Mit der Infrarotkamera aufgenommene Wärmebilder (Thermogramme) sind zu einem Synonym für energiesparendes Bauen und Sanieren geworden. Wärmebrücken in den Heizkörpernischen deckt dieses bildgebende Messverfahren ebenso schonungslos auf wie unzureichend gedämmte Heizleitungen oder Pufferspeicher. Darüber hinaus können aber auch Schadstellen und Probleme der Haustechnik lokalisiert werden, wie etwa Leckagen an Heizleitungen, Strömungsblockaden, Defekte an Klimageräten oder photovoltaischen Solaranlagen. Besondere Randbedingungen wie Konstruktionen, Materialien, Isolierungen etc. können eine korrekte Messung jedoch vereiteln und das Messergebnis verfälschen, weshalb die Aufnahme und Interpretation von Thermogrammen Fachwissen voraussetzt. Andernfalls kann man schnell die falschen Schlüsse ziehen.
Randbedingungen
Während Gebäude und Heizanlagen in der Regel in der Heizperiode und Klimaanlagen im Sommer untersucht werden, lassen sich PV-Anlagen ganzjährig inspizieren. Die Haustechnik-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 im und am Gebäude sollten die zu untersuchenden Bereiche ausreichend beheizt werden, um einen messbaren Wärmestrom und ein Temperaturgefälle herzustellen. Diese Vorlaufdauer richtet sich z.B. bei der Untersuchung von Flächenheizungen nach der Leitungstiefe, dem umgebenden Material, der Problemstellung etc. Da die Kosten zur Lokalisierung und Beseitigung von Wasserschäden durch undichte Rohrleitungen in der Regel von den Versicherungen übernommen werden, sollte der Hauseigentümer vor der Messung die Versicherung informieren. Stemmarbeiten sollten gegebenenfalls mit einer Rohbaufirma abgestimmt werden. Das richtige Werkzeug ist auch bei der Bau- und Haustechnikthermografie Voraussetzung für gute Ergebnisse.
Die Thermografiekamera sollte für Bauwerksanalysen geeignet sein, d.h. über einen Temperaturmessbereich zwischen –20 °C und +120 °C sowie einen Spektralbereich von 8 bis 14µm verfügen. Der Detektor sollte mindestens eine Auflösung von 160 x 120 Messpunkten haben (besser sind 320 x 240 Messpunkte). Die thermische Empfindlichkeit (NETD) sollte mindestens 0,1 Kelvin (bei 30 °C) betragen, bei einer Messgenauigkeit von +/–2 %. Bessere NETD-Werte von 0,06 Kelvin und weniger ermöglichen präzisere Messergebnisse. Auch die geometrische Auflösung (IFOV) entscheidet über die Messgenauigkeit – sie sollte kleiner als 3,3mrad sein. Sie 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: SBZ 10/13).
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 den Bereichen 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 54162 in den Stufen 2 oder 3 zertifiziert sein, was Schulungen und Zertifizierungsprüfungen voraussetzt. Weitere Informationen: Bundesverband für angewandte Thermografie e.V., kurz: VATh: https://www.vath.de//ausbildung.
Kenntnisse über verwendete Materialien sowie 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 der Thermogramme hilfreich sein. Deshalb sollte der Eigentümer/Mieter bei der Aufnahme möglichst dabei sein und eventuell vorhandenes Planmaterial zur Verfügung stellen. Die Bestandsgrundrisse, Schnitte, Detail- und Haustechnikpläne oder Baubeschreibungen sollten nach Möglichkeit kopiert/gescannt werden, um sie im Thermografie-Bericht verwenden zu können.
Aufnahme, Auswertung und Interpretation
Gebäude lassen sich thermografisch nur durch eine Kombination aus Außen- und Innenthermogrammen vollständig erfassen. 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 oder baulicher Besonderheiten vorgebeugt werden. Bauliche Unzulänglichkeiten wie Luftundichtigkeiten lassen sich am besten mit einer kombinierten Differenzdruck- (Blower-Door) und Thermografie-Messung lokalisieren. Auch die Leckageortung setzt in der Regel den parallelen Einsatz mehrerer Messwerkzeuge voraus, wie etwa Feuchtefühler.
Wichtig bei der Aufnahme sind auch die Fokussierung und der Bildausschnitt. Zwar lassen sich bei Thermogrammen falsche oder ungünstige Kameraeinstellungen mit der Auswertungssoftware bis zu einem gewissen Grad auch nachträglich ausbügeln. Nicht korrigiert werden können aber eine mangelnde Fokussierung, der Bildausschnitt sowie die Messung verfälschende Randbedingungen. Zu jeder Thermografie-Aufnahme sollte parallel auch ein visuelles Digitalkamera-Foto angefertigt werden, um bei der Auswertung lokalisierte Schwachstellen und Leckagen einfacher zuordnen zu können. Sinnvoller als die in der Regel integrierte Digitalfoto-Funktion ist eine separate Digitalkamera ab 5 Megapixel Bildauflösung.
Eine möglichst hohe Bildauflösung ermöglicht das Vergrößern 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, etwa für Plausibilitätsprüfungen. 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, sodass man eventuellen Problembereichen noch vor Ort auf den Grund gehen kann. Zu den geräteabhängigen Auswertefunktionen zählen die Anzeige der Temperaturskalierung, die Position und der Wert der 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. Die Auswertesoftware kann Thermogramme am PC-Monitor anzeigen, modifizieren, optimieren, organisieren, analysieren und zu einem nachvollziehbaren Thermografie-Bericht zusammenstellen. Sie ist wohl 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 Bebebauung, das Nutzungsprofil der Bewohner und andere Faktoren berücksichtigt werden. In kniffeligen 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 der Haustechnik sollten Vorschläge zur Problembeseitigung gemacht und Energiespar- respektive Reparaturmaßnahmen beschlossen werden, die auf das jeweilige Gebäude individuell zugeschnitten sind. Eine Übersicht aller Einflussfaktoren und zahlreiche weitere Informationen enthält eine VATh-Richtlinie, die als PDF-Dokument downloadbar ist: https://www.vath.de/, Rubrik „Regelwerke“, „Richtlinien“.
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 oder 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 Vorlauf- und Umgebungstemperatur sehr gut lokalisieren. Ebenso können Durchströmungsprobleme oder Strömungsblockaden bei Leitungen oder Heizkörpern erkannt und deren Ursachen ergründet werden. Nicht immer sind schlecht beheizte Räume durch Probleme der Heizanlage bedingt. Auch Zugluft oder Dämmungsmängel können dazu führen, dass eine eigentlich funktionsfähige Heizung nicht ausreicht und Bewohner 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. Müssen in einen mit einer Flächenheizung beheizten Raum nachträglich Bauelemente wie etwa Ständerwände montiert werden, lässt sich die Gefahr einer Beschädigung von Heizleitungen minimieren. Die vom Warmwasser durchströmten Leitungen erwärmen das unmittelbar umgebende Mauerwerk oder den Estrich, sodass Leitungsverläufe von Heizungsvor- und -rückläufen, Fußbodenheizungen, aber auch von Warmwasserleitungen auf dem IR-Kameradisplay sichtbar werden. Eine thermografische 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. Eine Reparatur hat dann meist eine großflächige Zerstörung des Fußboden- oder Wandbelags zur Folge. Mit der IR-Kamera lässt sich die Schadensstelle anhand ungewöhnlicher Temperaturverläufe, sogenannter Hot Spots, eingrenzen. 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, wie etwa von Feuchtesensoren oder elektroakustischen Messungen. Damit lassen sich zusätzlich Feuchteverteilungen ermitteln, respektive Ausströmgeräusche mit einem hochempfindlichen Mikrofon hörbar machen. Außerdem sollte die VATh-Richtlinie für die „Planung, Durchführung und Dokumentation thermografischer Messungen an verdeckt liegenden, wasserführenden Leitungssystemen innerhalb- und außerhalb von Gebäuden“ beachtet werden ( https://www.vath.de/ ).
Genauso wie die Heizung im Winter kann auch die Kühlung und Klimatisierung von Räumen in 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 photovoltaischer Anlagen ist ein weiteres Anwendungsfeld, das allerdings spezielles Know-how erfordert.
Was sollte ein Thermografie-Bericht enthalten?
Ein Thermografie-Bericht zeigt Auswertungen und Interpretationen von Messungen, die transparent, nachvollziehbar und für Laien verständlich sein müssen. Damit erhält der Kunde aussagekräftige Unterlagen über den energetischen, bauphysikalischen und (haus-)technischen Zustand seines Hauses. 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, den Auftraggeber/-nehmer und die Teilnehmer, Klimadaten (Innen-/Außentemperatur, Wetter, Sonneneinstrahlung, Wind etc.), Objektdaten wie Adresse, Gebäudetyp, einen Lageplan mit Himmelsrichtungen, Konstruktionsweise und Materialien der Gebäudehülle, Haustechnik (Heizsystem, Lüftung, Klima etc.), Gebäudealter sowie gegebenenfalls durchgeführte Renovierungsarbeiten. Wichtig sind auch Messgeräte-Daten (Hersteller, Gerätemodell, Seriennummer sowie Basis-Kameradaten), Bildinformationen zu jedem Thermogramm (Datum und Aufnahmezeit, Farbpalette mit Temperaturskala, Emissionsgrad, die reflektierte Temperatur, Objektentfernung etc.). Zur besseren Orientierung sinnvoll ist insbesondere bei zahlreichen Aufnahmen ein im Grundriss eingetragener Aufnahmestandpunkt mit Blickrichtung.
Jedes Thermogramm sollte ferner durch ein entsprechendes Digitalkamera-Foto 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 in Einzelfällen 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.
Fazit
Die Thermografie ist in der Haustechnik-Inspektion, Leckagesuche, Bauwerksdiagnose, für die Qualitätskontrolle und in vielen anderen Bereichen sinnvoll einsetzbar. Die berührungslose, zerstörungsfreie Messung hilft, Energie zu sparen, Gebäudeschäden zu vermeiden, die Haustechnik instand zu halten und Sachwerte zu erhalten. Ohne das Wissen und Know-how eines erfahrenen Fachmanns können Thermogramme allerdings schnell zu Fehlschlüssen verleiten und daraus resultierende Maßnahmen das genaue Gegenteil bewirken. Für bestimmte Messaufgaben reicht die Thermografie zudem nicht aus. Deshalb sollten in Zweifelsfällen stets ergänzende Messverfahren hinzugezogen werden, um thermografische Messungen überprüfen zu können.
SBZ Tipps
Was Sie bei der Thermografie beachten sollten
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!
Literatur
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
Fouad, N.A./Richter T.: Leitfaden Thermografie im Bauwesen, Fraunhofer IRB Verlag, Stuttgart 2009
Tanner, C.: Baudokumentation – Infrarotaufnahmen von Gebäuden, Thermografie-Verband Schweiz, Neuhausen 2009
Testo AG (Hrsg.): Praxisratgeber Thermografie für Heizungsbauer, Eigenverlag, Lenzkirch 2012
Wagner, H.: Thermografie – Sicher einsetzen bei der Energieberatung, Bauüberwachung und Schadensanalyse, Verlagsgesellschaft Rudolf Müller, Köln 2011
Auswahl ohne Anspruch auf Vollständigkeit
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, Mail: behaneck@gmx.de
