Handlich und hochauflösend Umfangreich ausgestattete Infrarot-Kameras für den Einstieg in die Gebäudethermografie

Die bildhafte Darstellung von Temperaturverteilungen durch Thermografie wird in den verschiedensten Branchen genutzt. Auch auf die spezifischen Belange der Gebäude-  oder Bauthermografie haben sich die Hersteller von Wärmebildkameras mit ihren Produktinnovationen eingestellt. So kann mit moderner IR-Kameratechnik auf sehr effiziente Weise der energetische Istzustand eines Gebäudes erfasst werden. Eine Wärmebildkamera zeigt – fachgerecht eingesetzt – sehr genau, wo Wärmebrücken und Baumängel auftreten. So kann die Gebäude-Energieberatung in Kombination mit der Bauthermografie zu einem interessanten Tätigkeitsbereich werden, denn eine fachgerechte und neutrale Überprüfung des Sanierungsbedarfs, dürfte bei weiter steigenden Energiekosten und der vorherrschenden Verunsicherung aufgrund der Vielfalt angebotener Sanierungsmöglichkeiten, ganz oben auf der Wunschliste der Gebäude­eigentümer stehen.

Vielfältige Einsatzmöglichkeiten
Die Bauthermografie bietet vielfältige Anwendungsmöglichkeiten. So können Fachhandwerker Infrarot-Kameras auch zur Dokumentation ihrer Arbeit, etwa bei der Abnahme von Flächenheiz- und Kühlsys­temen, einsetzen oder die Leckortung in Bestandsgebäuden damit unterstützen. Feuchte und trockene Gebäudemasse hat ein völlig unterschiedliches Wärmeübertragungsverhalten, das sich in der Oberflächentemperatur äußert. Mit Infrarotaufnahmen lässt sich die Feuchtigkeit in Wänden und Böden früher orten als mit herkömmlichen Messgeräten. Dies gilt insbesondere bei schlecht zugänglichen Stellen.

Beim Kauf von Infrarot-Kameras sollte neben der thermischen auch auf die geometrische Bildauflösung geachtet werden, da es beim „zoomen“ aufgrund der geringen Pixelauflösung sonst zu Messfehlern (im Bild links) kommen kann. Bild: InfraTec

Ist später die Ursache für ein Feuchtigkeitsproblem behoben, lässt sich mit der Kamera der Trocknungsprozess dokumentieren. Auch die Dokumentation von gewerkeübergreifenden Baumängeln, die oftmals einer nicht ausreichend dimensionierten Heizungsanlage angelastet werden, wie beispielsweise fehlerhaft eingebaute Fens­terrahmen und Fensterbänke, können mittels Thermografie auch für Laien leicht erkennbar dargestellt werden.

Schulung und Zertifizierung unerlässlich
Die Gebäudethermografie liefert immer eine Momentanaufnahme der Oberflächentemperaturverteilung von Bauteilen, die von unterschiedlichen äußeren Messbedingungen stark beeinflusst wird. Das heißt, der Anwender benötigt für den fachgerechten Einsatz der Kamera und zur sicheren Interpretation der Infrarotaufnahmen Fachwissen. So sind neben dem Handling der Kamera selbst, insbesondere Grundlagenkenntnisse in der Strahlungsphysik, der möglichen Anwendungen und Störeinflüsse sowie der Auswertung und Interpretation von IR-Aufnahmen zu erlernen.
Für den Bereich der Bauthermografie sind normativ entsprechend der DIN EN 473 drei Zertifizierungsstufen vorgesehen. So erlaubt erst die „Level 2“-Zertifizierung, eigenständige thermografische Messungen nach allgemein anerkannten Verfahrensweisen durchzuführen. Die Zertifizierung erfolgt in je 40-stündigen Lehrgängen sowie einer abschließenden Prüfung. Ein selbständiger Dienstleister sollte über eine solche „Level 2“-Zertifizierung auf seinem Anwendungsgebiet verfügen.

Sogenannte „Bild in Bild“-Funktionen bieten heute viele Kamerahersteller an. Dem zeitgleich erstellten Digital-Foto können zur besseren Darstellung IR-Bildteile überlagert werden.

Für die Untersuchung von Elektroanlagen werden seitens der deutschen Versicherungswirtschaft besondere, weitergehende Anforderungen gestellt, was in der Zertifizierung als Sachverständiger für Elektrothermografie zum Ausdruck kommt.
Auf der Internetseite des Bundesverbandes für angewandte Thermografie (VATh e. V.) sind weiterführende Informationen zu den Richtlinien im Bereich „Bauthermografie“, den notwendigen Kameratechniken und den benötigten Zertifizierungen erhältlich. Keinesfalls sollten die recht leicht zu bedienenden IR-Kameras dazu verleiten „Schnappschüsse“ innerhalb von Kundenberatungen oder Gutachten einzusetzen. Seriöse Bauthermografie kostet Zeit und fordert Know-how.

Messvoraussetzungen für die Außenthermografie
Die Grundvoraussetzung für eine Thermografie der äußeren Gebäudehülle ist beispielsweise nur 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. Moderne hochauflösende Infrarot-Kameras können Temperaturdifferenzen an den Bauteiloberflächen von wenigen hundertstel Grad sichtbar machen, sodass zum Aufbau des Wärmestromes und zur eindeutigen Erkennung von Schwachstellen bereits Temperaturunterschiede zwischen dem Inneren eines zu untersuchenden Gebäudes und der Außenluft von ca. 10 K ausreichend sind. Einfache Kameras aus dem Einsteigersegment oder viele ältere Kameramodelle hingegen benötigen deutlich größere Wärmeströme bzw. Temperaturunterschiede von mindestens 20 K, um eine verlässliche Aussage über den Zustand eines Gebäudes treffen zu können. Folglich bestimmt das thermische Auflösungsvermögen als Qualitätsparameter einer Thermografiekamera maßgeblich die jahreszeitliche Nutzungsdauer dieser Technik im Bauwesen. Aber auch Sonneneinstrahlung und Windeinflüsse machen thermografische Untersuchungen ebenso unbrauchbar wie Nebel oder Niederschlag.

Fehlerquellen kennen – Fehlinterpretationen vermeiden
„Die Außenthermografie ist nur eine orientierende Messung, die zur Beurteilung des Wärmeschutzes an Gebäuden allein nicht ausreicht“, konstatiert Dipl.-Ing. Sönke Krüll vom Bundesverband für Angewandte Thermografie. „Die meisten Dachflächen, vorgehängte hinterlüftete Fassaden, Schimmelschäden in Außen­ecken können so nicht untersucht werden. Nur durch Kombination von Innen- und Außenthermografie, verbunden mit der Kontrolle messtechnisch relevanter Rahmenbedingungen, sind nahezu alle Baumängel quantitativ zu erfassen.“ Unter Umständen ist parallel der Einsatz weiterer Mess- und Untersuchungsmethoden sinnvoll, wie z. B. des Blower-Door-Tests bei der Überprüfung der Luftdichtheit.

Sinnvolle Kombination – Mithilfe des Blower-Door-Tests können undichte Anschlüsse, wie hier der Kaminecke zum Dachraum sicher geortet werden.

Die Außenthermografie 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 jedoch die Anpassung an das Messobjekt. Dächer können jedoch nur eingeschränkt mit entsprechender perspektivischer Verzerrung beurteilt werden. Zudem wird die kalte Himmelsstrahlung, die an klaren Nächten sogar weit unter -40 °C betragen kann, an der Oberfläche von Dächern und Fenstern reflektiert. Diese erscheinen dann im Wärmebild deutlich kälter als sie tatsächlich sind, sodass die Messwerte dadurch erheblich verfälscht werden können.

Thermografie im Innenbereich
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.

Die Möglichkeiten zur Auswertung der IR-Aufnahmen mithilfe spezieller Software umfasst inzwischen sogar die Bestimmung von Wärmeströmen und damit verbundener Energiekosten. Bild: InfraTec

Die im Bauwesen am häufigsten auftretenden wärmetechnischen Baumängel, welche auch zu Bauschäden führen können, stellen zweifelsohne die Wärmebrücken dar. Das sind örtlich begrenzte Stellen mit gegenüber den umgebenden Bereichen erhöhtem Wärmedurchgang. Sie sind nicht nur für erhöhte Energieverluste verantwortlich, sondern auch für Tauwasserbildung und letztendlich für Schimmelpilzbefall. So kann unter bestimmten Umständen die am betroffenen kalten Bauteil vorbeiströmende warme Raumluft bis zur Taupunkttemperatur abgekühlt werden. Infolge der Kondensation schlägt sich Feuchtigkeit nieder und bietet die Voraussetzung für Schimmelpilzbefall. Der gleiche Effekt kann bei Luftundichtigkeiten insbesondere im Fugenbereich von Leichtbau-Außenwänden auftreten. Neben der quantitativen Untersuchung bietet die qualitative thermografische Untersuchung unter bestimmten Voraussetzungen die Möglichkeit, verdeckte Rohrleitungen, Leckagen an Heizleitungen oder auch die Lage von verdeckten Konstruktionselementen zu orten.

Die richtige Kamera für den richtigen Einsatzbereich
Ob nun die Wärmebild-Kamera im Rahmen der Gebäude-Energieberatung oder zur Leckortung oder anderen Dokumentationszwecken genutzt werden soll, entscheidet über die Wahl des Kameramodells. Unsere Marktübersicht zeigt insbesondere Einsteigermodelle, die mit ihrem unterschiedlichen Funktions- und Ausstattungsumfang für verschiedene Aufgaben innerhalb der Bauthermografie geeignet sind.
Allen Kameras gemein, ist das grundsätzliche Funktionsprinzip bei der Infrarot-Detektion. Mit einem geeigneten Detektor, dem sogenannten Microbolometer, kann die emittierte Wärmestrahlung eines Objektes über eine Abtasttechnik zweidimensional erfasst, rechnerisch bewertet und bildhaft dargestellt werden. Die Zuordnung von Temperaturen zur erfassten Strahlung im „Thermogramm“ setzt voraus, dass die Emissionsfaktoren der Objektflächen im jeweiligen Wellenlängenbereich bekannt sind. Bei allen vorgestellten Kameras sind diese in unterschiedlicher Auflösung einstellbar.

Einige Hersteller bieten zur Dokumentation der IR-Aufnahmen, Funktionen wie die Erkennung von Oberflächenkondensation. Bild: InfraTec

Die thermische und geometrische Auflösung sowie die Detektorauflösung einer Kamera kennzeichnen die Bildqualität. Der Bundesverband (VATh. eV.) empfiehlt in seiner Richtlinie den Einsatz von Kameras mit einer Temperaturauflösung von mindes­tens 0,1 K bei 30 °C und einer geometrischen Auflösung von 2 mrad. Die Bildauflösung des Detektors reicht bei den vorgestellten Kameras von 160 x 120 Pixel bis hin zu 1280 x 960 Pixel.
Die meist optional angebotenen Wechselobjektive (Weitwinkel- und Teleobjektive) sind aufgabenbezogen einsetzbar. Beispielsweise bei Infrarotaufnahmen aus dem Innenbereich sollte ein Weitwinkelobjektiv verwendet werden. Somit werden größere Wandbereiche erfasst und die Übersichtlichkeit ist eher gegeben. Auch im Außenbereich sind Weitwinkelobjektive von Vorteil, da die Platzverhältnisse für Normalobjektive oft nicht gegeben sind.
Die Speicherung der Daten erfolgt bei den meisten Kameras auf internen Speicher-Chip’s sowie auf SD-Karten. Abhängig von der Größe des Speichers und der Auflösung können in der Regel mindestens 1000 Bilder gespeichert werden. Die Datenübertragung erfolgt in den meisten Fällen über einen USB-Anschluss.

Nützliche Funktionen
Zu allen in unserer Marktübersicht vorgestellten Kameras ist eine Software zur nachträglichen Auswertung und Bearbeitung von Thermogrammen erhältlich oder bereits im Lieferumfang enthalten. Sie bieten heute eine Vielzahl nützlicher Funktionen für eine effiziente Dokumentation. So z. B die optional erhältliche Software des Herstellers InfraTec. Die vor Ort gespeicherten Thermografiedaten können mit der Auswertungs-Software analysiert und dokumentiert werden. Die Analyse-Funktionen reichen von der nachträglichen Korrektur des Emissionsgrades inkl. Berücksichtigung der Umgebungstemperatur, dem Definieren beliebiger Messstellen (z. B. Punkte, Profile und Polygone), bis zur nachträglichen Optimierung der Farbzuordnung. Darüber hinaus ermög­licht das speziell für die Gebäudethermografie entwickelte Softwaretool „Fornax 2“ unter Nutzung implementierter Klima- und Stoffdatenbanken umfassende, effektive Bauschadensanalysen wie die Ermittlung der Schimmelpilzgefährdung, Wärmestrom- und Energiekostenberechnung.
Fast alle IR-Kameras verfügen über eine zusätzliche Real-Bild-Funktion, mit der Digitalbilder zum besseren Vergleich angefertigt werden können. Einige der Kameras unterstützen eine sogenannte „Bild in Bild“-Funktion, mit der Teile der IR-Aufnahme dem Digital-Bild überlagert wird, sodass energetische Schwachstellen besser zugeordnet werden können. So liefert Testo mit seiner Software eine zusätzliche Analyse-Funktion zur Bildüberlagerung, die Informationen aus Wärme- und Echtbild mitein­ander verknüpft. Selbst Aufnahmen mit Messobjekten in unterschiedlichen Entfernungen können so miteinander „verschmolzen“ werden. Die Einstellung des Transparenz-Levels erlaubt zusätzlich eine Regulierung der Intensität der Überlagerung.
Spezielle bauthermografische Messfunktionen sind ebenfalls in einigen Kameras hinterlegt. Die Flir-Kameramodelle verfügen beispielsweise über Taupunkt- und Wärmedämmungsalarm-Funktionen zur Prüfung der Anforderungen an Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden nach DIN 4108-2.
Die Ortung von Messpunkten kann bei einigen Kameramodellen mithilfe eines Laserpointer erfolgen. Für die Dokumentation der Minimal-, Maximaltemperaturen sowie der Darstellung von Isothermen im Infrarotbild bieten die Hersteller ebenfalls entsprechende Messfunktionen an.

www.vath.de

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