Die Thermografie boomt. Das liegt nicht nur an fallenden Kamerapreisen, sondern auch an der universellen Einsetzbarkeit dieser Technik. Mit Thermografie-Kameras lassen sich Wärmebrücken oder Heizleitungen ebenso schnell lokalisieren wie Defekte an Heizungs-, Klima- oder PV-Solaranlagen – berührungslos, zerstörungsfrei und ohne den laufenden Betrieb zu stören. Thermografie-Kameras (auch Infrarot-, IR- oder Wärmebild-Kameras genannt) werden sowohl für die energetische und bauphysikalische Gebäudeanalyse als auch in der Energieberatung, Anlagen-Instandhaltung, Qualitätssicherung und Dokumentation eingesetzt. Auch als modernes Akquisitionswerkzeug sind IR-Kameras ideal, denn der Wirkung eines Thermografie-Bildes kann sich kein Bauherr oder Kunde entziehen, sodass es für notwendige Wärmedämm-, Sanierungs-, Modernisierungs- oder Reparaturmaßnahmen in der Regel keiner weiteren Argumente bedarf. Da Thermografie-Gutachten im Rahmen von Vor-Ort-Energieberatungen zudem unter bestimmten Bedingungen gefördert werden (siehe: http://www.bafa.de, Suchwort: Energiesparberatung) und die Technik sehr vielseitig einsetzbar ist, macht sich eine Investition schnell bezahlt.
Wo werden ThermografieKameras eingesetzt?
Zu den wichtigsten Einsatzbereichen der Wärmebildtechnik im Baubereich zählen die energetische und bauphysikalische Gebäudeanalyse sowie die Gebäudeenergieberatung. Mit bloßem Auge nicht erkennbare Wärmebrücken an Hausfassaden, an Fenstern, Fensterbänken oder Rolladenkästen, in Heizkörpernischen, an Haustüren, im Sockel- oder Dachbereich werden erst auf dem Display einer Infrarot-Kamera sicht- und messbar. Thermografie-Kameras lassen sich in der Bau- und Anlagenüberwachung, zur Qualitätssicherung von Bau-, Installations- oder Wartungsarbeiten, zur Dichtigkeitskontrolle von Flachdächern, zur Strukturanalyse von Gebäuden oder zur Lokalisierung von Feuchtigkeit in Wänden, Decken oder Dächern einsetzen. Im Zusammenhang mit der Blower-Door-Messung können Fugen und Luftundichtigkeiten an Bauteilübergängen, im Dachbereich, bei Türen oder Fenstern sichtbar gemacht werden. Feuchte Stellen aufgrund undichter Dampfbremsen oder Sperrschichten können frühzeitig erkannt und Folgeschäden minimiert werden.
Auch außerhalb der Bauthermografie-Saison, die etwa von November bis März dauert, lassen sich IR-Kameras vielseitig einsetzen. So bietet der SHK-Bereich gleich ein ganzes Spektrum an Einsatzmöglichkeiten: Muss etwa ein Leitungsleck lokalisiert werden, um notwendige Reparaturarbeiten möglichst präzise eingrenzen zu können, kann die IR-Kamera wichtige Anhaltspunkte liefern. Auch schlecht gedämmte Heizleitungen oder defekte mechanische oder elektrische Anlagenteile von Heizungs- oder Klimaanlagen lassen sich mit einem Blick erkennen. Damit können noch vor der Abnahme Mängel erkannt und so Ortstermine und Mängelrügen vermieden werden.
Zu einem eigenständigen Bereich hat sich inzwischen die PV-Thermografie entwickelt: Defekte an Dach- oder Freianlagen, an einzelnen Photovoltaik-Modulen oder Anschlüssen lassen sich ebenso frühzeitig diagnostizieren wie Probleme an Anlagenkomponenten, elektrischen Verbindungen oder Wechselrichtern. Weist man Bauherren oder Betreiber auf oben genannte Problemstellen hin, erhält man in der Regel auch den Auftrag für deren Beseitigung, damit größere Schäden, Produktionsausfälle oder gar Brände erst gar nicht entstehen können.
Wie funktionieren Thermografie-Kameras?
Thermografie-Kameras machen das für das menschliche Auge unsichtbare Spektrum elektromagnetischer Strahlung sichtbar: das Infrarotlicht. Es bildet, neben dem kurzwelligen UV-Licht, eine der beiden Grenzen zum sichtbaren Licht und deckt einen Spektralbereich von 780nm bis 1mm ab, wobei Bauthermografie-Kameras nur einen Ausschnitt davon erfassen (ca. 8 bis 14µm). Vor allem Wärmequellen senden eine Wärme- oder Infrarotstrahlung aus – das sind alle Körper mit einer Temperatur oberhalb des absoluten Nullpunktes (-273,15°C oder 0K). Je wärmer ein Gegenstand ist, desto mehr Infrarotstrahlung geht von ihm aus. Ähnlich einer herkömmlichen Kamera setzt eine Thermografie-Kamera elektromagnetische Strahlung – in diesem Fall die Infrarotstrahlung – in Bilder um. Dabei wird die emittierte Infrarotstrahlung von einer für diese Strahlungsart durchlässigen Optik aus Germanium auf einen IR-Detektor fokussiert. Als Detektoren werden in den meisten Kameras sogenannte Mikrobolometer eingesetzt, bei denen Wärmestrahlung zu einer Änderung des elektrischen Widerstands führt. Mehrere tausend, zu einer Matrix (Focal Plane Array, kurz FPA genannt) zusammengeschaltete Mikrobolometer-Elemente übergeben die eingegangenen Informationen an die Sensorelektronik, die daraus punktweise ein Bild erzeugt, das auf dem LCD-Monitor der Kamera abgebildet wird. Das Bild enthält neben grafischen auch radiometrische Informationen (d.h. auf der Messung elektromagnetischer Strahlung beruhende Daten), wie etwa die Temperaturwerte. Diese können am Kamera-Display oder am PC mithilfe der zum Kamera-Lieferumfang gehörenden Software für jeden Bildpunkt abgefragt werden. Die unterschiedlichen Farben in den Abbildungen, Thermogramme genannt, stellen die Oberflächentemperaturverteilung entsprechend einer meist im Bild enthaltenen Temperaturskala dar. Bereiche mit höheren Temperaturen sind als gelbe, rote oder weiße Flächen dargestellt. Kältere Bereiche sind grün, blau oder schwarz.
Keine Thermografie ohne Schulung!
Auch wenn es so manche Werbung und die äußere Form einiger Kameramodelle suggerieren – Thermografie-Kameras sind keine Digitalkameras. Es sind vielmehr präzise Temperatur-Messgeräte, die Bilddaten liefern. Diese Thermogramme setzen jedoch die Interpretation eines Fachmanns voraus. Er muss äußere Randbedingungen (Sonnen-/Windexposition, Wetter, Objekt, Objektform etc.) und technische Parameter wie Temperaturunterschiede, materialspezifischer Wärmeabstrahl-Kennwert (Emissionsgrad) oder thermische Spiegelungen an glatten Oberflächen etc. berücksichtigen und richtig einschätzen. Andernfalls kommt es zu Messfehlern und Fehlinterpretationen. Deshalb sind Kenntnisse aus den Bereichen Optik, Wärmestrahlung, Wärmeleitung, Materialkunde, Bauphysik und anderen Sparten unerlässlich, die man sich während mehrtägiger Schulungen aneignen kann.
Gerade bei so schwierigen Messaufgaben wie der Leckageortung bei Fußbodenheizungen sollten Randbedingungen wie der Fußbodenaufbau oder die Art der Heizung bekannt sein. Entsprechendes gilt für die PV-Thermografie. Außerdem sollte die Thermografie durch andere, objektspezifische Messverfahren (z.B. Feuchtigkeitsmessung, Kennlinienmessung etc.) ergänzt werden. Bei der Bildinterpretation ist viel Erfahrung, teilweise sogar kriminalistischer Spürsinn nötig. Mangelndes Know-how, fehlende praktische Erfahrungen und der Einsatz ungeeigneter Kameras können zu fatalen Fehlschlüssen führen, die auch juristische Folgen haben können. Das gilt insbesondere für die Thermografie elektrischer Bauteile: Werden diese mit einer Kamera geringer Auflösung aus einer zu großen Entfernung inspiziert, fallen unter Umständen Anomalien erst gar nicht auf. Da die Messobjekte (dünner Leitungsdraht) sehr klein und die Temperaturunterschiede mitunter sehr groß sind, kann es zu Messfehlern kommen. Deshalb ist eine Qualifizierung und Zertifizierung des Messpersonals so wichtig.
Nach DIN 54162 und EN 473 werden drei Qualifizierungsstufen unterschieden. Danach können nur Personen, die nach Stufe 2 (oder 3) zertifiziert sind, thermografische Messungen eigenständig durchführen. Als Dienstleister sollte man deshalb mindestens über eine Stufe-2-Zertifizierung für das jeweilige Anwendungsgebiet (Bau-, Elektro-, Industriethermografie etc.) verfügen.
Worauf man achten sollte
Die Anbieter- und Produktvielfalt ist insbesondere im unteren und mittleren Preissegment (ab 2000 bzw. ab 5000 Euro) mittlerweile sehr groß. Deshalb wurden pro Anbieter jeweils nur eine Kamera für Einsteiger (Detektorauflösung 160 x 120 Pixel) und eine für Fortgeschrittene (ab 320 x 240 Pixel) berücksichtigt. Folgende wichtige Merkmale aktueller Modelle wurden tabellarisch verglichen: Da ist zunächst der Anbieter, den man bei der Produktwahl nicht unberücksichtigt lassen sollte. Folgende Fragen sollte sein Web-Auftritt mindestens beantworten: Seit wann ist er auf dem Markt? Wer zählt zu seinen Kunden? Bietet er auch Schulungen an?
Zu den wichtigen Geräteparametern zählen die Bilddaten: die Detektorauflösung gibt an, in wie viele Pixel in X- und Y-Richtung der Detektor die von der Optik erfassten Daten auflösen kann. Dieser Wert sollte übrigens nicht mit der Bildauflösung des Kamera-Displays verwechselt werden, die höher sein kann. Das Sehfeld gibt in vertikaler und horizontaler Richtung den Erfassungsbereich der mitgelieferten Optik an. Auch die geometrische Auflösung (IFOV) entscheidet über die Bildqualität. Der IFOV-Wert ist abhängig vom aktuell eingesetzten Objektiv, das optional durch ein Weitwinkel- oder Teleobjektiv austauschbar sein sollte. Bei einer optischen Vergrößerung des Bildfeldes (z.B. durch einen Weitwinkelvorsatz) verringert sich allerdings die geometrische Auflösung. Eine hohe Bildfrequenz von mindestens 50 Hertz (Hz) ermöglicht die Aufnahme von Bildfolgen und die Beobachtung zeitlich abhängiger thermischer Vorgänge.
Wichtige Parameter bei der Messung sind der erfasste Temperaturbereich, der bei Bauthermografie-Kameras zwischen –20°C und +100°C liegen sollte, und der sogenannte NETD-Wert. Er gibt die kleinste Temperaturdifferenz an, die vom Detektor noch erfasst werden kann. Je kleiner dieser Wert für die Temperaturempfindlichkeit ist, desto geringer ist die Gefahr des sogenannten Bildrauschens. Die Genauigkeit gibt die Messabweichung in Prozent bei 30°C an; sie nimmt mit hohen oder niedrigen Temperaturen ab. Zu den Kameraeinstellmöglichkeiten sollten mindestens eine präzise Eingabe des Emissionsgrades und der reflektierten Temperatur sowie optional des Messabstands und der Luftfeuchte gehören. Die Messfunktionen beschreiben das, was direkt am Kamera-Display radiometrisch ausgewertet werden kann: Isothermen, der Minimal- und Maximalwert gehören zu den Standards, eine Taupunktberechnung bieten nur einige Kameras.
Die in der Regel aus Germanium-Linsen bestehende Optik sollte möglichst wahlweise eine manuelle oder automatische Fokussierung ermöglichen. Optionale Objektive erweitern die Einsatzmöglichkeiten der Kamera. Vor allem Weitwinkelobjektive sind für die Aufnahme in beengten räumlichen Situationen wichtig. Im internen Speicher sollten möglichst viele Bilddaten abgelegt werden können. Ein zusätzlicher Wechselspeicher (möglichst im verbreiteten SD-Kartenformat) schafft unterwegs Speicherreserven. Zusatzfunktionen wie ein Laserpointer oder eine Digitalkamera vereinfachen die Lokalisierung von gemessenen Minimal-/Maximalwerten bzw. erleichtern die Bildorientierung. Eine Bild-im-Bild-Funktion ermöglicht die Überlagerung von Tageslicht- und Infrarotfotos. Beim Gehäuse sollte auf kompakte Abmessungen, ein geringes Gewicht und „Baustellentauglichkeit“ (Schutzklasse ab IP 54 = staub- und spritzwassergeschützt) geachtet werden. Über die verbleibende Betriebszeit sollte eine Akku-Ladestandanzeige Auskunft geben. Die in der Regel wechselbaren Lithium-Ionen-Akkus sollten sich schnell aufladen lassen und möglichst lange durchhalten. Zum Standard-Zubehör sollte ein Netzteil, eine Ladestation, ein Netz- und USB-Kabel, ein stabiler Transportkoffer sowie Auswertungs-Software gehören.
Drei von den Anbietern angegebene Alleinstellungsmerkmale heben die Besonderheiten der Kamera hervor. Der Preis entspricht dem vom Anbieter angegebenen Verkaufspreis in Euro (zzgl. MwSt.) für eine komplette Thermografie-Kamera inklusive Standard-Zubehör.
Welche Kamera ist wofür geeignet?
Die „Richtige“ findet man am besten, wenn man sich vorher genau klar macht, was man damit tun will und welche Ergebnisse man erwartet. Der Heizungsinstallateur stellt andere Anforderungen an eine Thermografie-Kamera als beispielsweise ein Energieberater. Während Ersterem mitunter auch niedrigere Auflösungen (160 x 120 = 19200 Bildpunkte bzw. 0,1 Kelvin) und damit auch preiswerte Einsteigermodelle genügen können, müssen Gebäudeenergieberater, Gutachter oder Bauphysiker deutlich schärfer sehen – mindestens viermal so scharf! Hier beginnen vernünftige radiometrische Auflösungen bei 320 x 240 = 76800 Bildpunkten, was dem vierfachen Wert entspricht. Die Temperaturempfindlichkeit sollte um die 0,05 Kelvin liegen. Damit kann man auch kleinere Temperaturunterschiede gut erkennen und auch schwierigen Problemen schneller und gezielter auf den Grund gehen.
Kaufen, leasen oder leihen?
Während Thermografie-Kameras für Einsteiger bereits ab 2000 Euro zu haben sind, muss man für leistungsfähigere Modelle deutlich tiefer in die Tasche greifen. Zwischen 5000 und 20000 Euro muss man in Mittelklasse-Kameras investieren – für Profimodelle mit thermischen Auflösungen ab 640 x 480 Messpunkten (in dieser Übersicht nicht berücksichtigt) auch erheblich mehr. Wer eine Thermografie-Kamera kauft, muss sie deshalb auch intensiv nutzen. Für Gelegenheitsnutzer gibt es Alternativen: Neben der Miete, einem Mietkauf oder einer Leihstellung besteht die Möglichkeit, Dienstleister zu beauftragen oder Gebrauchtgeräte zu kaufen.
Einige Hersteller haben diesen Markt erkannt und vermitteln auf ihren Internet-Seiten, z.B. unter der Rubrik „Gebrauchtgeräte“, Anbieter und Interessenten. Meist wird nach einer Neukalibrierung sogar die gleiche Garantie wie für ein Neugerät gewährt. Die Preise für wenige Jahre alte Gebrauchtgeräte liegen zwischen 20 und 50% unter dem Neupreis. Die Preise für eine Leihstellung sind abhängig vom Kameramodell. In der Regel bewegen sie sich zwischen 150 und 500 Euro pro Tag. Nicht vergessen sollte man die Notwendigkeit einer Schulung, die auch Zeit und Geld kostet (Basisschulung 2-5 Tage: ca. 500-1500 Euro, Zertifizierungskurse, Stufe 1 und 2, jeweils 5 Tage: ca. 2000 Euro). Dieser Schulungsaufwand entfällt, wenn man sich für eine Thermografie-Dienstleistung entscheidet. Hier sind allerdings keine Kostenangaben möglich, da der Leistungsumfang und damit auch das Honorar unmittelbar vom individuellen Objekt und der Aufgabenstellung abhängen. Deshalb sollte man sich in jedem Fall von einem nach Stufe 2 oder 3 zertifizierten Dienstleister ein Angebot unterbreiten lassen. Darin enthalten sein sollten die Arbeitszeit und Gerätetechnik, Materialkosten, die Auswertung und Dokumentation der Thermogramme sowie die Anfahrt und gegebenenfalls Spesen.
INFO
Wissenswertes in Kürze
Schon ab 2000 Euro ist eine Thermografie-Kamera zu haben, während anspruchsvollere Modelle schnell 50000 Euro und mehr kosten. Der Unterschied zwischen einem Einsteiger- und einem Profi-Modell im Wert eines Oberklasse-PKWs liegt nicht nur in der komplexen Kameratechnik. Diese Marktübersicht vergleicht aktuelle Kameras aus dem unteren und mittleren Preissegment und zeigt, dass die Thermografie mehr voraussetzt als nur eine gute Kamera: zum Beispiel gute Physik- und Bauphysik-Kenntnisse – und manchmal sogar kriminalistischen Spürsinn.
Fachliteratur
DIN EN 13187:1999-05: Wärmetechnisches Verhalten von Gebäuden – Nachweis von Wärmebrücken in Gebäudehüllen – Infrarot-Verfahren, Beuth 1999
DIN 54162 / DIN EN 473: Zerstörungsfreie Prüfung – Qualifizierung und Zertifizierung von Personal für die thermografische Prüfung – Allgemeine und spezielle Grundlagen für Stufe 1, 2 und 3, Beuth 2006
Fouad, N. A./Richter, T.: Leitfaden Thermografie im Bauwesen, Fraunhofer IRB Verlag, Stuttgart 2009
Schuster, N./Kolobrodov, V. G.: Infrarotthermographie, Wiley, Berlin 2004
Wagner, H.: Thermografie – Sicher einsetzen bei der Energieberatung, Bauüberwachung und Schadensanalyse, Verlagsgesellschaft Rudolf Müller, Köln 2011
Weinreich, B.: Auf der Suche nach heißen Spuren, aus: Photon Profi 8/09, Photon Holding, Aachen
Extras
Für Einsteiger: Eine Tabelle mit einigen Internetadressen für Schulungen und Seminare finden Sie zum Download unter
Autor
Dipl.-Ing. Marian Behaneck war viele Jahre lang in Dokumentation, Marketing und PR der Bausoftware-Branche tätig. Er ist Fachautor zahlreicher Publikationen zu Hardware, Software und IT im Baubereich; 76751 Jockgrim, E-Mail: behaneck@gmx.de
