Thermographie für Wohngebäude und Anlagen

Wozu dienen „Thermographische Analysen am Wohngebäuden“?

Energetische Sanierungsmaßnahmen am Gebäude sollen die Gebäudehülle energetisch abdichten, so dass keine teure Wärme unkontrolliert aus dem Gebäude an die Umwelt verloren geht.
Die fehlerfreie Planung, Durchführung und Wirkungskontrolle braucht entsprechend Verfahren, die die Wärme sichtbar machen.
Ein solches Verfahren ist die Thermografie. Mittels Gebäudethermographie können Wärmebrücken detektiert und Risse oder Materialfehler in der Gebäudehülle zuverlässig erkannt werden.

Wozu dienen „Thermographische Analysen an Anlagen und Systemen“

Wärmebilder erlauben es durch die Sichtbarmachung der örtlichen Temperaturverteilung an Geräten und Systemen frühzeitig zu erkennen. Treten starke Differencen auf, so sollten diese analysiert und bewerte werden.

So können:

• elektronische Komponenten oder Elektroanlagen mittels bildgebender Thermografie überprüft oder periodisch überwacht werden, z.B. Photovoltaik-Anwendungen
• defekte Bauteile oder Anschlüsse (z. B. Kurzschlüsse oder hohe Übergangswiderstände) zuverlässig durch atypische Temperatursignatur erkannt, z.B. Sicherungskasten
• Auch können Fehlerursachen frühzeitig erkannt und beseitigt werden, bevor Anlagen ausfallen oder irreparabler Beschädigungen erleiden.

Die kontaktlose Inspektion mittels Kamera kann aufwändige manuelle Messmethoden ersetzen. Sie erlaubt eine Anlagenüberwachung die deutlich effizienter als auch sicherer ist, da kein direkter Kontakt notwendig ist und stets ein Sicherheitsabstand eingehalten werden kann.

Erklärung der Thermografie

Mit Thermografie, mitunter auch Thermographie geschrieben, bezeichnet man ein sogenanntes bildgebendes Verfahren, um Oberflächentemperaturen von Objekten anzuzeigen. Das gelingt, weil man die Intensität der Infrarotstrahlung, die von einem bestimmten Punkt ausgeht misst und daraus die dort herrschende Temperatur deutet.
Als Messgerät bedient man sich einer sogenannten Thermografie-Kamera. Sie wandelt die Infrarotstrahlung, die für Menschen nicht sichtbar ist, in elektrische Signale um und erzeugt so ein Bild. Das wird in sogenannten Falschfarben, seltener als monochromes Graustufenbild, dargestellt.

(Quelle: https://www.energie-experten.org/energie-sparen/energieberatung/energieberater/thermografie)

Thermografie-Kamera vs. Wärmebildkamera

Im Zusammenhang mit Thermografie ist häufig auch von einer Wärmebildkamera die Rede. Doch auch, wenn die Wärmebildkamera wie die Thermografie-Kamera ein Gerät meint, das fähig ist, die Intensitätsverteilung von Infrarotstrahlung in einer Szenerie zu ermitteln und als ein sichtbares Bild wiedergibt, unterscheiden sich die beiden Kameras doch voneinander:

Das Funktionsprinzip hinter der Thermografie

Die Thermografie beruht darauf, dass jeder oberhalb des absoluten Nullpunkts (null Kelvin = minus 273,15 Grad Celsius) temperierte Körper Wärme ausstrahlt. Dieser auch Emissionsgrad genannte Wert gibt an, wie viel Wärme ausgestrahlt wird, wobei er die tatsächliche Wärmestrahlung mit einem Idealwert vergleicht: dem Wert des idealen Wärmestrahlers als Referenz, eines schwarzen Körpers also, der sämtliche auf ihn treffende elektromagnetische Strahlung in jeder Wellenlänge komplett absorbieren würde, während real existierende Körper diese immer teilweise reflektieren.

Einsatzmöglichkeiten für Thermografie

Die Thermografie greift als rein bildgebendes Verfahren demnach nicht zerstörend in die Beschaffenheit der Werkstoffe oder hinderlich bzw. beschleunigend in Prozesse ein. Wegen dieses Vorteils kommt sie zum einen vielseitig, als 

und zum anderen in vielen Bereichen zum Einsatz, darunter in der

Varianten des Thermografie-Verfahrens

Man unterscheidet die Thermografie verfahrenstechnisch in

Bei der aktiven Thermografie wird nochmals zwischen zwei Verfahren unterschieden, je nachdem wir die Wärmeenergie in das zu Prüfende Objekt eingebracht wird:

Unregelmäßigkeiten des Bauteils verändern den Wärmefluss in dessen Inneres, die lokal unterschiedliche Temperaturen an der Bauteiloberfläche verursachen. Aktive Thermografie kommt dort zum Einsatz, wo eine berührungslose Untersuchung Sinn macht, zum Beispiel beim Prüfen homogener, großflächiger und dünnwandiger Bauteile einfacher Geometrie. Dank ihr lassen sich aber auch Infrarotwärmebilder von Bauteilen mit sehr hohen Temperaturen, unter Spannung stehenden Geräten, und Objekten machen, die von gefährlichen Gasen umgeben sind.

Thermografie als Instrument einer Energieberatung

Das thermografische Bildgebungsverfahren kann als Instrument dienen, den Energiehaushalt von Gebäuden zu optimieren und zu helfen, den optimierten Status zu wahren. Im Rahmen der Dienstleistung als Energieberater kann mit einer Thermografie-Messung sehr vielfältig Kenntnisse gewonnen und Unsicherheiten geklärt werden.

Einsatzgebiete der Bauthermografie sind:

Ziel sollte aber im Rahmen einer Energieberatung sein, Thermografieaufnahmen durchzuführen, um Schwachstellen in der Gebäudehülle aufzuzeigen und die Notwendigkeit einer Sanierungsmaßnahmen zu erörtern.
(Quelle: https://www.gebaeudemesstechnik-beyermann.de/thermografie/)

Außen- und Innenthermografie

Eine Thermografie der äußeren Gebäudehülle wird hauptsächlich zur schnellen und übersichtlichen Erkennung von Wärmebrücken und Feuchteschäden an der Außenwand durchgeführt. In der Regel kann die gesamte Wärme abgebende Außenwand im Überblick gut eingesehen werden. Die Aufnahmepositionen für einen optimalen Bildausschnitt sind hierbei oftmals flexibel wählbar, zusätzliche Tele- oder Weitwinkeloptiken erleichtern die Anpassung an das Messobjekt. Dächer können jedoch nur eingeschränkt mit entsprechender perspektivischer Verzerrung beurteilt werden. Zudem kann kalte Himmelsstrahlung an der Oberfläche von Dächern und Fenstern reflektiert werden, sodass diese Flächen in der Thermografie noch deutlich kälter erscheinen als sie tatsächlich sind.
Zur detaillierten Untersuchung von Bauteilen bedient man sich bevorzugt der Innenthermografie. Es bestehen hier keine direkten klimatischen Einflüsse auf die zu untersuchende Oberfläche. Die Auswirkungen auf das thermische Verhalten eines Bauteils kommen auf dessen Innenseite mehr oder weniger abgeschwächt zur Wirkung. Hinterlüftete Dachausbauten und Fassaden können auf ihre Dämmwirkung und Luftdichtigkeit nur von innen untersucht werden, da auf der luftzirkulierenden Seite Wärmeverluste direkt an die am Bauteil vorbeiströmende Luft abgegeben werden und somit eine örtliche Zuordnung der Fehlstellen unmöglich ist.

Durchführung einer Thermografie

Die Grundvoraussetzung für das erfolgreiche Thermografieren der äußeren Gebäudehülle ist immer dann gegeben, wenn ein durch Temperaturunterschiede erzwungener, zeitlich möglichst konstanter Wärmestrom fließt.
Dieser Wärmestrom erzeugt dann durch die lokal unterschiedlichen Wärmewiderstände der durchströmten Bauteile lokal unterschiedliche Oberflächentemperaturen, die von der Thermografiekamera erfasst werden.
Um dies zu gewährleisten, sind bei der Durchführung einer Thermografie durch einen Energieberater einige wichtige Kriterien zu beachten, die bei Nichteinhaltung eine Interpretation erschweren bzw. zu falschen Schlüssen führen könnte.

Wichtigster Punkt ist dabei das Wetter.

Da Temperaturunterschiede bei der Messung eine große Rolle spielen, ist der Winter die ideale Jahreszeit für die Wärmebild-Aufnahmen. Eine Thermografie von außen kann theoretisch unabhängig von der Tageszeit erfolgen, solange es nicht zu hell ist (< 1500 Lux). Daher werden Thermografieaufnahmen vom Energieberater hauptsächlich morgens durchgeführt, da alle von der Sonne beschienenen Flächen noch nicht zu stark besonnt sind.
Auch bei Innenaufnahmen kann Sonneneinstrahlung trotz der hohen Wärmeträgheit der Bausubstanz stören, indem die Sonne zu den Fenstern hinein scheint.
Nachtaufnahmen bei klarem Wetter sind nicht minder stark gestört, weil ein starkes Ungleichgewicht zwischen der vom Gebäude abgestrahlten Energie in Form von Infrarotlicht und der kaum vorhandenen Einstrahlung aus dem klaren dunklen Himmel zurück vorherrscht.
(Quelle: https://www.energie-experten.org/energie-sparen/energieberatung/energieberater/thermografie)

Analyse einer Thermografie

Eine fachmännische Auswertung einer Thermografie setzt zunächst immer eine Dokumentation der Durchführung voraus, sodass diese reproduzierbar und später nachvollziehbar wird. Gerade bei der passiven Thermografie ist das wichtig, weil die Umgebungsbedingungen, die die abgebildeten Temperaturunterschiede im Thermogramm erzeugt haben, immer nur momentan wirksam sind. Zu einer regelkonformen Thermografieuntersuchung zur Energieberatung gehört, daß alle Thermogramme entsprechend ausgewertet, dokumentiert und an den Auftraggeber ausgegeben werden.
Die Analyse der Temperaturverteilung setzt immer eine exakte Berücksichtigung des Emissionsgrades und der Störstrahlung voraus, sei es vor Ort im Berechnungsalgorithmus der Kamera oder erst später bei der Auswertung mittels Thermografiesoftware. Der Emissionsgrad als ein Maß für das Abstrahlungsvermögen von Materialien hat entscheidenden Einfluss auf die Messgenauigkeit. Je größer die Differenz der Messobjekttemperatur zur Umgebungstemperatur (Störstrahlung) und je kleiner der Emissionsgrad ist, desto größer werden die Fehler, wenn keine Korrektur vorgenommen wird.
Bei der Erstellung der Thermografieaufnahmen sollte zudem die Regeln der Darstellungneutralität beachtet werden, um keine Fehlschlüssse alleine aus einer unpassenden Einfärbung und Kontrastrierung zu ziehen. Dazu sollten alle Thermogramme grundsätzlich die selbe Farbpalette nutzen, die Skalierung sollte immer um 0,7 mal der Temperaturdifferenz zwischen innen und außen liegen, bei Außenaufnahmen sollte die Umgebung bei etwa 20 % der Skala liegen und bei Innenaufnahmen sollte die Innenraumtemperatur bei 70 % liegen. Orientierung bieten hier die Bauthermografierichtlinien des VATh und die weitgehend deckungsgleichen Normen DIN 54190 und die EN 13187.

Thermografiemessungen als Analyseverfahren für Photovoltaikanlagen

Thermografien werden aber auch zur Überprüfung von Solaranlagen eingesetzt. Hierzu werden teils herkömmliche Aufnahmen vom Boden oder teils auch Aufnahmen durch den Einsatz von Thermografiedrohnen gemacht. Letztere haben den Vorteil, auch schwer zugängliche Anlagen bzw. große Freiflächenanlagen in kurzer Zeit thermografieren. Die Messungen selbst können heutzutage sogar zellgenau mit nur einer Kamera erfolgen.
Mit Thermografien von Solaranlagen lassen sich nicht nur qualitativ die Temperaturdifferenzen erfassen, sondern auch die Strahlungsintensitäten quantitativ messen und in absolute Temperaturwerte umrechnen. Mit der Thermografie-Analyse lassen sich daher nicht nur bestehende Defekte finden, sondern auch Schwachstellen und mögliche Fehlerquellen erkennen und Anlagen- und Ertragsausfälle vermeiden.