Eric Rahne, Dipl.-Ing. Elektrotechnik, akkreditierter Thermografie-Experte der Stufe 3 (PIM GmbH)
Aus unserer Artikelreihe zur Thermografie haben wir viele nützliche Informationen erhalten: Wir haben gelernt, mit welchen Geräten mit bestimmten Parametern wir arbeiten sollten, und auch vieles über den Ablauf der Messungen erfahren. Diesmal werden wir uns auf die Bereiche um die Fenster und Türen konzentrieren. Diese Messungen müssen unter Ausnutzung der Wärmeprozesse, die mit verschiedenen Wetterbedingungen und Tageszeiten zusammenhängen, durchgeführt werden. Der "Trick" besteht darin, nach der Erwärmung am Tag die Beobachtung anhand von Unterschieden in der Wärmekapazität in zeiten ohne Sonneneinstrahlung oder durch Messungen zur Ermittlung von Wärmeübertragungen aufgrund nächtlicher oder winterlicher Abkühlung durchzuführen. In beiden Fällen müssen die Unterschiede in der Wärmekapazität und Wärmeleitung zwischen den zu untersuchenden (gesuchten) Materialien und ihrer Umgebung für Messung und Bewertung genutzt werden.
Bei ausreichendem Wärmefluss werden Überbrückungen in Wänden aus Stahl, Beton und sogar Holz mit Hilfe von Thermografiegeräten sichtbar. (Stahl und Beton werden aufgrund ihrer hohen Wärmeleitfähigkeit sichtbar, während Holz aufgrund seiner geringen Wärmeleitung und -kapazität sichtbar wird.)
Verschiedene Baumaterialien in der Wand (Umbauten, Anbauten, Aufbauten) mit unterschiedlichen Eigenschaften können sichtbar gemacht werden, wenn der Wärmefluss angemessen ist. Das abweichende Material muss im Vergleich zu den umgebenden Materialien eine unterschiedliche Wärmekapazität oder Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Die erforderliche Wärmeübertragung entsteht durch Erwärmung durch Sonneneinstrahlung oder durch Kühlung bzw. Heizung. Die Grundlagen der Erkennung sind dieselben wie bei den Überbrückungen. Die Erkennbarkeit hängt natürlich von der erzeugten oder bereits vorhandenen Temperaturdifferenz ab und von der thermischen Auflösung der verwendeten Wärmebildkamera. Je stärker der Wärmefluss und je empfindlicher die Wärmebildkamera ist, desto mehr Details und kleinere Materialunterschiede können gefunden werden. Mit einer Wärmebildkamera mit einer thermischen Auflösung von 30 mK können sogar versteckte Kellerzugänge hinter Gipskarton in einem unbeheizten Keller aufgedeckt werden.
Bei einem (fachgerechten) Dachbodenausbau handelt es sich ebenfalls um eine zweischalige Gebäudehülle. Daher gibt ein Wärmebild, das von außen auf das Dach gemacht wird, nur bei sehr schwerwiegenden architektonischen Fehlern Hinweise auf Probleme. Die Aufdeckung von Dämmfehlern, fehlenden oder beschädigten Dampfbremsen oder Luftdichtungsfolien sowie die Erkennung fehlerhafter, nicht luftdichter Wand-Dachboden-Anschlüsse ist in der Regel nur von innen aus möglich.
In den vorherigen, relevanten Beispielen wurde bereits erwähnt, dass nicht nur das Fehlen oder die falsche Auswahl und Platzierung von Dämmmaterial ein Problem darstellen können, sondern auch die Luftdichtheit der Gebäudehülle. Bei modernen, immer besser isolierten Gebäuden ist der Energieverlust durch die Wärmeleitung der äußeren Begrenzungswände, des Dachs und der Fenster deutlich geringer. Dadurch nimmt der Anteil an Energieverlust durch Luftströmung, die durch das Gebäude oder durch Lüftung entsteht, und die sogenannten Filterungs-Wärmeenergieverluste, die durch Luftströmungen entstehen, immer mehr zu. Natürlich würde dieser Energiefluss in hermetisch abgedichteten Gebäuden nicht auftreten. In diesem Fall wäre jedoch das Raumklima ungeeignet für das tägliche Leben, da weder der Sauerstoffmangel noch die zu hohe CO2-Konzentration in der Luft, die durch Atmung, Kochen, Waschen, Baden und Pflanzen verursachte hohe Luftfeuchtigkeit für uns angemessen wären. Um die angemessene Luftqualität in Wohngebäuden zu gewährleisten, ist ein kontinuierlicher Luftaustausch erforderlich, dessen Intensität natürlich von der Anzahl der Personen im Raum und der Art der Nutzung des Gebäudes oder Raums abhängt. Verschiedene, je nach Land etwas unterschiedliche Normen oder bautechnische Vorschriften befassen sich mit dem erforderlichen Maß an Luftaustausch, dessen übliche Einheit die Luftwechselrate pro Stunde ist. Ein typischer Wert ist n = 0,8 h-1, was bedeutet, dass 80% des gesamten Raumvolumens innerhalb einer Stunde ausgetauscht werden. Unter bestimmten Umständen, z. B. bei Verwendung einer automatischen oder mechanischen Lüftung, können auch Luftaustauschraten von 0,4 bis 0,6 h-1 ausreichen. (Anmerkung: Für Küche und Badezimmer wird üblicherweise mit einem durchschnittlichen Volumenstrom von 45 m3/h gerechnet.)
Da die Luftdurchlässigkeit vom Wind, dem herrschenden Luftdruck im Gebäude und möglicherweise von Schornsteinwirkungen abhängt, muss zur Überprüfung und Quantifizierung der Luftdichtheit eine Methode angewendet werden, die diese Effekte eliminiert. Die Untersuchung erfolgt in der Regel mit dem sogenannten Blower-Door-Verfahren. Ein Ventilator, der vorübergehend anstelle einer Öffnung nach außen in den Raum eingebaut wird, senkt den internen Luftdruck um 50 Pa im Vergleich zum externen Druck. Dadurch strömt Luft von außen durch undichte Stellen ein. Die vom Ventilator transportierte Luftmenge ist proportional zum Grad der Undichtigkeit der Gebäudehülle.
Die Luftwechselrate wird gemäß ISO 9972 durch Mittelung des Luftstroms bei Unter- und Überdruck gemäß folgender Formel bestimmt:
daraus ergibt sich:
wo: V+50 ... Luftmenge, die bei +50 Pa Druckunterschied vom Ventilator eingeblasen wird [m3/h] V-50 ... Luftmenge, die bei -50 Pa Druckunterschied vom Ventilator abgesaugt wird [m3/h] V50 ... Durchschnittlicher Luftstrom bei 50 Pa Unter- und Überdruck [m3/h] VL ... Gesamtnetto-Volumen des Innenraums [m3] n50 ... Luftwechselrate bezogen auf 50 Pa Druckunterschied [h-1] Im Winter wird der Abluftmodus des Blower-Door-Verfahrens angewendet, wodurch aufgrund des niedrigen Luftdrucks im Gebäude kalte Außenluft durch undichte Stellen, Risse und Fugen eindringt. Die kalte Luft ist mit einer Wärmebildkamera zwar nicht sichtbar, aber die durch die kalte Luft abgekühlten Bauteile des beheizten Gebäudes sind mit thermografischen Geräten gut erkennbar. Beispiele hierfür sind:
Türen, Fenster und deren Einbau spielen eine wichtige Rolle bei der Bildung von Wärmebrücken, Luftdichtheit sowie indirekt bei der Entstehung von Feuchtigkeit und Schimmelbildung. Die meisten Probleme im Zusammenhang mit Öffnungen und Fenstern können durch Wärmebilduntersuchungen erkannt werden. Es ist jedoch wichtig, die physikalischen und messtechnischen Grenzen zu berücksichtigen und die geeigneten Messbedingungen auszuwählen. Dennoch können nicht alle Probleme gemessen werden. Versuchen Sie beispielsweise nicht, den U-Wert von Fenstergläsern unter freiem Himmel mit thermografischen Messungen zu bestimmen. Mit einer geeigneten Wärmebildkamera können jedoch abweichende Gläser von den anderen wärmedämmenden Gläsern sicher erkannt werden. Durch die von außen sichtbare Erwärmung an den Fenstern können nicht nur undichte Fenster, sondern auch Wärmebrücken an deren Wandanschlüssen oder Luftleckagen bei unzureichender Glasabdichtung erkannt und voneinander unterschieden werden. Es ist jedoch ratsam, Fehler auch mit internen Aufnahmen zu bestätigen. Bei größeren Gebäuden wäre es recht aufwendig, jeden einzelnen Fenster- oder Türanschluss auf diese Weise zu überprüfen. Bei größeren Gebäuden ist es daher sinnvoll, zunächst von außen zu ermitteln, wo die kritischen oder scheinbar kritischsten Öffnungen und Fenster sind oder ob es sich um einen überall gleichermaßen vorhandenen Konstruktionsfehler handelt. Anschließend sollten die ausgewählten Öffnungen und Fenster gründlich von innen untersucht werden. Führen Sie dies stichprobenartig durch, auch wenn von außen keine verdächtigen Wärmeeffekte festgestellt wurden! Es können nämlich unsichtbare, verdeckte Spalten oder Wärmebrücken vorhanden sein, die innen erhebliche Schäden verursachen können. Dennoch sollten wir nicht überall von ungeeigneten Fenstern oder schlechten Einbauten ausgehen. Denn nicht jede Temperaturdifferenz bedeutet einen Fehler. Vergessen Sie nicht die Wärmeübertragungen, die mit natürlichen Luftbewegungen zusammenhängen. Ein gutes Beispiel dafür ist der Wärmeeffekt am unteren Rand des Rollladenkastens, der durch die aufsteigende wärmere Luft an der Fensterscheibe entsteht.
Dies ist ein unvermeidliches physikalisches Phänomen und deutet bei den hier gezeigten Temperaturen nicht auf einen Fehler hin. Wir setzen fort!
Rahne Eric (PIM GmbH) pim-gmbh.de, thermalkamera.de
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