Kompakt informieren
- Die Infrarotthermografie eignet sich für die Untersuchung und Kontrolle haustechnischer Anlagen. Auch im Mauerwerk oder Estrich verlegte Leitungen lassen sich orten.
- Leckagen an Heiz- oder Warmwasserleitungen können räumlich eingegrenzt werden. Allerdings lassen sich die Schadensstellen aufgrund individueller Randbedingungen nicht immer eindeutig bestimmen.
- Die Messperson muss, über eine korrekte Bedienung der Kamera hinaus, mögliche Fehlerquellen und Grenzen der Thermografie kennen sowie die Messergebnisse korrekt interpretieren können. Dazu sind bei der Aufnahme und Auswertung Kenntnisse aus mehreren Disziplinen unbedingt erforderlich.
Mit einer Infrarot-Kamera (IR-Kamera) aufgenommene Wärmebilder (Thermogramme) sind zum Synonym für energiesparendes Bauen und Sanieren geworden. Wärmebrücken in den Heizkörpernischen Abb. 2 deckt das „bildgebende Messverfahren“ ebenso schonungslos wie unzureichend gedämmte Heizleitungen oder Pufferspeicher Abb. 3 auf. Darüber hinaus können aber auch Schadstellen und Probleme der Haustechnik lokalisiert werden, beispielsweise Leckagen an Heizleitungen, Strömungsblockaden, Defekte an Klimaanlagen und Photovoltaik-Anlagen. Besondere Randbedingungen, wie Konstruktionen, Materialien, Dämmungen etc. können eine korrekte Messung jedoch vereiteln und das Messergebnis verfälschen, weshalb die Aufnahme und Interpretation von Thermogrammen Fachwissen voraussetzt. Sonst kann man schnell die falschen Schlüsse ziehen…
Randbedingungen
Während Gebäude und Heizanlagen normalerweise in der Heizperiode und Klimaanlagen im Sommer untersucht werden, lassen sich PV-Solaranlagen ganzjährig inspizieren. Die TGA-Thermografie hat also immer Saison. Im Gegensatz zur Bauthermografie, die sowohl im Außen- als auch im Innenbereich durchgeführt wird, sind thermografische Untersuchungen der Haustechnik weitgehend wetterunabhängig.
Vor der Messung sollten die zu untersuchenden Bereiche ausreichend beheizt werden, um einen messbaren Wärmestrom und ein Temperaturgefälle herzustellen Abb. 4 Abb. 5. Diese Vorlaufdauer richtet sich nach der Leitungstiefe, dem umgebenden Material, der Problemstellung etc. und sollte mit dem Nutzer bzw. der mit der anschließenden Reparatur betrauten Fachfirma abgestimmt werden. Da die Kosten zur Lokalisierung und Beseitigung von Wasserschäden durch undichte Rohrleitungen in der Regel von den Gebäudeversicherungen übernommen werden, sollte der Eigentümer vor der Messung die Versicherung informieren.
Das richtige Werkzeug ist auch bei der Bau- und Haustechnik-Thermografie Voraussetzung für gute Ergebnisse. Die Thermografie-Kamera Abb. 6 sollte für Bauwerksanalysen geeignet sein, d.h. über einen Temperaturmessbereich zwischen –20 und +120 °C sowie einen Spektralbereich von 8 bis 14 µm verfügen. Der Detektor sollte mindestens eine Auflösung von 160 × 120 Messpunkten haben (empfohlen werden 320 × 240 Messpunkte). Die thermische Auflösung (NETD) sollte mindestens 0,1 K (bei 30 °C) betragen, bei einer Messgenauigkeit von ±2 %. NETD-Werte von 0,06 K und weniger ermöglichen präzisere Messergebnisse.
Auch die geometrische Auflösung (IFOV) entscheidet über die Messqualität – sie sollte kleiner als 3,3 mrad sein. Der IFOV-Wert ist allerdings abhängig vom aktuell eingesetzten Objektiv, das aufgabenbezogen durch ein Weitwinkel- oder Teleobjektiv austauschbar sein sollte. Bei einer optischen Vergrößerung des Bildfeldes (z.B. durch einen Weitwinkelvorsatz) verringert sich die geometrische Auflösung. Zu den Kamera-Einstellmöglichkeiten sollten mindestens der Emissionsgrad (materialspezifischer Wärmeabstrahl-Kennwert des Messobjekts) sowie die reflektierte Temperatur gehören (siehe auch: Marktübersicht Thermografie-Kameras, TGA 10-2011, Webcode 331748).
Messpersonal
Über die Qualität der Thermogramme entscheidet nicht nur die Kamera, sondern auch, wer sie bedient. Die Messperson muss, über eine korrekte Bedienung der Kamera hinaus, mögliche Fehlerquellen und Grenzen der Thermografie kennen sowie die Messergebnisse korrekt interpretieren. Das setzt sowohl bei der Aufnahme als auch bei der Auswertung Kenntnisse aus Optik, Wärmestrahlung, Wärmeleitung, Messtechnik, Materialkunde, Baukonstruktion, Bauphysik und nicht zuletzt der Haustechnik voraus. Personen, die beauftragte Messungen und Auswertungen ohne Aufsicht durchführen, müssen zudem nach DIN 541621) in den Stufen 2 oder 3 zertifiziert sein. Dazu sind entsprechende Schulungen und Zertifizierungsprüfungen eine Grundvoraussetzung. Weitere Informationen bietet eine Übersicht des Bundesverbands für angewandte Thermografie (VATh) auf: http://www.vath.de/ausbildung
Kenntnisse über verwendete Materialien, den technischen und konstruktiven Aufbau des jeweiligen Messobjekts sind unverzichtbar, denn sie helfen bei der Deutung thermischer Auffälligkeiten. Auch das Nutzungsprofil kann bei der Bewertung und Interpretation nützlich sein. Es ist deshalb hilfreich, wenn der Eigentümer/Mieter bei der Messung/Auswertung dabei ist, respektive Planer oder an der Ausführung beteiligte Handwerker für Fragen zur Verfügung stehen. Ferner sollten aktuelle Bestandsgrundrisse, Schnitte, Detail- und Haustechnikpläne sowie Baubeschreibungen eingesehen und für eine Verwendung im Thermografie-Bericht kopiert/gescannt werden können.
Aufnahme, Auswertung, Interpretation
Um ein Gebäude thermografisch erfassen zu können, ist meist eine Kombination aus Außen- und Innenthermogrammen erforderlich. Bei der Haustechnik-Thermografie muss man sich fast vollständig auf Innenaufnahmen verlassen. Möglichen Fehlerquellen kann nur durch die genaue Kenntnis des technischen und baukonstruktiven Objektaufbaus vorgebeugt werden, ebenso wie bauliche Besonderheiten (siehe Info-Kasten).
Bestimmte bauliche Unzulänglichkeiten, etwa Luftundichtigkeiten, lassen sich am besten mit einer kombinierten Differenzdruck- (Blower-Door) und Thermografie-Messung lokalisieren. Auch die zuverlässige Ortung von Leckagen setzt in der Regel den parallelen Einsatz mehrerer Messwerkzeuge voraus, beispielsweise zusätzliche Feuchtemesser. Wichtig bei der Aufnahme sind auch die Fokussierung und der Bildausschnitt. Zwar lassen sich bei Thermogrammen falsche oder ungünstige Kameraeinstellungen per Software bis zu einem gewissen Grad nachträglich ausbügeln. Nicht korrigiert werden können aber eine mangelnde Fokussierung, der Bildausschnitt sowie die Messung verfälschende Randbedingungen (siehe oben).
Zu jeder Thermografie-Aufnahme sollte parallel auch ein Digitalkamera-Foto (Lichtbild) angefertigt werden, um später bei der Auswertung der Thermogramme lokalisierte Schwachstellen und Leckagen einfacher zuordnen zu können Abb. 3. Sinnvoller, als die in der Regel integrierte Digitalfoto-Funktion, ist eine separate Digitalkamera ab 5 Megapixel Bildauflösung. Eine möglichst hohe Bildauflösung ermöglicht das nachträgliche Heranzoomen von Details (Feuchtigkeit, Schimmelstellen, Risse etc.), was im Rahmen der Interpretation weitere Rückschlüsse ermöglicht. Als Zeitaufwand müssen für eine fachgerechte thermografische Untersuchung mindestens zwei Stunden vor Ort und weitere vier bis acht Stunden für die Auswertung und Berichterstellung im Büro einkalkuliert werden.
Schon während der Messung sollten Thermogramme vorab begutachtet werden, um einen ersten Eindruck vom Messobjekt zu erhalten, für Plausibilitätsprüfungen etc. Für diese erste Vor-Ort-Auswertung halten aktuelle Kameras zahlreiche Funktionen vor, mit denen sowohl das aktuelle als auch alle bereits aufgenommenen und im Bildspeicher befindlichen Thermografiebilder vorab ausgewertet werden können. Zu den geräteabhängigen Auswertefunktionen zählen die Anzeige der Temperaturskalierung, die Position und die Min-/Max-Temperatur, wahlweise die Cursor-/Multipunkt-/Multigebietstemperatur, eine Isothermendarstellung und andere. Die eigentliche Auswertung mithilfe der zum Lieferumfang gehörenden Auswertesoftware oder einer optionalen, speziell für die Gebäudeanalyse konzipierten Software erfolgt im Büro (Thermografie-Software, TGA 11-2011, Webcode 335132). Die Auswertesoftware kann Thermogramme am PC-Monitor anzeigen, modifizieren, optimieren, organisieren, analysieren, Digitalfotos gegenüberstellen bzw. mit diesen überlagern und zu einem nachvollziehbaren Thermografie-Bericht zusammenstellen.
Die Interpretation ist der heikelste Teil der Bauthermografie, weil sie viel Erfahrung und eine Verknüpfung des Know-hows aller unter „Messpersonal“ genannten Disziplinen erfordert. Thermogramme liefern jeweils nur eine Momentaufnahme der Oberflächentemperaturverteilung eines Messobjekts, die von einer Vielzahl unterschiedlicher Faktoren beeinflusst wird. In jedem Fall sollten zur Interpretation alle verfügbaren Informationen, wie Bau- und Haustechnikpläne, Baubeschreibungen, Digitalfotos, aber auch die Gebäudeausrichtung, Sonneneinstrahlung, Hauptwindrichtung, die umgebende Bebauung, das Nutzungsprofil der Bewohner und andere Faktoren, berücksichtigt werden. In kniffligen Fällen können selbst Profis danebenliegen, wenn nicht alle relevanten Eckdaten bekannt sind oder nicht adäquat berücksichtigt werden. Erst nach einer gründlichen Analyse aller Messergebnisse, der bauphysikalischen Verhältnisse, der Gebäudekonstruktion und Haustechnik sollten Vorschläge zur Problembeseitigung gemacht und auf das jeweilige Gebäude individuell zugeschnittene Energiespar-, respektive Reparaturmaßnahmen beschlossen werden. Eine Übersicht aller Einflussfaktoren und zahlreiche weitere Informationen enthält die VATh-Richtlinie Bauthermografie (PDF-Download unter http://www.vath.de, Rubrik „Regelwerke / Richtlinien“). Praktische Mess- und Analysebeispiele enthalten die Literaturhinweise.
Thermografie in der Haustechnik
In der Haustechnik eignet sich die Thermografie sowohl zur Ortung von Schad- oder Problemstellen, als auch für die Visualisierung von Ausführungsmängeln und die Qualitätskontrolle ausgeführter Arbeiten. Ebenso wie im Baubestand Wärmebrücken sichtbar gemacht werden können, lassen sich auch schlecht gedämmte Heizleitungen, Pumpen, Warmwasserspeicher und andere Komponenten aufgrund des in der Regel hohen Temperaturgefälles zwischen der Medien- und der Umgebungstemperatur sehr gut lokalisieren. Ebenso können Durchströmungsprobleme oder Strömungsblockaden bei Leitungen oder Heizkörpern erkannt und deren Ursachen ergründet werden.
Nicht immer sind schlecht zu beheizende Räume durch Probleme der Heizungsanlage bedingt. Auch Zugluft oder Dämmungsmängel Abb. 7 können dazu führen, dass eine eigentlich funktionsfähige Heizung nicht ausreicht und Nutzer diesen Raum als unbehaglich empfinden. Nachweisen lässt sich dies durch eine Innen-/Außenthermografie, oder eine kombinierte Differenzdruck- und Thermografie-Messung.
Die Leitungsortung, d.h. die Visualisierung von Leitungsverläufen bei Wand-, Decken- oder Fußbodenheizungen ist ein weiteres Einsatzgebiet der Infrarottechnik. Damit können die Wärmeverteilung überprüft und gegebenenfalls Ausführungsmängel bei der Verlegung von Heizleitungen nachgewiesen werden Abb. 8. Müssen in einen mit einer Flächenheizung beheizten Raum nachträglich Ständerwände gesetzt werden, lässt sich die Gefahr einer Beschädigung von Heizleitungen minimieren. Da von Warmwasser durchströmte Leitungen das unmittelbar umgebende Mauerwerk oder den Estrich erwärmen, können Leitungsverläufe von Heizungsvor- und -rückläufen, Fußbodenheizungen, aber auch von Warmwasserleitungen mit IR-Kameras sichtbar gemacht werden. Eine thermographische Leitungsortung bietet sich bei Renovierungen oder Umbaumaßnahmen an, wenn keine Informationen über den Rohrleitungsverlauf vorliegen.
Etwas diffiziler ist die Leckageortung: Wird ein Wasserverlust in einer Leitung festgestellt, steht der Installateur nicht nur vor dem Problem, dass der Leitungsverlauf meist unbekannt ist. Das Wasser tritt zudem häufig an Stellen aus der Wand oder Decke, die von der eigentlichen Leckage mehr oder weniger weit entfernt sind. Mit einer IR-Kamera lässt sich die Schadensstelle anhand ungewöhnlicher Temperaturverläufe-„Hot Spots“, eingrenzen Abb. 9.
Allerdings lassen sich die Schadensstellen in der Praxis aufgrund individueller Randbedingungen, wie Konstruktionen, Schichtaufbauten, Isolierungen, unterschiedlichen Verlegungstiefen etc. nicht immer eindeutig bestimmen. Deshalb ist der parallele Einsatz mehrerer Messverfahren empfehlenswert, beispielsweise Feuchtesensoren oder elektroakustischen Messungen. Damit lassen sich zusätzlich Feuchteverteilungen ermitteln, respektive Ausströmgeräusche mit einem hochempfindlichen Mikrofon hörbar machen. Außerdem sollte die VATh-Richtlinie Leckortung beachtet werden (PDF-Download unter http://www.vath.de, Rubrik „Regelwerke / Richtlinien“).
Genauso wie die Heizung im Winter kann auch die Kühlung und Klimatisierung von Räumen im Sommer thermografisch untersucht werden. Einzelne, unzureichend mit Kühlflüssigkeit durchströmte Deckenpaneele können ebenso erkannt werden wie technische Defekte an Kühl-/Klimaanlagen oder eine unzureichende Isolierung von Kühlhäusern. Die Thermografie von Photovoltaik-Anlagen ist ein sehr spezielles Anwendungsfeld, weshalb hierfür zusätzliches Know-how erforderlich ist (siehe auch: Photovoltaik-Thermografie, TGA 6-2012, Webcode 362170).
Inhalte eines Thermografie-Berichts
Ein Thermografie-Bericht Abb. 10 macht Messungen, deren Auswertung und Interpretationen transparent, nachvollziehbar und für Laien verständlich. Damit erhält der Kunde aussagekräftige Unterlagen über den energetischen, bauphysikalischen und (haus-)technischen Zustand seines Gebäudes. Grundsätzlich hängen Struktur, Inhalt und Umfang eines Thermografie-Berichts von der konkreten Aufgabe ab. Folgende Informationen sollte ein Thermografiebericht aber in jedem Fall enthalten: die Aufgabenstellung, Auftraggeber, Auftragnehmer und die Teilnehmer, ferner Klimadaten (Innen-/Außentemperatur, Wetter, Sonneneinstrahlung, Wind etc.), Objektdaten (Adresse, Gebäudetyp, einen Lageplan mit Himmelsrichtung, die Konstruktionsweise und Materialien der Gebäudehülle, die Haustechnik (Heizsystem, Lüftung, Klima etc.), das Gebäudealter sowie gegebenenfalls durchgeführte Renovierungsarbeiten).
Wichtig sind auch Messgeräte-Daten (Hersteller, Gerätemodell, Serien-Nummer sowie Basis-Kameradaten), Bildinformationen zu jedem Thermogramm (Datum und Aufnahmezeit, Farbpalette mit Temperaturskala, Emissionsgrad, die reflektierte Temperatur, Objektentfernung etc. Zur besseren Orientierung ist insbesondere bei zahlreichen Aufnahmen ein im Grundriss eingetragener Aufnahmestandpunkt mit Blickrichtung sinnvoll. Jedes Thermogramm sollte auch durch ein entsprechendes Lichtbild ergänzt werden.
Wesentlich ist natürlich eine Auswertung der Thermogramme mit individueller Erläuterung und Bewertung. Bei Problembereichen sollten passende Vorschläge zu deren Beseitigung enthalten sein. Eine auf die konkrete Aufgabenstellung bezogene Schlussfolgerung und Zusammenfassung sollte den Thermografie-Bericht abschließen. Es kann immer wieder vorkommen, dass wasserführende Leitungen aufgrund ihres Wärmeverhaltens und eines besonderen Schichtaufbaus im Infrarotbild nicht sichtbar sind und daher nicht lokalisiert werden können. Daher sollte man sowohl im Vorfeld als auch im Protokoll darauf hinweisen, dass für eventuelle Schäden keine Haftung übernommen werden kann. Bei umfangreicheren Berichten ist ein Inhalts- und Stichwortverzeichnis sinnvoll.
Thermografie ist nicht alles
Die Thermografie ist in der Haustechnik-Inspektion, Leckagesuche, Bauwerksdiagnose, für die Qualitätskontrolle und in vielen anderen Bereichen sinnvoll einsetzbar. Die zerstörungsfreie Messung hilft, Energie zu sparen, Gebäudeschäden zu vermeiden, die Technik instand zu halten und Sachwerte zu erhalten. Ohne das Wissen und Know-how eines erfahrenen Fachmanns können Thermogramme allerdings schnell zu Fehlschlüssen verleiten.
In bestimmten Messsituationen reicht die Thermografie zur abschließenden Bewertung nicht aus. Deshalb sollten in Zweifelsfällen ergänzende Messverfahren hinzugezogen werden, um thermografische Messungen überprüfen zu können. •
1) DIN 54162 Zerstörungsfreie Prüfung – Qualifizierung und Zertifizierung von Personal für die thermografische Prüfung – Allgemeine und spezielle Grundlagen für Stufe 1, 2 und 3. Berlin: Beuth Verlag, September 2006. DIN EN 473 Zerstörungsfreie Prüfung – Qualifizierung und Zertifizierung von Personal der zerstörungsfreien Prüfung – Allgemeine Grundlagen, September 2008, wurde zurückgezogen.
Literatur (Auswahl)
[1] Fouad, N. A.; Richter, T.: Leitfaden Thermografie im Bauwesen. Stuttgart: Fraunhofer IRB Verlag, 2009
[2] Tanner, C.: Baudokumentation – Infrarotaufnahmen von Gebäuden. Neuhausen: Thermografie Verband Schweiz, 2009
[3] Wagner, H.: Thermografie – Sicher einsetzen bei der Energieberatung, Bauüberwachung und Schadensanalyse. Köln: Verlagsgesellschaft Rudolf Müller, 2011
http://www.thech.ch Thermografie Verband Schweiz
http://www.thermografie.co.at Österreichische Gesellschaft für Thermografie
http://www.thermografie.de/handwerk.htm Thermografie im SHK-Bereich
http://www.vath.de Bundesverband für angewandte Thermografie
Kamera- und Schulungs-Anbieter (Auswahl)
SHK-Thermografie-Tipps
- IR-Kameras eignen sich für die Ortung von Heizleitungen, Schad- oder Problemstellen oder für die Qualitätssicherung.
- Nicht immer sind haustechnische Mängel für eine mangelnde Behaglichkeit von Räumen verantwortlich.
- Zugerscheinungen lassen sich am besten mit einer kombinierten Differenzdruck- und Thermografie-Messung lokalisieren.
- Besondere Konstruktionen, Materialien, Schichtaufbauten, Isolierungen etc. können eine korrekte Messung vereiteln.
- Aufgabenbezogen sollten daher weitere Messverfahren herangezogen werden (Feuchtigkeit, Druck, Geräusche etc.)
- Bei der Leckageortung unbedingt VATh-Richtlinien beachten.
