Die Vorteile von Metalldächern und -beschichtungen

Metalldächer sind als nachhaltige, langlebige Bauelemente anerkannt und werden in verschiedenen Bereichen eingesetzt.

Die Leistung der Montageplatten hängt von dem Metallsubstrat, der Metallschicht und der Außenbeschichtung ab. Diese sind entscheidend für die Witterungs- und Korrosionsbeständigkeit, die Farbbeständigkeit und die allgemeine Langlebigkeit der Platten.

Mit dem richtigen Beschichtungssystem können "kühle" Metalldächer auch dazu beitragen, die Klimabilanz, den Energieverbrauch und die Kühl-/Heizlast eines Gebäudes zu reduzieren. Diese Dächer kommen nicht nur den Gebäudeeigentümern und -bewohnern direkt zugute, sondern wirken sich auch positiv auf die umliegenden Gemeinden aus, indem sie den städtischen Wärmeinseleffekt abschwächen.

Substrate für Metalldächer

Metalldächer halten länger als die meisten Nicht-Metalldachprodukte. Die Materialien enthalten recycelte Bestandteile und sind am Ende ihrer Nutzungsdauer zu 100 Prozent recycelbar. Metalldächer können extremen Witterungsbedingungen standhalten und sind feuerfester als andere Bedachungsmaterialien wie Holz oder Asphalt. Ein Metalldach kann ein Achtel des Gewichts anderer Bedachungsprodukte aufweisen, was eine geringere Belastung für die Struktur und das Fundament bedeutet und die Lebensdauer des gesamten Gebäudes verlängert. Durch das geringe Gewicht sind sie auch leichter zu transportieren und zu installieren, was zu weiteren Zeit-, Kosten- und Umwelteinsparungen führt.

Für die Herstellung von Metalldächern werden sowohl Stahl als auch Aluminium verwendet, wobei ersteres am häufigsten vorkommt. In Bezug auf das Gewicht ist Stahl eine wirtschaftliche Metallbedachung. Die Festigkeit und Haltbarkeit von Stahl während seiner gesamten Lebensdauer sowie die Lebenszykluskosten machen ihn zu einer attraktiven Investition. Stahl und Aluminium gehören zu den am meisten recycelten Werkstoffen der Welt. Mehr als 50 % des Stahlangebots in den Vereinigten Staaten und 40 % des Aluminiumangebots in Nordamerika werden aus recycelten Quellen hergestellt¹.

Bei diesen Beschichtungen handelt es sich um werkseitig aufgebrachte Beschichtungen der Erstausrüster (OEM). PVDF und SMP sind die in der Branche am häufigsten verwendeten Beschichtungen für Metalldächer.

Die Pigmente des Decklacks ergeben die Farbe des Lacks. Pigmente tragen nicht nur zur Ästhetik einer Anwendung bei, sondern sorgen auch für Deckkraft, indem sie Licht entweder absorbieren oder reflektieren. Dies trägt zu einer längeren Lebensdauer der Beschichtung bei. Auch die verwendeten Pigmente beeinflussen die Lichtechtheit des Beschichtungssystems. Organische Pigmente haben ein leuchtendes Erscheinungsbild, aber eine geringe Lichtechtheit. Anorganische oder keramische Pigmente sind weniger leuchtend und erdfarben, haben aber eine hohe Lichtechtheit.

Das in Außenbeschichtungen verwendete Lösungsmittel dient in erster Linie als Verdünnungsmittel, um die Viskosität der Farbe zu erhalten und für ein einfaches Auftragen zu kontrollieren. Beim Auflösen des Lösungsmittels werden feste Harze dispergiert, die das Zusammenfließen der Farbe unterstützen. Während des Aushärtungsprozesses einer Metalldachbeschichtung werden die Lösungsmittel sicher aufgefangen und verbrannt, wobei die Pigmente und Harze auf dem Substrat verbleiben.

„Additives“ ist ein Sammelbegriff für zusätzliche Aktivstoffe, die dem Lack beigemischt werden können, um seine Leistung zu verbessern. Einige Additive können verwendet werden, um den Schaum, den Fluss und die Nivellierung des Lacks während des Auftrags zu kontrollieren. Viskositätsmodifikatoren werden verwendet, um das Absetzen zu verbessern, und Katalysatoren werden hinzugefügt, um eine chemische Reaktion zu beschleunigen.

Festlegung von Leistungszielen

Bei der Auswahl einer Außenbeschichtung für ein Metalldachsystem ist es wichtig zu wissen, wie sie den potenziell zerstörerischen Faktoren der Außenwelt standhält. Ein seriöser Anbieter von Beschichtungen bietet Garantien für alle seine Produkte sowie Spezifikationen im dreiteiligen CSI-Format, um eine optimale Leistung zu gewährleisten.

Die Spezifikationen der Beschichtungshersteller verweisen auf ASTM-Testprotokolle zur Bewertung von Eigenschaften wie:

• Spiegelglanz;
  
• Farbkonsistenz;
  
• Haftung;
  
• Filmhärte und Dicke;
• Flexibilität; 
• Wasserbeständigkeit;
• Abriebfestigkeit;
• Chemikalienbeständigkeit;
• Salzsprühnebel- und Korrosionsbeständigkeit; und
• Kreidung.

Kreidungserscheinungen treten beispielsweise auf, wenn das Harzsystem an der Oberfläche der Lackierung beginnt, sich zu zersetzen. Die Ursache dafür ist vor allem die Einwirkung von UV-Strahlen. Wenn sich das Harzsystem zersetzt, erscheinen die Harzteilchen weiß, und die eingebetteten Pigmentteilchen verlieren ihre Haftung an dem Film. Bei diesem Haftungsverlust lösen sich die Teilchen von der Oberfläche des Films, was als Auskreiden bezeichnet wird.

Das Ausbleichen wird verursacht, wenn Stoffe in der Umwelt das Pigment in der Farbe angreifen. Dies führt zu einer Veränderung der Farbe des Lacks selbst. Der chemische Fleckentest bestimmt die Beständigkeit eines Films gegen stark säurehaltige oder korrosive Bedingungen. Eine konzentrierte Säure oder Base wird auf den Film getropft und mit einem Uhrglas abgedeckt. Nach einer bestimmten Zeit wird die Platte abgewischt und auf Schäden oder Verfärbungen untersucht. FEVE-Harze sind besonders widerstandsfähig gegen korrosive Bedingungen, und ihre inerte Qualität bedeutet, dass sie sich bei einem chemischen Stichprobentest nicht verändern.

Neben den ASTM-Prüfprotokollen und den Spezifikationen der Beschichtungshersteller stehen Normen und Richtlinien von Industrieverbänden, Behörden und verschiedenen Metalldachherstellern zur Verfügung, um Entscheidungsträger über die Auswahl ihrer Beschichtung und die zu erwartende Leistung von Außenbeschichtungen zu informieren, wenn diese im Laufe der Zeit verschiedenen Klimabedingungen ausgesetzt sind.

Um zu prüfen, wie sich die Farbe einer Beschichtung in Abhängigkeit von der Exposition verändert, werden Proben auf eine vorbeschichtete Grundierung gegossen. Mit Hilfe von Farbmessgeräten wird dann die Farbe einer Lackcharge im Vergleich zum Standard in drei Skalen gemessen:

• hell bis dunkel (oder weiß bis schwarz);
• Rot bis Grün; und
• Gelb bis Blau.

Jede Farbbeschichtung kann mit einer Zahl bewertet werden, die darauf basiert, wo sie auf jeder dieser Skalen liegt.

Viele Beschichtungshersteller geben in ihren Garantien Delta E an, das sich auf die Veränderung der Farbe vom Zeitpunkt der Trocknung bis zur aktuellen Expositionsdauer bezieht. Delta E quantifiziert den Unterschied zwischen zwei Farben, z. B. zwischen der unbelichteten Referenz und der Farbe nach der Belichtung. Ein Delta E von 1,0 ist normalerweise der geringste Farbunterschied, den das menschliche Auge sehen kann. Die Kombination aus Sonne, Hitze und Feuchtigkeit wirkt sich auf die Farbveränderung von Delta E aus und beschädigt die Dachbeschichtung weitaus schneller als jeder einzelne Faktor für sich.

Umweltaspekte

Das größte Umweltproblem bei flüssigen Coil-Coating-Beschichtungen sind die verwendeten Lösungsmittel. Einige dieser Lösungsmittel gelten als flüchtige organische Verbindungen (VOC), die mit dem Abbau der Ozonschicht in Verbindung gebracht werden, wenn sie direkt in die Atmosphäre gelangen. Wenn Coil-Coating-Beschichtungen von verantwortungsbewussten Lackierbetrieben aufgetragen werden, werden die flüchtigen organischen Verbindungen sicher aufgefangen und verbrannt, bevor das lackierte Material das Werk verlässt. In einigen Fällen wird die Wärme aus der Verbrennung dann zur Beheizung verschiedener Teile des Beschichtungsprozesses wiederverwendet.

Die Wahl der Beschichtung für Metalldächer kann auch positive Auswirkungen auf die Umwelt haben. Bis vor kurzem war das Dach eine der am wenigsten energieeffizienten Komponenten der Gebäudehülle. Da man die Chance zur Innovation erkannt hat, sind Optionen wie „kühle“ Metalldächer in den Vordergrund der gewerblichen Gebäudeplanung gerückt.

Ein kühles Dach reflektiert die von der Sonne abgestrahlte Wärme zurück in die Atmosphäre, so dass die Temperatur des Daches niedriger bleibt und weniger Wärme in den unteren Gebäudeteil übertragen wird. Anforderungen an kühle Dächer finden sich in nationalen und lokalen Energievorschriften, Initiativen für umweltfreundliches Bauen und Energie-Rabattprogrammen, da ein kühles Dach den Einsatz von Klimaanlagen reduziert und die Stromrechnungen senkt. Außerdem wird der städtische Wärmeinseleffekt gemildert, bei dem Dächer und Straßenbeläge die Wärme zurückhalten, was wiederum zu steigenden Temperaturen, erhöhten Treibhausgasemissionen und lokalen Klimastörungen beiträgt. Kühle Dächer minimieren diese negativen Auswirkungen, erhöhen den Komfort der Bewohner und verringern das Auftreten von Gesundheitsproblemen im Zusammenhang mit schlechter Luftqualität und Smog.

Für die Temperatur, die ein Dach bei direkter Sonneneinstrahlung erreicht, spielen zwei Eigenschaften eine wichtige Rolle:

• der solare Reflexionsgrad (SR – die Menge an Sonnenenergie, die unmittelbar von einer Oberfläche reflektiert wird; und
• thermisches Emissionsvermögen (TE) – die Menge an Wärmeenergie, die eine Oberfläche in Form von Infrarotenergie (IR) an die Atmosphäre zurückgeben kann.


Ein kühles Dach mit einem hohen SR und einem hohen TE weist eine niedrigere Oberflächentemperatur auf als ein Dach mit einem niedrigen SR und einem niedrigen TE. Eine niedrigere Oberflächentemperatur führt zu einem geringeren Wärmeeintrag in die darunterliegende Struktur und damit zu einem kühleren Gebäude, was einen geringeren Energieverbrauch und niedrigere Energierechnungen bedeutet.

Forschungen des Oak Ridge National Laboratory (ORNL) Buildings Technology Center zeigen, dass Metalldächer SR im Laufe der Zeit besser halten als jedes andere Dachprodukt.² Um diese Leistung zu verbessern, sind Coil-Coating-Beschichtungen für SR-Metalldächer mit 70 Prozent PVDF-Harzen und solarreflektierenden Pigmenten erhältlich. Abhängig von der Farbe wird bei vielen Anwendungen für kühle Dächer eine zweischichtige, werkseitig aufgebrachte, im Ofen eingebrannte Lackierung mit einem SR-Mindestwert von 0,25 und einem TE-Wert von 0,85 bis 0,90 für typische Beschichtungen vorgeschrieben.

Energie, die nicht reflektiert oder reemittiert wird, kann die Oberfläche eines Daches aufheizen, wobei die Strömung der Umgebungsluft eine Konvektionserwärmung verursacht, die möglicherweise zu höheren Temperaturen in der Stadt beiträgt. Eine Wärmeinsel beschreibt bebaute städtische Gebiete, in denen es heißer ist als in den umliegenden ländlichen Gebieten. Nach Angaben der US-Umweltschutzbehörde EPA (Environmental Protection Agency) kann die durchschnittliche jährliche Lufttemperatur in einer Stadt mit einer Million Einwohnern oder mehr um 1 bis 3 Grad Celsius wärmer sein als in der Umgebung. Abends kann der Unterschied bis zu 12 °C (22 °F) betragen. Die erhöhten Temperaturen können zu höheren Energiekosten für die Kühlung der Gebäude in der gesamten Stadt führen.³

Die Qualifikationskriterien des EPA Energy Star Reflective Roof Programms für ein kühles Dach sind:

• geringe Neigung – weniger als 2:12 – Dächer müssen einen anfänglichen SR-Wert von 0,65 und einen SR-Wert von 0,50 nach drei Jahren Nutzungsdauer aufweisen;
• Neigung 2:12 oder mehr – Dächer müssen einen anfänglichen SR-Wert von 0,25 und einen SR-Wert von 0,15 nach drei Jahren Nutzungsdauer aufweisen.

Die Kriterien für Metalldächer für Leadership in Energy and Environmental Design (LEED) sind:

• der Sonnenreflexionsindex (SRI) für Dächer mit geringer Neigung < 2:12 beträgt 78; und
• Steildach > 2:12 SRI-Anforderungen sind 29.


Der SRI kombiniert Reflexions- und Emissionsgrad, um die Fähigkeit eines Daches, Sonnenwärme abzuweisen, zu messen. Die Berechnung dieses Indexes ist in der ASTM E1980, Standard Practice for Calculating Solar Reflectance Index of Horizontal and Low- Sloped Opaque Surfaces (Standardverfahren zur Berechnung des Sonnenreflexionsindexes von horizontalen und niedrig geneigten undurchsichtigen Oberflächen), festgelegt und basiert auf einer Formel, die Werte für den Sonnenreflexionsgrad und den Wärmeemissionsgrad enthält. Standardschwarz (Reflexionsgrad fünf Prozent, Emissionsgrad 90 Prozent) hat einen Index von 0, und Standardweiß (Reflexionsgrad 80 Prozent, Emissionsgrad 90 Prozent) hat einen Index von 100.

Verbesserungen der SR-Werte können durch die Technologie der kühlen Pigmente erreicht werden. Die Auswirkungen eines erhöhten SR eines Daches können sich schnell verstärken.

Für jede Erhöhung des SR um 0,01 sinkt die Oberflächentemperatur um 0,3 bis 0,6 °C (0,5 bis °1 F). Für jede Erhöhung des SR um 0,10 sinken die Energiekosten für Kühlung und Heizung in warmen Klimazonen um 0,02 US-Dollar/1 m2 (0,02 US-Dollar/sf). Kühle Dächer können neben den langfristigen Umweltvorteilen auch zu geringeren Wartungskosten und einer längeren Lebensdauer des Daches beitragen.4

Resume und Veranstaltungsende

Um die gewünschten Vorteile und die beabsichtigte Leistung von kühlen Metalldächern zu erreichen, sind durchdachte Spezifikationen, sorgfältig ausgewählte Rohstofflieferanten und eine enge Zusammenarbeit mit erfahrenen Beschichtungsherstellern erforderlich. Durch diese Zusammenarbeit können Spezifikationsfachleute sowohl die Erwartungen des Bauteams als auch ihre Ideale, zu einer besseren städtischen Umwelt beizutragen, erfüllen.