Thermografie

An dieser Stelle finden Sie Informationen zum berührungslosen Meßverfahren der Thermografie, welches Schwachstellen an Gebäuden aufzeigen kann. In die Jahre gekommene Fenster, ein unzureichend gedämmtes Dach oder eine fehlende Kerndämmung oder Außenwanddämmung kommen ebenso zum Vorschein wie eher unscheinbare Wärmebrücken wie Fensterstürze, Balkone oder Rollädenkästen.

Zur Durchführung der Thermografie kommt eine Wärmebildkamera zum Einsatz: Mit ihr wird das Haus wie bei einer Fotokamera „aus der Ferne“ abgelichtet. Das Gebäude muß aufgeheizt sein, da die Wärmebildkamera nicht in das Haus hineinsieht, wie man vielleicht vermuten könnte – sie mißt die Oberflächentemperaturen. Gemessen wird an vielen einzelnen Bildpunkten, aus denen das Wärmebild zusammengesetzt ist – vergleichbar mit einem Digitalfoto.

Für eine thermografische Messung bieten sich die Monate von Herbst bis Frühjahr an, da ein Temperaturunterschied von 10 Grad zwischen Innen- und Außentemperatur benötigt wird: Das Haus ist aufgeheizt, draußen ist es kühl – ein Temperaturgefälle ist damit gegeben und der Wärmedurchgang kann erfaßt werden. Die Thermografie zeigt Wärmebrücken auf.

Für die Darstellung der unterschiedlichen Temperaturen nutzt die Thermografie eine Farbpalette, in der unterschiedliche Farbtöne für kalte bis warme Punkte stehen. Es gibt verschiedene Varianten; am bekanntesten und für viele charakteristisch für eine typische Wärmebildaufnahme ist das Farbspektrum von Blau bis Rot. Blaue Farbtöne stehen für die kühleren Bildbereiche, Grün- und Gelbtöne für Temperaturen im Mittelfeld und rote Farben für die wärmsten Bereiche. Dieses Farbspektrum vereinfacht die Deutung der angefertigten Bilder und es läßt sich aufzeigen, an welchen Stellen das Haus vermehrt Wärme verliert. Eine Wärmebildaufnahme macht also Unsichtbares sichtbar.

Wie funktioniert Thermografie?
Thermografie macht unsichtbare Infrarotstrahlung sichtbar. Feste Oberflächen mit Temperaturen, welche über dem absoluten Nullpunkt (- 273,15 Grad = 0 Kelvin) liegen, strahlen Infrarotlicht ab. Diese Wärmestrahlen können entweder direkt vom Objekt verursacht, durch Wärmedurchgang bedingt oder auch durch andere Körper auf das Objekt reflektiert worden sein. Infrarotstrahlung ist vom menschlichen Auge erst ab einer Temperatur von 500 Grad erkennbar – als Glühen. Bei normaler Umgebungstemperatur wird sie vom Menschen nicht wahrgenommen und kann nur per Wärmebildkamera gesehen werden.

Wärmestrahlung ist im Prinzip nicht anderes als einfaches Licht – nur mit weitaus höheren Wellenlängen. Je höher die Wärmeemission ist, desto heller auch das Infrarotlicht. Die Wärmebildkamera erfaßt also die unterschiedlichen Wärmestrahlungen der Oberflächen. Das meßbare Spektrum liegt in der Regel zwischen -20 Grad und 900 Grad und ist damit für die Gebäudethermografie ausreichend. Diese erfolgt berührungslos. Die Kamera zeigt uns also, was das menschliche Auge nicht erfassen kann. Wie funktioniert sie?

Die Wärmebildkamera
Um die Funktionsweise einer Wärmebildkamera zu verstehen, schauen wir uns ihre wichtigsten Bestandteile an: Linse, Detektor, Elektronik und Ausgabemedium.
Die Linse ist vergleichbar mit der einer gewöhnlichen Digitalkamera. Sie besteht allerdings nicht aus Glas, da dieses undurchlässig gegenüber den zu messenden Infrarotstrahlen ist und somit keine Thermografie ermöglichen würde. Die Linse besteht aus dem Metall Germanium und gibt die Strahlung an den Sensor weiter.
Der Detektor ist für die Umwandlung der langwelligen Strahlen in elektronische Signale zuständig. Diese werden nun in ein Bild konvertiert. Beispielsweise besteht dieses, wenn die Wärmebildaufnahme mit einer Auflösung von 160 x 120 Pixeln angefertigt wurde, aus 19.200 Bildpunkten, von denen jeder die dort gemessene Temperatur widerspiegelt. Die Aufnahme liegt nun wie bei einem Digitalfoto als Datei vor. Je nach Ausstattung der Wärmebildkamera kann eine Bilddatei oder auch eine Datei mit radiometrischen Daten vorliegen. Mehr hierzu im nächsten Kapitel.
Zu den Ausgabemedien der Kamera gehören das integrierte Display, welches nicht nur die Betrachtung des zu messenden Objekts während des „Fotoshoots“ erlaubt, sondern auch die angefertigten Aufnahmen anzeigen kann sowie Wechseldatenträger wie Speicherkarten, welche den Transfer der Bilder ermöglichen. Eventuell kann die Wärmebildkamera über vorhandene Anschlüsse die Bilder direkt auf einen Computer oder Bildschirm übertragen.

Handhabung der Wärmebildkamera
Bei der Benutzung sind überwiegend die gleichen Hinweise wie bei der Benutzung einer Fotokamera zu berücksichtigen:

• Das zu thermografierende Objekt sollte frei zu sehen sein und nicht durch andere Objekte verdeckt sein.
• Um eine brauchbare Thermografie anzufertigen, muß das Objekt fokussiert und „scharfgestellt“ werden. Falls im Funktionsumfang des Gerätes inbegriffen, kann „herangezoomt“ werden.

Die Qualitätsanforderung an ein Wärmebild liegt also genauso hoch wie bei Fotoschnappschüssen: Unscharfe Bilder oder schlecht sichtbare Objekte beeinträchtigen das Resultat und machen sie eventuell unbrauchbar. Der richtige Umgang mit der Wärmebildkamera ist bei etwas Sorgfalt jedoch überhaupt nicht schwer.

Die Thermografie – eine Wärmebildaufnahme Ihres Gebäudes.
Die angefertige Wärmebildaufnahme liegt zunächst nicht in der bekannten farblichen Ausprägung vor, sondern in 256 Graustufen. Das menschliche Auge ist aber nur schwer in der Lage, diese feinen Abstufungen zu differenzieren, weswegen die Thermografie mit einer sogenannten Falschfarbenpalette ausgestattet wird, um sie besser lesbar zu machen.

Das bekannteste Farbschema arbeitet mit dem Spektrum von Blau (kühle Temperaturen) über Grün/Gelb (mittlere Temperaturen) bis hin zu Rot (warme Bereiche). Die farblichen Unterschiede bestehen also nicht mehr nur aus Farbtönen im Bereich Schwarz – Weiß. Durch die Anwendung des Falschfarbenprinzips läßt sich die angefertige Aufnahme leichter deuten.

Bei der Variante „Blau/Rot“ wird mit der menschlichen Wahrnehmung für Farbtöne gearbeitet: Blau assoziert der Mensch in der Regel mit Kälte, Rot empfindet er als warm. Die Thermografie greift hier also auf Farbassoziationen zurück, wie es bei Industrieprodukten, wie beispielsweise einem Temperaturregler oder Wasserhahn, schon lange Usus ist. Im Gegensatz zu anderen möglichen Falschfarbenpaletten kommt bei der Variante „Blau/Rot“ keine Farbe doppelt vor.

Eine weitere Falschfarbenpalette ist das Modell „Eisen“. Hier liegt die Wärmebildaufnahme in den Farben Blau, Lila, Rot, Gelb bis Weiß vor.

Die Falschfarbenpalette kann einerseits direkt während der Thermografie den Bilddaten zugeordnet werden und das Bild beispielsweise als im Nachhinein unveränderbare *.jpg-Bilddatei ausgegeben werden – oder das Wärmebildgerät gibt radiometrische Daten aus, welche von einer speziellen Software interpretiert werden können. Welche Arbeitsweise ein Gerät ermöglicht, ist modellabhängig.

Radiometrische Daten können im Gegensatz zu starren Bilddaten im Nachhinein am Computer bearbeitetet werden, so daß die für eine Thermografie relevanten Parameter angepaßt werden können. Dazu zählen der Emissionswert des zu thermografierenden Objekts (Wie stark gibt ein Bauteil die Wärme ab?), die Hintergrundtemperatur, die Wahl der Falschfarbenpalette sowie die Auswahl des Temperaturbereichs (Wie groß soll die Spanne sein?) und die des darzustellenden Bereichs (Sollen Temperaturen z.B. von 0 – 15 Grad oder von 5 – 10 Grad in der Skala vorkommen?). Die Bedienung einer solchen Software ist bequemer als eine Wärmebildkamera noch während eines „Fotoshoots“ mit diesen ganzen Informationen zu füttern. Es erfordert Know-how und Erfahrung, ein brauchbares Wärmebild zu erstellen.

Gründe für eine Thermografie
Für Eigentümer eines neueren Gebäudes steht eigentlich fest, daß ein hoher Standard an energiesparenden Maßnahmen bei der Bauplanung und -ausführung realisiert wurde: Bei den Fenstern wurde auf eine gute Isolierverglasung gesetzt, das Dach nicht zu knapp gedämmt und die Außenwände mit einer hochwertigen Wärmedämmung ausgestattet. Die Sorgen eines Altbaueigentümers teilen sie nicht, aber auch für Neubaubewohner, Bauherren und Bauunternehmer kann eine Thermografie zur Qualitätssicherung hilfreich sein.
Anders sieht es aus, wenn das Haus schon einige Jahre „auf dem Buckel“ hat und es vor vielen Jahren nach den damaligen Bau- und Dämmstandards errichtet wurde. Hier eignet sich das berührungslose Meßverfahren ideal, um offensichtliche und potentielle Schwachstellen aufzudecken.

Welche Voraussetzungen müssen beachtet werden?
Für eine aussagekräftige Thermografie muß ein Temperaturunterschied von mindestens 10 Grad erfüllt sein, weswegen Wärmebildaufnahmen vorrangig in den Monaten von September – Mai (Herbst – Frühling) durchgeführt werden. Im Vorfeld sind vom Hausbesitzer und dem durchführenden Thermografen einige Vorkehrungen zu treffen.

1. Um ideale Meßbedingungen zu schaffen, sollte das Haus auf etwa 20 Grad aufgeheizt werden. Würde das Haus nicht geheizt, wäre es innen und außen ähnlich warm/kühl: Wo kein großer Temperaturunterschied gegeben ist, kann schlecht gemessen werden, wo Wärme hinausgeht. Das Aufheizen sorgt also für das erforderliche Gefälle zwischen Innen- und Außentemperatur.
2. Für den Aufheizvorgang sollte die Nachtabsenkung vorübergehend deaktiviert werden. Auf die Verwendung eines Kamins sollte während der Vorbereitung verzichtet werden, da dessen Wärmeemission die Thermografie verfälschen würde.
3. Fenster sollten nur komplett geöffnet werden, falls während des Aufheizens eine Lüftung erwünscht ist – es gilt also „Stoßlüftung statt Kipplüftung“. Zwei Stunden vor Durchführung der Thermografie sollten alle Außenrolläden hochgezogen und die Fenster geöffnet werden. Würde der Hausbesitzer die Rolläden erst kurz vor der Messung hochziehen, käme eine trügerische Wärmebildaufnahme zustande: Im Bereich des Fensters würde die Wärmebildkamera erhöhte Temperaturen erfassen – stünde dies für durchlässige Fenster? Nein, es befände sich zwischen Fenster und Außenrolladen gestaute Wärme, welche nicht so schnell entweichen kann. Um also keine Verfälschung des Bildes zu erzielen, empfiehlt es sich, die Außenjalousien frühzeitig zu öffnen.
4. Bei der Durchführung gelten gleiche Bedingungen wie beim Anfertigen eines gewöhnlichen Fotos: Zugestellte Wände (z.B. Kaminholz) müssen freigeräumt werden, um freie Sicht auf das Objekt zu haben.
5. Das Haus sollte nicht von der Sonne aufgeheizt sein, weshalb ein Thermografie-Termin überwiegend in die Nacht- oder Morgenstunden fällt. An trüben Tagen kann auch tagsüber gemessen werden. Bei Schneefall verschlechtern sich die Meßbedingungen: Zugeschneite Bereiche des Hauses (hauptsächlich beim Dach) können von der Kamera nicht erfaßt werden. Die Witterungsverhältnisse sollten also im Vorfeld so gut wie möglich per Studium der Wettervorhersage berücksichtigt werden.

Wie teuer ist das Wärmebildverfahren?
Die Kosten für eine Messung sind überschaubar – in der Regel wird eine Thermografie zu einem Festpreis angeboten. Bei der Kalkulation spielen einige Faktoren eine Rolle:

• Wie groß ist das zu messende Objekt?
• Wie steht es mit der Begehbarkeit des Grundstücks?
• Wie viele Thermografien sollen anfertigt werden?
• In welchem Ausmaß ist die Erstellung eines Berichts erforderlich? Welche Art von Auswertung ist erwünscht?
• Wieviel Arbeitszeit fällt für die gesamte Durchführung an?

Vielfältige Anwendung
Thermografie eignet sich nicht nur zur Aufspürung von energetischen Schwachstellen – sie ist auch in vielen anderen Bereichen hilfreich.

In der Medizin: Während Ärzte früher mit der Hand wärmere Bereiche abtasten und damit Erkrankungen der Organe ausfindig machen konnten, hilft heute hier die Wärmebildkamera. Mit ihr können Entzündungsherde, Krampfadern oder Organgstörungen aufgedeckt werden. Die Thermografie kann in der Medizin also unterstützend hinzugezogen werden und für Mensch & Tier hilfreich sein.

Bei der Feuerwehr: Hier kommt die Wärmebildkamera zur Aufspürung von Personen zum Einsatz. In verrauchten Gebäuden sind diese oft mit bloßem Auge nicht erkennbar – aber thermografisch sichtbar. Außerdem können Glutnester ausfindig gemacht werden.

Bei der Polizei: Die Suche vermißter Personen wird durch den Einsatz von Thermografie erleichtert.

In der Industrie: Industrielle Anlagen unterliegen hohen Anforderungen und sind ständig im Einsatz. Per Wärmebild können sie auf Unterkühlung oder Überhitzung geprüft werden. Thermografisch können Hot Spots aufgedeckt werden und somit potentielle Brandursachen im Vorfeld vermieden werden – zur Sicherheit des Personals.