południowej części Londynu szkoły – uhonorowanej kilkoma nagrodami, w tym Architectural Review Schools Award w roku 2015 – łączącej całkowicie odmienne istniejące budynki.

CIĄGŁOŚĆ PROJEKTOWANIA Jako materiał pokrycia dachowego, miedź jest tradycyjnie używana także do kształtowania związanych z nim elementów, takich jak obróbki blacharskie, wywietrzniki, rynny i rury spustowe. Nowoczesne projektowanie rozwija tę tendencję przez coraz szersze użycie miedzi w pionowych okładzinach elewacyjnych, osłonach przeciwdeszczowych i ścianach osłonowych, koncentrując się na zastosowaniu miedzi, jako kompleksowej powłoki wyrażającej formę budynku oraz na utrzymaniu parametrów jakościowych i ciągłości materiału. Obecnie architekci nadal wykorzystują tę elastyczność i swobodę form o skomplikowanych kształtach, możliwych dzięki metodom komputerowo wspomaganego projektowania.

Experimentarium – Spiralna klatka schodowa, Kopenhaga, Dania Architekci: CEBRA Zdjęcie © Adam Mørk Całkowicie nowe rozwiązanie architektoniczne, koncentrujące się na nauce i technologii – od ilustracji dynamiki płynów na elewacjach do spektakularnej spiralnej klatki schodowej, która jak lśniąca ikona, wita gości natychmiast po przejściu przez główne wejście.

COPPERCONCEPT.ORG 35

SYSTEMY ODWODNIENIA DACHU Aby dach mógł skutecznie chronić przed deszczem, śniegiem i innymi postaciami opadu, niezbędny jest kompletny system odprowadzenia wody z dachu, wyposażony w prawidłowo zwymiarowane rynny i rury spustowe. Niemniej ważne jest, żeby system odwodnienia dachu był tak zaprojektowany, aby wytrzymywał obciążenie śniegiem i oblodzenie. System odwodnienia dachu może wykorzystywać rynny i rury spustowe montowane do powierzchni zewnętrznych albo systemy ukryte (wbudowane), lub też połączenie obydwóch tych rozwiązań. Rynny i rury spustowe wykonane z miedzi muszą spełniać wymagania europejskich norm EN 612 i EN 1462. Norma EN 612 określa wymagania dla rynien i rur spustowych w normalnych warunkach eksploatacji, tzn. wychwytywanie i odprowadzanie z budynku wody deszczowej lub z topniejącego śniegu i lodu, do systemu odwadniania lub kanalizacji deszczowej. Prawidłowe funkcjonowanie orynnowania i systemu odprowadzania wody deszczowej, wykonanych z zastosowaniem znormalizowanych produktów, zależy nie tylko od właściwości samych produktów, le także od zaprojektowania, wykonania i działania odnośnych części budynku. Konserwacja, wytrzymałość i długotrwałość są istotnymi czynnikami, jakie należy uwzględnić przy projektowaniu orynnowania i rur spustowych. Miedź jest tu doskonałym wyborem, ze względu na niewielkie wymagania konserwacyjne, wysoką odporność na korozję i długi czas eksploatacji. Nawet w surowym klimacie, jak np. atmosfera morska, dobrze zaprojektowany system odprowadzania wody deszczowej może zapewnić wiele lat funkcjonowania przy niewielkiej obsłudze. 36

COPPER IN ARCHITECTURE 2019

Kształt i wymiary rynny są określone ilością wody, która ma być odprowadzona z dachu do rur spustowych, a także wymogami projektu architektonicznego. Należy także uwzględnić tendencję do zapychania się orynnowania, np. na skutek gromadzenia się śmieci.

RYNNA WISZĄCA

KALENICE KALENICA WENTYLOWANA

Na rynku dostępnych jest wiele rodzajów prefabrykowanych systemów, takich jak rynny półokrągłe lub prostokątne, o długościach najczęściej trzech i sześciu metrów. Dostępne są także systemy wykonywane na indywidualne zamówienie. Odległości między hakami rynnowymi nie powinny przekraczać 600 mm. W przypadku rynien instalowanych w eksponowanych położeniach – gdzie mogą gromadzić się duże ilości śniegu – odległości między hakami rynnowymi muszą być mniejsze (np. 400 mm). W celu zapewnienia spływu wody rynna musi być instalowana z zachowaniem spadku nie mniejszego niż 5 mm/m, większy spadek oznacza większy przepływ. Nigdy nie należy instalować rynien z nachyleniem przeciwnym do kierunku spływu. Rynny są na ogół układane w długich prostych odcinkach, dlatego należy przewidzieć łącznik dylatacyjny i umożliwić przesuwanie się rynny na elementach nośnych. Rura spustowa musi być przyłączona w najniższym miejscu rynny. Miejsce połączenia należy wybrać uwzględniając lokalne przepisy, dołączenie do systemu kanalizacji, uwarunkowania architektoniczne i względy estetyczne. Rury spustowe są mocowane za pomocą uchwytów rozmieszczonych w odległości 2 m.

Niezbędne są także obróbki blacharskie, które skierowując wodę na zewnątrz, zapobiegają jej przenikaniu do budynku. Miedź jest doskonałym materiałem na obróbki ze względu na swoją kowalność, wytrzymałość i wysoką odporność na żrące oddziaływanie zapraw murarskich i nieprzyjazne warunki środowiskowe. Ponieważ naprawa obróbek jest kosztowna, długotrwałość miedzi jest główną zaletą tego zastosowania. Dzięki swojej doskonałej przewodności elektrycznej miedź skutecznie odprowadza energię wyładowania atmosferycznego do ziemi, zatem miedziana powłoka budynku, rynny i rury spustowe mogą być wykorzystane w układach ochrony odgromowej budynków. Dalsze wskazówki na ten temat są dostępne w normie PN-EN 62305 i w przepisach krajowych.

Copper Architecture Forum

MAGAZIN COPPER ARCHITECTURE FORUM Magazyn CAF prezentuje najlepsze przykłady współczesnej architektury. Zamów własny egzemplarz w postaci drukowanej albo czytaj online na: copperconcept.org/pl/ copper-forum lub zeskanuj kod QR

KALENICA NIEWENTYLOWANA

COPPERCONCEPT.ORG/PL Różnorodność powierzchni miedzi i jej stopów nigdy nie była tak duża jak dzisiaj. Aby obejrzeć opisy zastosowań miedzi w architekturze, odwiedź copperconcept.org/pl lub zeskanuj kod QR i wybierz wersję w twoim języku.

COPPERCONCEPT.ORG 37

PODŁOŻA Podstawowym wymogiem jest, aby podłoże pod blachy i taśmy miedziane było zawsze gładkie, równe i mocne, umożliwiając trwałe mocowanie za pomocą gwoździ lub wkrętów. Najbardziej powszechnym podłożem pod miedź jest drewno, ale mogą być też stosowane inne materiały spełniające te kryteria. Należy także upewnić się czy podłoże jest odpowiednie dla miedzi, np. drewno może zawierać środki ognioodporne, konserwujące lub owadobójcze. Konstrukcje betonowe lub ceglane (np. zwieńczenia murów) powinny być pokryte odpowiednią warstwą w celu wyrównania ich powierzchni, gdyż przy kładzeniu obróbek lub pokrycia, często napotyka się nierówności powierzchni. W przypadku kalenic, ścian, okien i dekoracyjnych elementów elewacji wystarcza wyrównanie zaprawą. W pewnych warunkach może być użyta twarda wełna mineralna. W przypadku dachu ciepłego odpowiednim podłożem mogą być sztywne płyty izolacyjne, jednakże mocowanie staje się wtedy bardziej skomplikowane. Są dwa zasadnicze sposoby podejścia: ułożenie dwóch warstw izolacji, każda z nich jest układana pomiędzy łatami przy czym druga warstwa jest mocowana do pierwszej kontrłatami; albo zastosowanie specjalnie wydłużonych żabek mocujących, które przechodzą przez grubość warstwy izolacyjnej do dodatkowego podkładu umożliwiającego przybicie.

PODŁOŻE ELEWACJI

Profilowane blachy miedziane, jak również większość typów kasetonów, są twardsze niż blacha płaska ze względu na ich ukształtowanie. Oznacza to, że pod względem nośności nie jest wymagane, aby powierzchnia podłoża była absolutnie gładka. Niemniej jednak podłoże powinno być wystarczająco gładkie, aby na powierzchni blachy nie powstawały nierówności lub wgniecenia.

Okładzina ściany, pokryta taśmą miedzianą lub płatami pokryciowymi łączonymi na rąbek, wymaga trwałego podłoża tak samo, jak tradycyjne miedziane pokrycie dachowe. Takie podłoże musi być w stanie wytrzymać klepanie blachy oraz umożliwiać stosowanie żabek mocujących. W przypadku pokrycia z blach profilowanych, paneli lub kaset, wymagania techniczne dla podłoża są w zasadzie takie same.

Podłoże i miedź muszą być rozdzielone stycznym podkładem, który umożliwia przesunięcia miedzianego poszycia, zapewnia tymczasową ochronę budynku przed wpływami atmosferycznymi w czasie budowy, wyrównuje nierówności powierzchni podłoża i w dużym stopniu pochłania dźwięki powodowane przez wiatr lub deszcz.

Niezależnie od tego, czy budynek jest nowy czy odnawiany, powierzchnia podłoża musi być równa. Obecnie dostępne są metalowe rozpórki nastawne, dzięki którym pokrywanie nawet starych, nierównych powierzchni jest łatwe, a pokrycie jest równe.

Istnieje kila rodzajów warstw separujących. Co najważniejsze, muszą być one wytrzymałe i muszą umożliwiać dyfuzję pary wodnej. W większości przypadków preferowanym rozwiązaniem jest filc techniczny, ponieważ materiał ten wyróżnia się bardzo dobrymi właściwościami jako warstwa podkładowa, bariera dźwiękochłonna i warstwa umożliwiająca dyfuzję pary wodnej.

Stacja morskiego ratownictwa przybrzeżnego w Lizard, Wlk. Brytania Architekci: PBWC Architects Zdjęcie © Geoff Squibb (Cornish Pixels) Budynek jest w przeważającej części drewnianą konstrukcją ramową z giętych elementów z drewna klejonego warstwowo, umożliwiających uzyskanie tego ikonicznego kształtu. Dwuwarstwowy dach jest wykończony miedzianymi panelami łączonymi na rąbek stojący.

COPPER IN ARCHITECTURE 2019

All Saints’ Academy, Cheltenham, Wlk. Brytania Architekci: Nicholas Hare Architects LLP Zdjęcie © Nicholas Hare Architects LLP Pokrycie kaplicy zostało wykonane z prawdziwym kunsztem, wymiary gontów stopniowo maleją, aby dopasować się do stożkowego kształtu sięgającego ponad dach atrium.

WPŁYW CZYNNIKÓW ATMOSFERYCZNYCH DESZCZ I ŚNIEG

WIATR

Dach i ściany zewnętrzne nie mogą przepuszczać wody deszczowej ani śniegu. Jeżeli zachodzi możliwość intensywnego, zacinającego deszczu należy zwrócić szczególną uwagę na takie elementy jak: nachylenie dachu, detale łączenia blach i innych połączeń, okapy, kalenice, obróbki blacharskie i połączenia z wyższymi ścianami.

Obciążenia powodowane wiatrem są najsilniejszymi i najbardziej niebezpiecznymi czynnikami oddziałującymi na dachy i elewacje. W obszarach, gdzie występują silne wiatry, pokrycie dachu i okładzina elewacji muszą być starannie zaprojektowane a blachy pewnie i w sposób trwały mocowane do konstrukcji podkładowej.

Biorąc pod uwagę fakt, że pokrycie miedzią jest "nieciągłe", uniknięcie przenikania wody przez blachy pokrycia wymaga właściwego projektu i przyjęcia odpowiedniego rozwiązania technicznego. Stykające się ze sobą płaty pokrycia muszą być układane na zakład i zaginane razem, zgodnie z dobrze znanymi technikami łączenia, jak rąbek stojący lub łączenie na listwach. Wybór właściwego sposobu łączenia zależy także od nachylenia dachu.

Wiatr wiejący bezpośrednio na budynek wywołuje najsilniejsze nadciśnienie w pobliżu środka strony nawietrznej. Po przeciwnej (zawietrznej) stronie największe podciśnienie pojawia się przy brzegach i w górnej części elewacji. Na rozkład ciśnienia ma również wpływ kierunek wiatru, turbulencja, geometria bryły budynku oraz topografia otoczenia.

Należy zauważyć, że wysokość rąbka stojącego powinna wynosić co najmniej 25 mm, a kierunek zaginania musi uwzględniać przeważający kierunek wiatru. Jeżeli nachylenie dachu jest mniejsze niż 7o, pomiędzy płatami pokryciowymi należy stosować złącze zamknięte z pasem uszczelniającym w celu zabezpieczenia przed kapilarnym podciąganiem wody. Śnieg gromadzący się na dachu może prowadzić do koncentracji obciążeń, które należy uwzględniać w projektowaniu konstrukcji nośnej. Jeżeli dach ma zapewniać skuteczną ochronę przed deszczem i śniegiem, to także system odwodnienia dachu, wraz z rynnami i rurami spustowymi, powinien być właściwie zaprojektowany i zwymiarowany. Ponadto, izolacja cieplna okapów i dachu oraz systemy wentylacji muszą być instalowane starannie w celu zapobieżenia wszelkim formom tworzenia się lodu. 40

COPPER IN ARCHITECTURE 2019

RUCH WYWOŁANY ROZSZERZALNOŚCIĄ CIEPLNĄ

TEMPERATURA Dachy i elewacje podlegają bardzo dużym wahaniom temperatury, co z kolei wywołuje naprężenia w materiale i jego ruchy. Przede wszystkim dach, ale również elewacja, winny być zaprojektowane z uwzględnieniem faktu, że zmiany temperatury mogą wystąpić pomiędzy powierzchnią zewnętrzną a warstwami spodnimi.

Okładziny elewacji i pokrycia dachowe mogą być narażone na oddziaływanie znacznych wahań temperatury, zarówno w cyklach dobowych, jak w ciągu roku. Projektowanie pokryć z miedzi musi uwzględniać ruchy i naprężenia związane ze zmianami temperatury, również ważne jest uwzględnienie także ruchów warstw podkładowych. Wszystkie materiały reagują kurcząc się lub rozszerzając pod wpływem zmian temperatury. W celu prawidłowego określenia zakresu zmian wymiaru należy uwzględnić współczynnik rozszerzalności cieplnej każdego materiału. Blacha miedziana o długości 1 m rozszerza się o 1,7 mm przy różnicy temperatury 100⁰C.

Dom wiejski, Segovia, Hiszpania Architekci: Forero Arquitectura Położenie domu powoduje, że jest on narażony na ekstremalne warunki pogodowe: słońce i śnieg, duże wahania temperatury, promieniowanie słoneczne i silne burze.

Płaskie płaty pokryciowe mogą zaabsorbować ruch powodowany zmianami temperatury w kierunku poprzecznym do rąbków stojących, pod warunkiem, że rąbki są tak zaprojektowane, aby mogły pochłaniać przyrost długości spowodowany rozszerzaniem. Płaty pokryciowe mogą się swobodnie przesuwać wzdłużnie, jeżeli są mocowane przy użyciu żabek przesuwnych i uwzględniono możliwość ruchu na jednym z końców lub na obydwóch końcach. W przypadku pokrycia dachowego z miedzi zwykle stosuje się rąbek stojący podwójny bez względu na nachylenie powierzchni. Ruchy poprzeczne są absorbowane przez rozstaw podstawowy (około 3-5 mm), który należy zachować pomiędzy rąbkami stojącymi.

STREFY NIERUCHOME I RUCHOME Na dachu pokrytym taśmą lub długimi panelami niezbędna jest strefa nieprzesuwnych żabek mocujących, której celem jest ograniczenie ruchów cieplnych lub zapewnienie, że ruchy te będą pochłaniane bez powodowania uszkodzeń. Przyjmuje się, że ruch pasów ma swój początek w strefie nieruchomej lub w punkcie środka ruchu (obszar zacieniowany na rysunku obok; żabki przesuwne są umieszczone obszarach niezacieniowanych). Strefa nieruchoma powinna mieć długość 1,5 do 3 m, w zależności od całkowitej długości płata pokryciowego. W przypadku dachów o stromym nachyleniu zaleca się, aby strefy nieruchome znajdowały się przy kalenicy. Jeżeli strefa nieruchoma jest umieszczona na środku dachu, jeden płat pokryciowy można układać w kierunku ku górze, a drugi w dół od strefy nieruchomej. Jeśli płaty pokryciowe są mocowane w więcej niż jednym miejscu wzdłuż dachu, lub jeśli zalecane długości płatów pokryciowych są przekroczone, pomiędzy tymi punktami musi być umieszczone złącze ruchome. Strefa nieruchoma i złącze ruchome muszą być umiejscowione w tym samym położeniu wzdłuż dachu.

POŁOŻENIE ŻABEK NIEPRZESUWNYCH W ZALEŻNOŚCI OD ROSNĄCEGO NACHYLENIA DACHU

ŻABKI PRZESUWNE

LUZ RĄBKA UMOŻLIWIAJĄCY PRZESUNIĘCIA BOCZNE

Jeżeli zachodzi potrzeba użycia gwoździ, instalator musi powiększyć otwór w blasze w celu umożliwienia przemieszczeń wywołanych zmianą temperatury. COPPERCONCEPT.ORG 41

POWIĄZANIA Z FIZYKĄ BUDOWLI ROZWAŻANIA OGÓLNE Rozważając fizykę budowli w odniesieniu do konstrukcji pokrytych blachą, najważniejszymi czynnikami są: przenikanie ciepła i dyfuzja pary wodnej przez elementy tworzące dach lub ściany budynku. Odpowiednia izolacja i ograniczenie dyfuzji pary wodnej w dużym stopniu decydują o tym, czy budynek będzie niskoenergetyczny, zdrowy i wygodny. Dach może być izolowany cieplnie na różne sposoby, np. z użyciem tradycyjnych warstw izolacyjnych układanych między i/lub pod krokwiami, albo za pomocą płyt izolacyjnych zaprojektowanych z przeznaczeniem do krycia dachów blachą, które jednocześnie mogą służyć jako podłoże pod okładzinę. Ciśnienie cząstkowe pary wodnej zależy od temperatury pomieszczenia i wilgotności względnej. Jeżeli istnieje różnica między temperaturą wewnątrz pomieszczenia a temperaturą zewnętrzną, to powstaje różnica ciśnień i dążenie do uzyskania równowagi przez wyrównanie ciśnień w kierunku niższego ciśnienia – następuje dyfuzja w kierunku od wnętrza na zewnątrz.

Jeśli wewnątrz całego budynku ciśnienie cząstkowe pary wodnej jest niższe od maksymalnej możliwej wartości ciśnienia cząstkowego (zależnej od temperatury), to kondensacja nie występuje. Jako prostą regułę można przyjąć, że budynek jest wolny od kondensacji, jeżeli: •

Izolacja cieplna warstw konstrukcyjnych zwiększa się w kierunku od wewnątrz na zewnątrz: współczynnik przenikalności cieplnej (U) stopniowo zmniejsza się w kierunku od wewnątrz na zewnątrz. • Opór dyfuzyjny pary wodnej warstw konstrukcyjnych maleje w kierunku od wewnątrz na zewnątrz. Rozpatrując budynek pokryty blachą odnosi się wrażenie, że ta zasada została odwrócona: zewnętrzna warstwa metalowa ma najlepszą przewodność cieplną i najwyższy opór dyfuzyjny pary wodnej. Są dwa podstawowe sposoby rozwiązania tego problemu: konstrukcje wentylowane i niewentylowane.

SCHEMAT DACHU WENTYLOWANEGO

KONSTRUKCJE WENTYLOWANE

DROGA PRZEPŁYWU I WYSOKOŚĆ (NACHYLENIE)

W tym rozwiązaniu zewnętrzna powłoka metalowej okładziny jest oddzielona od konstrukcji izolacyjnej i nośnej szczeliną wentylacyjną, która łączy się z powietrzem na zewnątrz budynku za pośrednictwem otworów wlotowych i wylotowych. Działanie tego rodzaju szczeliny wentylacyjnej polega na wykorzystaniu naturalnego efektu wentylacyjnego, zatem jej efektywność zależy od następujących kluczowych czynników: WARSTWY DACHU – KONSTRUKCJA WENTYLOWANA

Najlepszy ciąg termiczny występuje wraz z efektem kominowym gdy stosunek wysokości i odległości jest najbardziej korzystny. W miarę zmniejszania nachylenia dachu, relacja ta staje się mniej korzystna. Przy nachyleniach dachu poniżej 10o efekt kominowy już nie występuje, w takim przypadku droga przepływu powietrza musi przebiegać poprzecznie, a wentylacja wykorzystuje działanie wiatru. POŁOŻENIE I KSZTAŁT OTWORÓW WENTYLACYJNYCH Otwory wlotowe muszą być usytuowane w najniższym a otwory wylotowe w najwyższym punkcie i muszą być odpowiednio zwymiarowane. DŁUGOŚĆ PRZESTRZENI WENTYLOWANEJ Na ogół w warstwach wentylacyjnych o długości większej niż 15 m następuje zastój powietrza. Jeżeli droga przepływu jest dłuższa musi być podzielona na krótsze odcinki.

POKRYCIE MIEDZIĄ WARSTWA ROZDZIELAJĄCA DESKOWANIE PRZESTRZEŃ POWIETRZNA TERMOIZOLACJA WEWNĘTRZNE POKRYCIE STROPU MOŻLIWY UKŁAD WARSTW

WSKAZÓWKI DOTYCZĄCE SZCZELIN WENTYLACYJNYCH Zwężenia szczeliny wentylacyjnej, przeszkody, przerwania ciągłości i zmiany kierunku przepływu w warstwie wentylacyjnej, powodują zatrzymanie przepływu powietrza, co może prowadzić do zawilgocenia.

COPPER IN ARCHITECTURE 2019

COPPERCONCEPT.ORG 43

SCHEMAT DACHU WENTYLOWANEGO

KONSTRUKCJE NIEWENTYLOWANE Dachy niewentylowane są od wielu lat kryte miedzią, jeśli celowo są tak zaprojektowane lub w warunkach, które nie pozwalają na wentylację (np. duże dachy o małym nachyleniu). Konstrukcje niewentylowane, jeżeli są właściwie zbudowane, przynoszą wiele korzyści w przypadku skomplikowanej geometrii dachu i w dobrze izolowanych budynkach we współczesnej architekturze. Efektywność niewentylowanego pokrycia metalem zależy zasadniczo od następujących kluczowych czynników: •

Zainstalowanie skutecznej bariery antydyfuzyjnej (sd ≥ 100m) eliminującej dyfuzję pary wodnej do konstrukcji dachu.

•

Wybór metalu na pokrycie, który będzie odporny na korozję powodowaną przez niewielkie ilości wilgoci wewnątrz konstrukcji dachowej. Miedź szczególnie dobrze nadaje się w takim przypadku, ponieważ nie ulega korozji na spodniej powierzchni blachy.

•

Jeżeli pokrycie z blachy miedzianej jest instalowane na podkładzie, to należy zastosować izolację paroprzepuszczalną, w przeciwnym przypadku pod podkładem może występować kondensacja.

•

Należy starannie unikać wszelkich uszkodzeń bariery antydyfuzyjnej zarówno podczas układania, jak i po ułożeniu. Uszkodzenia mogą być przyczyną przenikania wilgoci do konstrukcji.

WARSTWY DACHU – KONSTRUKCJA NIEWENTYLOWANA

POKRYCIE BLACHĄ MIEDZIANĄ WARSTWA ROZDZIELAJĄCA TERMOIZOLACJA (ODPORNA NA NACISK) BARIERA ANTYDYFUZYJNA DESKOWANIE

OCENA ROZWIĄZAŃ Wynika stąd jasno, że decyzję, jaki rodzaj konstrukcji należy zastosować – wentylowaną czy niewentylowaną, należy podejmować indywidualnie dla konkretnych przypadków w zależności od wymagań budynku. Podsumowując, w przypadku prostych dachów, nie przerwanych nadbudówką oraz przy większych kątach nachylenia, zalecamy stosowanie dachów wentylowanych, podczas gdy dachy niewentylowane są lepszym rozwiązaniem w przypadku bardziej złożonych form.

POKRYCIE MIEDZIĄ WARSTWA ROZDZIELAJĄCA TERMOIZOLACJA BARIERA ANTYDYFUZYJNA BLACHA PROFILOWANA

Królewska Akademia Muzyczna, Londyn, Wlk. Brytania Architekci: Ian Ritchie Architects Zdjęcie © Adam Scott The location is subject to some extreme weather, sun and snow, large temperature oscillations, solar radiation and strong storms.

POSSIBLE LAYER SYSTEM

44 COPPER IN ARCHITECTURE 2019

COPPERCONCEPT.ORG 45

PROJEKTOWANIE WNĘTRZ Copper Architecture Forum

Niezależnie od swojej popularności – jako na wskroś nowoczesnego materiału pokryć dachowych, elewacji i innych zewnętrznych elementów architektonicznych – miedź stanowi także część palety projektanta takich elementów wyposażenia wnętrza, jak okucia drzwiowe, poręcze i powierzchnie dotykowe (gdzie istotne są także właściwości higieniczne miedzi), listwy narożne i inne elementy wystroju (w celu zapewnienia ciągłości w całym budynku) a także elementy wyposażenia, jak kominki i oprawy oświetleniowe.

DODATEK DO MAGAZYNU COPPER ARCHITECTURE FORUM POŚWIĘCONY PROJEKTOWANIU WNĘTRZ Dodatek do Copper Architecture Forum poświęcony projektowaniu wnętrz, wydawany pod tytułem "Copper Inside" prezentuje różnorodność zastosowań miedzi i jej stopów we wnętrzach budynków. Zamów własny darmowy egzemplarz w wersji drukowanej, lub czytaj online wydania dołączone do numerów CAF 39 i 43: copperconcept.org/pl/copper-forum lub zeskanuj kod QR.

Miedź i jej stopy doskonale nadają się do wykorzystania w projektowaniu wnętrz, zarówno jako samoistny materiał, bądź też w połączeniu z innymi konwencjonalnymi materiałami. Powierzchnia miedzi może być powlekana bezbarwnym lakierem lub woskowana w celu zachowania jej charakterystycznej barwy i połysku we wnętrzu. Obecnie widoczna jest coraz silniejsza tendencja do szerszego, innowacyjnego wykorzystania miedzi w projektowaniu wnętrz, jako pokrycie ścian, sufitu i podłóg lub pokrytych miedzią, rzeźbiarskich w formie, schodów. Ponadto, miedziane siatki i perforowane blachy miedziane mogą być stosowane we wnętrzach, jako ścianki działowe, przepierzenia, i inne elementy wnętrza. Trójwymiarowe kształty także stwarzają niewyczerpane możliwości projektowania wnętrz i dekoracji.

EUROPEJSKI KONKURS MIEDŹ W ARCHITEKTURZE – COPPER IN ARCHITECTURE AWARDS Odbywająca się co dwa lata prezentacja najbardziej interesujących dokonań w dziedzinie zastosowań miedzi w architekturze. Wszystkie dotychczas zgłoszone prace wraz z zwycięzcami konkursu są zamieszczone na Copper Concept Zgłoś się do następnej edycji konkursu! copperconcept.org/pl/konkursy Czytaj online najnowszą broszurę poświęconą zwycięzcom konkursu: copperconcept.org/pl/ publikacje/lista-zwyciezcow-18-europejskiegokonkursu-miedz-w-architekturze-2017

Red Bull studio, Berlin, Niemcy Architekci: Optimist Design Zdjęcie © Jan Bitter for Optimist Design Wizualny rytm został stworzony przez ukształtowanie miedzianych pasów w falującą sekwencję, wyobrażającą naturalny przepływ dźwięku i muzyki. Zwycięzca Europejskiego Konkursu Miedź w Architekturze 2017 budynek Maersk Tower, Kopenhaga, Dania Architekci: C.F. Møller - Zdjęcie © Adam Mørk

COPPER IN ARCHITECTURE 2019

COPPERCONCEPT.ORG 47

48 COPPER IN ARCHITECTURE 2019