Gebäudethermografie

Entdeckung typischer architektonischer bzw. gebäudetechnischer Fehler

Eines der energierelevantesten Elemente von Gebäuden ist ihre äußere "Hülle" - die Wände, die Öffnungen und das Dach. Es ist wichtig, dass diese über eine möglichst gute Wärmedämmung verfügen. Mit thermografischen Instrumenten können Wärmebrücken leicht erkannt werden, schwach isolierte Strukturen überprüft werden, die Ausführung von Fugen und Anschlüssen untersucht werden, sowie der Zustand und die Positionierung der gebäudetechnischen oder elektrischen Anlagen. Darüber hinaus können mit Thermografie aufgrund von auftretendem Verdunstungswärmeentzug Kondensation, Wassereintritte/Feuchtigkeitsschäden sowie kapillare Feuchtigkeit entdeckt werden.

Empfohlene Messbedingungen und -voraussetzungen

Um aussagekräftige Wärmebilder erstellen zu können, müssen bei Untersuchungen der Wärmedämmung folgende Bedingungen erfüllt sein:

• Die Außenaufnahmen sollten in den frühen Morgen- oder späten Abendstunden (ohne direkte Sonneneinstrahlung) bei trockenem Wetter und schwachem Wind gemacht werden,
• Die Temperaturdifferenz zwischen Innen- und Außenbereich sollte mindestens 10 - 15 K betragen und dies über mindestens 1-2 Wochen (aufgrund der thermischen Trägheit der Wände),
• Der Innenbereich sollte gleichmäßig beheizt sein, neben streng geschlossenen Außenöffnungen.

Daraus folgt, dass die Untersuchung der Wärmedämmung beheizter Gebäude nur in der Heizperiode bei angemessen kaltem (unter 5 - 10°C) Wetter durchgeführt werden kann. (Die Untersuchung von Kühlhäusern kann hingegen von Frühling bis Herbst erfolgen.)

Weitere Untersuchungen wie z.B. Kondensation, Leckagen, Suche nach verborgenen architektonischen Elementen, Inspektion von Klima- und Lüftungsanlagen können praktisch das ganze Jahr über durchgeführt werden. Es muss lediglich ein thermisches Phänomen gefunden werden (oder erzeugt werden), durch das Temperaturunterschiede aufgrund von Unterschieden in der Wärmeleitfähigkeit oder Wärmekapazität entstehen.

Technische Anforderungen an die Qualität von Wärmebildern

Um die Messergebnisse bewerten zu können, müssen bei der Gebäudethermografie bestimmte Qualitätsparameter von Wärmebildkameras erfüllt werden. Temperaturauflösung Bei der Gebäudethermografie müssen Temperaturunterschiede von weniger als 0,5°C auf dem Wärmebild erkennbar sein, daher sollte das "Rauschlevel" der Wärmebildkamera kleiner als die Hälfte davon sein, also kleiner als +/-0,125°C (+/-125 mK). Die Messrauschwerte (NETD) von Wärmebildkameras werden üblicherweise bei 30°C definiert, jedoch verschlechtert sich dieser Wert bei sinkenden Temperaturen erheblich. Daher sollte für die Gebäudethermografie eine Wärmebildkamera mit einer NETD von mindestens +/-0,08°C (80 mK) (d.h. thermischer Auflösung) gewählt werden, am besten sind Kameras mit 35 - 50 mK. Der kalibrierte Messbereich der Wärmebildkamera sollte bei -20°C oder sogar bei -40°C beginnen: Diese Kameras sind nicht nur rauscharm, sondern auch ausreichend stabil in der Messleistung. Geometrische Auflösung Die geometrische Auflösung beeinflusst maßgeblich die Bildqualität und die Authentizität der Temperaturdaten im Bild. Der IFOV (in mrad) gibt den Blickwinkel an, mit dem ein einzelner Sensor (Pixel) die Strahlung vom zu messenden Objekt sammelt. Die kleinste messbare Objektgröße ergibt sich aus dem Produkt von IFOV und Messabstand, multipliziert mit dem Faktor 3. Bei kleineren Objekten kann der Messfleck das Objekt und den Hintergrund enthalten, innerhalb des Messflecks erfolgt eine Mittelung. Beispiel: Um die oberen Etagen eines zehnstöckigen Plattenbaus (ca. 30 Meter hoch) zu messen, muss aus einer Entfernung von 70 m gearbeitet werden, um eine Verzerrung des Bildes zu vermeiden. Der Abstand der Wärmebildkamera zum Objekt beträgt dann 76 m, mit einer Kameraauflösung von 1,4 mrad hat der elementare Messpunkt einen Durchmesser von 106 mm. Das kleinste messbare Objekt beträgt also mehr als 318 mm! Für kleinere Objekte (Details) ist ein Teleobjektiv erforderlich, mit dem je nach Kameratyp eine geometrische Auflösung von 0,2 - 0,5 mrad erreicht werden kann. Anzahl der Pixel Die verfügbare Bildauflösung - genauer gesagt die Messgenauigkeit - wird durch die Anzahl der Pixel der Wärmebildkamera bestimmt. Bei einer geringen Anzahl von Pixeln müssen viele Aufnahmen gemacht und für die Auswertung zusammenhängende Objekte montiert werden, was eine sehr zeitaufwändige Arbeit ist. Um Zeit zu sparen, ist es ratsam, eine möglichst hohe Auflösung zu wählen. Dank der Entwicklung der Sensoren werden immer mehr Kameras mit einer höheren Anzahl von Pixeln hergestellt. Es gibt bereits Wärmebildkameras mit 384x288 Pixeln, und sogar Geräte mit 640x480 Pixeln sind erhältlich. Als Besonderheit gilt das Verfahren zur Auflösungssteigerung von Jenoptik, bei dem die vierfache Anzahl echter Messpixel auf dem integrierten Sensor erfasst wird! Beispiel für eine Wärmebildkamera, die die oben genannten Anforderungen erfüllt: Das deutsche Unternehmen Jenoptik bietet mit der VarioCAM hr inspect 580 Wärmebildkamera sein vielseitigstes und gefragtestes Produkt an, das die Aufnahme hochwertiger Wärmebilder ermöglicht und aufgrund seiner industriellen Ausführung eine der robustesten tragbaren Wärmebildkameras ist. Merkmale des Geräts VarioCAM hr inspect 580

• ungekühlter FPA-Mikrobolometer-Sensor
• hohe Bildauflösung: 384 x 288 Pixel bzw.
• 768 x 596 Pixel (mit echter Auflösungssteigerung)
• hohe thermische Auflösung: 30 mK (bei 30°C)
• Kalibrierung: von -40°C bis 1200°C (Option: 2000°C)
• schnelle Echtzeit-Wärmebilddatenaufzeichnung (50/60 Hz)
• integrierter Laserpointer (rot, Klasse 2)
• hochauflösender TFT-Bildschirm und farbiger optischer Sucher
• automatische Funktionen (z. B. Autofokus, Skalierung, Speicherung)
• austauschbare Optik: Weitwinkel-, Normal- und Teleobjektiv
• Bild- und Kompositdarstellung (Überlagerung von Wärmebild und Foto)
• digitale Tonaufzeichnungsmöglichkeit (Sprachkommentar zu den Wärmebildern)

Beispiele für mit Thermografie entdeckbare Gebäudeschäden und -fehler

Wärmebrücken, Mängel in der Wärmedämmung Wärmebrücken sind relativ einfach zu erkennen: Dort, wo auf einem Außenbild - in der Regel klar abgegrenzt - die höchste Temperatur festgestellt wird (und keine lokale externe Wärmequelle oder Reflexion vorhanden ist), befindet sich eine Wärmebrücke (oder Riss). In Innenraumbildern deuten die kältesten Stellen in den meisten Fällen auf Wärmebrücken hin. Entdeckung versteckter Gebäudekonstruktions- und gebäudetechnischer Elemente Diese Messungen müssen unter Ausnutzung verschiedener wetter- oder tageszeitabhängiger Wärmevorgänge durchgeführt werden. Der "Trick" kann darin bestehen, die Messung nach dem Aufheizen tagsüber (bei fehlendem Sonnenschein danach) durchzuführen (basierend auf Unterschieden in der Wärmekapazität) oder die Nutzung des nächtlichen oder winterlichen Abkühlens aufgrund von Wärmeabflüssen.

Abbildung: Entdeckung von Wärmebrücken, Feuchtigkeit [PIM], Untersuchung von Holzbalken [Infratec]

Es besteht auch die Möglichkeit, mit thermografischen Geräten die Lage von Heizungsrohren und Warmwasserleitungen oder sogar Leckagen aufzudecken. Diese Untersuchungen sollten in der Aufheizphase durchgeführt werden, bevor sich eine homogene Temperaturverteilung auf der Oberfläche einstellt. Bei Leckagen wird neben der Position der Leitung auch die durch den austretenden Flüssigkeitsstrom verursachte Temperaturerhöhung im umgebenden Material sichtbar.

Abbildung: Lage der Fußbodenheizungsrohre, Warmwasserleitungsauslauf [Quelle: Infratec]

Kondensation und kapillare Feuchtigkeit

Bei der thermografischen Untersuchung kann durch die durch verdunstende Feuchtigkeit verursachte Wärmeabfuhr ein Temperaturabfall auftreten. Eine solche Untersuchung erfordert natürlich eine besonders hohe thermische Auflösung der Wärmebildkamera. Mit dieser Methode können folgende Phänomene gefunden werden:

• Kondensation aufgrund unzureichender Wärmedämmung oder falscher Gebäudenutzung,
• aufsteigende oder eindringende (kapillare) Feuchtigkeit aus dem Boden,
• Leckagen durch undichte Dachanschlüsse oder Fallrohre,
• Leckagen aufgrund undichter Abwasserleitungen.

Abbildung: Kapillare Feuchtigkeit [Infratec], Kondensation hinter Gipskarton [PIM]

Luftdichtigkeitsprobleme

Nicht nur unzureichende Wärmedämmung, sondern auch unversiegelte Öffnungen, unzureichende oder vollständig fehlende Dampfsperren, fehlerhafte Wandanschlüsse, mangelhafte Dachdichtungen usw. sind für Energieverluste verantwortlich. Die Untersuchung, wo Luft ein- oder austritt, erfolgt in der Regel mit der BlowerDoor-Methode: Mit einem Ventilator wird der Innendruck um 50 Pa gegenüber dem Außendruck reduziert, sodass Luft an unversiegelten Stellen von außen eindringt. Das Verfahren kann im Winter auch in Kombination mit thermografischen Geräten angewendet werden, da die mit kalter Außenluft abgekühlten Bauelemente mit thermografischen Geräten gut erkennbar sind.

Abbildung: Schlecht isoliertes Blockhaus [Infratec]

Rahne Eric (PIM Kft.) pim-kft.hu, gepszakerto.hu

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