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Thermografie

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Definition: eine Methode zur ortsaufgelösten und berührungsfreien Messung von Temperaturen

Englisch: thermography, thermal imaging

Kategorien: Grundbegriffe, Haustechnik, Wärme und Kälte

Autor: Dr. Rüdiger Paschotta

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Ursprüngliche Erstellung: 24.08.2014; letzte Änderung: 01.10.2016

Thermografie-Aufnahme

Abbildung 1: Eine Thermografie-Aufnahme einer Straßenszene zeigt Wärmestrahlung aus unterschiedlichen Quellen. Beim Auto sind die Räder durch die Reibung erwärmt, und Strahlung vom Motor und Auspuff wird auf der Straße gestreut. Ein Schaufenster mit Doppelverglasung bleibt relativ kühl, dagegen treten bei einer Einfachverglasung darüber und darunter massive Wärmeverluste auf.
Quelle: Sammlung “Wärmebilder 2007–2010” von André Masson.

Die Thermografie (oder Thermographie) ist eine Methode, mit der die Temperatur eines Objekts (z. B. der Fassade eines Gebäudes) an vielen verschiedenen Stellen gleichzeitig gemessen und dann bildlich dargestellt werden kann. Hierfür wird eine sogenannte Thermografiekamera (Wärmebildkamera) verwendet, mit der das Objekt quasi fotografiert wird – aber nicht mit sichtbarem Licht, sondern mit längerwelligem Infrarotlicht. Das erzeugte Wärmebild (siehe z. B. Abbildungen 1 und 2) kann an einem Bildschirm der Kamera selbst oder an einem anderen Bildschirm (z. B. eines Computers) angezeigt werden, oder es kann ein Ausdruck auf Papier erzeugt werden. Im Idealfall hängt der Farbeindruck, der an einer Stelle des Objekts entsteht, lediglich von dessen Temperatur ab – wobei jedoch diverse Fehlerquellen auftreten können (siehe unten).

Eine übliche Anwendung der Thermografie ist die Beurteilung der Qualität einer Gebäudehülle von außen. Es kann ebenfalls sinnvoll sein, eine Thermografie in Innenräumen vorzunehmen (siehe unten), beispielsweise um kalte Stellen zu lokalisieren, wo viel Wärme verloren geht und die Gefahr von Feuchte- und Schimmelschäden hoch ist. Weitere Details solcher Anwendungen werden weiter unten erläutert.

Funktionsprinzip der Infrarot-Thermografie

thermischer Abdruck einer Hand

Abbildung 2: Nachdem eine Hand für einige Sekunden gegen eine Wand gedrückt wurde, kann man im Wärmebild deren Abdruck dort noch für einige Zeit erkennen.

Ein solides physikalisches Verständnis ist durch nichts zu ersetzen!

Korrekte thermografische Messungen setzen die Beachtung eine Reihe von Regeln voraus. Dies sollte auf einem fundierten physikalischen Verständnis der entscheidenden Zusammenhänge basieren, weil sonst beispielsweise kaum eingeschätzt werden kann, wie schwerwiegend diverse potenziell störende Einflüsse sind. Insbesondere auch für die korrekte Interpretation von Messergebnissen ist ein solides physikalisches Verständnis zusammen mit dem Wissen über typische bauphysikalische Verhältnisse und bauliche Probleme für zuverlässige Resultate unabdingbar.

Im Folgenden werden die Grundzüge des Funktionsprinzips und möglicher Fehlerquellen erläutert, und zwar nicht auf ein bestimmtes Anwendungsfeld bezogen. Die konkrete Anwendung bei Gebäuden wird erst danach diskutiert.

Naturgemäß sind quantitative Auswertungen, bei denen beispielsweise konkrete Temperaturwerte oder gar daraus abgeleitete Wärmeströme von Interesse sind, schwieriger als rein qualitative Betrachtungen und setzen deswegen entsprechend tiefere Kenntnisse der Materie voraus.

Erfassung von Wärmestrahlung

Eine Thermografiekamera basiert nicht auf dem gleichen Prinzip wie ein Infrarot-Nachtsichtgerät, auch wenn beide Infrarotstrahlung ausnutzen!

Das Prinzip der Thermografie beruht darauf, dass die Stärke der von einem Objekt ausgehenden Wärmestrahlung (Infrarotstrahlung, IR-Strahlung) gemessen wird. Solche Wärmestrahlung entsteht nämlich nicht nur bei Körpern, die so heiß sind, dass sie glühen (also sichtbares Licht ausstrahlen), sondern auch bei weniger warmen Körpern. Bei solchen besteht die Wärmestrahlung nur aus unsichtbarem (infrarotem) Licht. Die Energie der Wärmestrahlung ist auf einen weiten Bereich von Wellenlängen verteilt; beispielsweise liegt die meiste Energie für Körper bei Zimmertemperatur bei Wellenlängen zwischen einigen Mikrometern und wenigen Dutzend Mikrometern. Anders als bei einem aktiven Infrarot-Nachtsichtgerät wird das Objekt bei der Messung nicht von außen bestrahlt, da man ja nur seine eigene Wärmestrahlung detektieren möchte.

Eine Thermografiekamera muss also empfindlich sein für Infrarotlicht in einem entsprechenden Bereich von Wellenlängen. Idealerweise sollte ihr Empfindlichkeitsbereich auch auf solche Wellenlängen beschränkt sein, für die die Absorption in der Luft gering ist. Sonst kann nämlich einerseits die Wärmestrahlung vom Messobjekt in der Luft abgeschwächt werden, und andererseits kann Wärmestrahlung von der Luft selbst ausgehen und störend wirken.

Typische Baustoffe sind auch für längerwellige Wärmestrahlung praktisch undurchdringbar. (Dies gilt selbst für Gläser.) Deswegen stammt die gemessene Wärmestrahlung allein von der Oberfläche. Einflüsse aus tieferen Schichten sind nur möglich durch die Wärmeleitung oder eventuell durch Wärmetransport aufgrund des Fließens von Stoffen wie Wasser oder Luft.

Technik von Thermografiekameras

Relativ kostengünstige Thermografiekameras kosten meist bereits mehrere tausend Euro. Für viele Zwecke benötigt man aufwendigere Geräte mit noch wesentlich höheren Kosten.

Thermografiekamera

Abbildung 3: Eine kompakte Thermografiekamera für die Gebäudeinspektion. Quelle: FLIR

Die Technik von Thermografiekameras ist relativ aufwendig und kostspielig. Dies liegt teilweise daran, dass ein empfindlicher Detektor für den mittleren bis fernen Infrarotbereich benötigt wird, und auch daran, dass diese Infrarotstrahlung mit einer geeigneten Optik auf den Detektor abgebildet werden muss. Übliche optische Gläser können hierfür nicht verwendet werden, da sie in dem relevanten Wellenlängenbereich nicht durchlässig sind. Man benötigt deswegen teure und zum Teil empfindliche optische Linsen z. B. aus Natriumchlorid (Kochsalz) oder aus Einkristallen von Halbleitern wie Germanium. Dies gilt jedenfalls für die Thermografie von Gebäuden; für hohe Temperaturen, wie sie bei manchen industriellen Anwendungen relevant sind, können kürzere Wellenlängen verwendet werden, was die Technik wesentlich vereinfacht.

Relativ kostengünstige Thermografiekameras für die Gebäudeinspektion wie in Abbildung 3 gezeigt kosten typischerweise einige tausend Euro. Sie enthalten meist ein sogenanntes Mikrobolometer als Detektor mit einer recht geringen Auflösung von z. B. nur 120 × 160 Pixeln, also weitaus weniger als bei kostengünstigen Kameras für sichtbares Licht. Ihre geringe Auflösung und begrenzte Genauigkeit ist für manche Aufgaben ausreichend, jedoch nicht ideal z. B. für Aufnahmen einer ganzen Fassade mit vielen Details.

Aufwendigere Kameras mit wesentlich höherer Auflösung und Temperaturgenauigkeit (Abbildung 4) können zehntausende von Euro kosten. Sie bieten meist auch diverse Vorteile bei der Durchsicht der Resultate und der weiteren Verarbeitung. Es ist nützlich, mögliche Fehler bereits auf dem Display der Kamera gut erkennen zu können und nicht erst bei der späteren Auswertung am Schreibtisch. Die Temperaturdaten sollten als Rohdaten abgespeichert werden, damit auch nachträglich jederzeit eine andere Temperaturskala für die Herstellung eines Bilds verwendet werden kann. Es sollte außerdem möglich sein, eine größere Anzahl von Bildern z. B. auf einer SD-Karte abzuspeichern, von wo aus die Übertragung auf einen PC einfach möglich ist. Für die genaue Auswertung auf dem PC wird eine entsprechende Software benötigt, deren Qualität ebenfalls von Bedeutung ist.

Besonders hochwertige Wärmebildkameras enthalten einen auf sehr niedrige Temperaturen (z. B. rund −200 °C) gekühlten Halbleiterdetektor, der eine sehr viel bessere Empfindlichkeit und Genauigkeit aufweist. Dies erhöht jedoch die Kosten, und nach dem Einschalten muss das Kühlsystem für einige Zeit arbeiten, bis die Kamera einsatzbereit ist.

Die Optik einer Thermografiekamera sollte sauber und trocken gehalten werden, um verlässliche Resultate zu erzielen. Hierbei ist zu beachten, dass die verwendeten Optiken teils recht empfindlich sind. Maßnahmen zur Reinigung müssen sich unbedingt an dem vom Hersteller empfohlenen Vorgehen orientieren. Der Schutz der Optik vor Feuchtigkeit kann ebenfalls sehr wichtig sein.

Thermografiekamera

Abbildung 4: Eine hochwertige Thermografiekamera mit einer Auflösung von 640 × 480 Pixeln. Quelle: FLIR

Mittlerweile gibt es auch Thermografiegeräte, die im Wesentlichen nur die eigentliche Wärmebildkamera enthalten und ansonsten die Komponenten eines Smartphones benutzen – etwa dessen Bildschirm und Prozessor. Dies ergibt eine kostengünstige Lösung, allerdings normalerweise mit sehr moderater optischer Auflösung.

Ermittlung der Temperaturen

Die Bestimmung der Objekttemperatur anhand der gemessenen Infrarotstrahlung ist wegen einer Reihe möglicher Fehlerquellen nicht trivial. Im Folgenden werden die grundlegenden Aspekte erläutert.

Die Thermografie an im Infraroten annähernd schwarzen Körpern ist relativ einfach.

Im Idealfall weist das zu untersuchende Objekt einen Emissionsgrad von 1 auf. Die Intensität der von ihm abgestrahlten Wärmestrahlung ist dann maximal für die jeweilige Temperatur und kann leicht berechnet werden. Umgekehrt lässt sich also die Temperatur eindeutig aus der Intensität der Wärmestrahlung bestimmen. Da von außen einfallende Wärmestrahlung vollständig absorbiert wird, kann sie die Temperaturmessung nicht verfälschen. Es ist lediglich möglich, dass solche Wärmestrahlung durch die von ihr transportierte Energie die Temperatur der Oberfläche erhöht. Gemessen wird aber in jedem Fall die reale Temperatur.

Niedrigere Emissionsgrade erschweren thermografische Messungen aus zweierlei Gründen.

Wenn der Emissionsgrad des Objekts geringer ist, wird einerseits die Wärmestrahlung um diesen Faktor schwächer. Andererseits ist das Objekt dann auch teilweise reflektierend, sodass von außen kommende Wärmestrahlung daran reflektiert bzw. gestreut wird. Dieser Anteil der von dem Objekt ausgehenden Wärmestrahlung sagt natürlich nichts über seine Temperatur aus und wirkt deswegen störend auf Temperaturmessungen.

Einflüsse eines nicht idealen Emissionsgrad können rechnerisch kompensiert werden – aber nur mit begrenzter Genauigkeit.

Für die Berechnung der Temperatur muss der erwartete Emissionsgrad am Thermografiegerät eingegeben werden, damit die Effekte der reduzierten Emission und der Reflexion rechnerisch möglichst genau kompensiert werden können. Dabei auftretende Fehler können umso größer werden, je niedriger der Emissionsgrad ist und je weniger genau die Wärmestrahlung der Umgebung abgeschätzt werden kann. Beispielsweise wird oft angenommen, dass die Temperatur der Umgebung annähernd der in oder an der Kamera gemessenen Temperatur entspricht. Dies muss jedoch selbst dann nicht der Fall sein, wenn die Temperatur der Kamera derjenigen der Umgebungsluft entspricht (z. B. durch Abwarten einer gewissen Zeit zur Angleichung der Temperatur). Wärmestrahlung kommt nämlich auch z. B. vom Himmel, und dessen Strahlungstemperatur kann unter Umständen (vor allem in klaren Winternächten) sehr viel tiefer liegen.

Glücklicherweise weisen die meisten Baumaterialien (z. B. Putze, Holz, Beton und Glas) recht hohe Emissionsgrade in der Gegend von 0,9 auf, sodass der Einfluss der Reflexionen rechnerisch einigermaßen gut kompensiert werden kann. Dagegen stammt im Extremfall einer blanken metallischen (nicht oxidierten) Oberfläche meist der Großteil der Strahlung von der Reflexion und nicht vom Objekt selbst, wodurch eine genaue Temperaturbestimmung praktisch unmöglich wird. Auch bei bestimmten Anstrichen mit reduziertem Emissionsgrad (sogenannten Energiesparfarben) ist die genaue Ermittlung von Temperaturen deutlich erschwert.

Bei größeren Distanzen oder bei feuchtem Wetter können störende Einflüsse der Luft auftreten.

Ein weiteres Problem ist, dass die Infrarotstrahlung durch Absorption in der Luft (siehe oben) beeinflusst werden kann. Diesem Problem kann entgegengewirkt werden, indem man einen Detektor auswählt, der nur bei Wellenlängen mit geringer Absorption in der Luft empfindlich ist. Außerdem versucht man unnötig große Weglängen in der Luft zu vermeiden und führt die Messungen nur bei einigermaßen niedriger Luftfeuchtigkeit durch, keineswegs bei Nebel.

Die Aussagekraft von Messergebnissen kann auch bei korrekter Bestimmung von Temperaturen dadurch leiden, dass die Oberflächentemperaturen durch unkontrollierte Einflüsse verändert werden. Beispielsweise ist ein Thermografiebild eines Gebäudes schwer zu interpretieren, wenn die Wände vorher durch Sonneneinstrahlung aufgeheizt wurden. Die hohen Oberflächentemperaturen könnten dann unter Umständen als hohe Wärmeverluste der Fassade fehlgedeutet werden.

Zusammenhänge zwischen Temperatur und Wärmeströmen

Während die Thermografie unmittelbar Temperaturen ermittelt, sind Informationen über auftretende Wärmeströme oft der eigentliche Punkt des Interesses. Deswegen ist es entscheidend, die Zusammenhänge zwischen Temperatur und Wärmeströmen zu verstehen.

Zunächst einmal sind Temperaturunterschiede quasi die treibende Kraft für Wärmeströme, die durch Wärmeleitung, durch Konvektion von Substanzen oder auch durch Wärmestrahlung auftreten können. Solange die Temperaturen aller beteiligten Bauteile ungefähr gleich sind, wie es bei mildem Wetter der Fall sein kann, treten kaum Wärmeströme auf, und entsprechend sind kaum verlässliche Aussagen über thermische Eigenschaften eines Untersuchungsobjekts möglich.

Die Interpretation von Wärmebildern erfordert ein fundiertes physikalisches Verständnis.

Umgekehrt können Wärmeströme natürlich Temperaturen beeinflussen, und genau deswegen kann die Thermografie Aussagen über Wärmeströme erlauben. Wenn beispielsweise bei einer Heizkörpernische verstärkt Wärme nach außen geleitet wird, äußert sich dies in einer erhöhten Temperatur auch an der Außenseite der Wand, zumal die Wanddicke in Heizkörpernischen oft reduziert ist. Die erhöhte Temperatur ist hier also ein Indiz für erhöhten Wärmefluss. Gleichzeitig wird die Temperatur oft aber auch durch andere Einflüsse verändert, beispielsweise durch kühlende Luftströmungen oder durch Verdunstungskälte an feuchten Oberflächen. Solche Effekte müssen natürlich bei der Interpretation von Temperaturmessungen berücksichtigt werden.

Darstellung der Ergebnisse

Die Resultate thermografischer Messungen werden in aller Regel in Form von Bildern dargestellt. Hierbei wird jedem Punkt der Aufnahme eine Helligkeit bzw. Farbe zugeordnet, die Aufschluss über die jeweilige Temperatur gibt.

Die einfachste Methode der Visualisierung ist die Verwendung von Grauwerten: Der Farbton bleibt hierbei gleich (z. B. neutral grau), und die Helligkeit steigt entsprechend der Temperatur. Solche Bilder sind im Prinzip leicht zu interpretieren, jedoch kann das Auge nur in begrenztem Maße Grauwerte unterscheiden. Grauwertbilder werden vor allem dann eingesetzt, wenn es vorwiegend um das Erkennen von Einzelheiten geht und nicht um die genaue Einschätzung von Temperaturen – beispielsweise bei Verwendung im militärischen Bereich.

Wärmebild einer Haustür

Abbildung 5: Wärmebild einer Haustür. Nur in Verbindung mit der angezeigten Farbskala lässt sich beurteilen, ob ihr wesentliche Wärmeverluste auftreten – was hier der Fall ist.

Eine verbesserte Unterscheidung von Temperaturwerten ist möglich durch Verwendung sogenannter Falschfarben. Hierbei wird eine Spanne von Temperaturwerten auf eine Skala von Farbwerten abgebildet (siehe Abbildung 5). Gebräuchlich sind zum Beispiel Skalen, bei denen die Farbtöne von sehr dunkel über blau, grün, rot und gelb bis hin zu weiß (für die höchsten Temperaturen) variieren. Für quantitative Auswertungen ist besonders wichtig, dass die verwendete Farbskala z. B. als Farbkeil mit zugehörigen Temperaturwerten neben dem Bild gezeigt wird. Sonst ist es nicht möglich zu erkennen, welche Temperaturen die Farben jeweils bedeuten.

Es kann auch nützlich sein, wenn Isothermen (d. h. Linien gleicher Temperatur) in die Wärmebilder eingeblendet werden können. Damit lassen sich Anomalien leichter entdecken.

Die Wahl einer unangemessenen Temperaturskala kann die Aussagekraft eines Wärmebilds stark reduzieren. Beispielsweise können interessante Details außerhalb des gewählten Temperaturbereichs liegen, oder aber Temperaturunterschiede sind nicht mehr erkennbar, weil der gewählte Bereich zu groß ist.

Aktive Thermografie

Es gibt vor allem für industrielle Anwendungen auch Verfahren der sogenannten aktiven Thermografie, bei denen ein zu prüfendes Bauteil durch äußere Einwirkungen (beispielsweise Bestrahlung mit einem starken Heizstrahler, einer Blitzlampe oder einem Laser) gezielt erwärmt wird. Beispielsweise wird bei der Impuls-Thermografie die Oberfläche innerhalb kurzer Zeit deutlich erwärmt, und die Aufnahme erfolgt kurze Zeit später; je stärker die Wärmeleitung in einem Bereich des Objekts, desto mehr ist die Temperaturerhöhung bis dann wieder abgeklungen. Auf diese Weise können Strukturen sichtbar gemacht werden, die ohne äußere Erwärmung nicht sichtbar wären.

Inspektion von Gebäuden

Die Thermografie von Gebäuden ist ein wichtiges Hilfsmittel, um deren energetischen Zustand hinsichtlich der Wärmeverluste zu beurteilen. Ebenfalls können diverse punktuelle Mängel aufgedeckt werden. Die Resultate solcher Messungen können für die Planung einer energetischen Sanierung, für die Kontrolle von deren Wirksamkeit oder auch für die gezielte Behebung einzelner Schäden dienen.

Untersuchung von Fassaden

Thermografie-Aufnahme zeigt Wärmebrücke

Abbildung 6: Ein Bild einer Thermografie-Kamera (Wärmebildkamera) deckt eine große Wärmebrücken eines Hauses auf, und zwar am Rollladenkasten oberhalb des Fensters und am Sockel (vermutlich durch eine nicht gedämmte Betonmauer des Kellers). Ebenfalls erkennt man erhöhte Verluste hinter dem Heizkörper unter dem Fenster.
Quelle: Sammlung “Wärmebilder 2007–2010” von André Masson.

Eine übliche Anwendung der Thermografie ist die Beurteilung der Qualität einer Gebäudehülle von außen. Hierfür werden Wärmebilder aufgenommen, wenn die Außentemperatur niedrig ist und das Haus normal beheizt wird. Je schlechter die thermische Qualität der Gebäudehülle ist, desto höhere Temperaturen treten auf der Außenseite der Gebäudehülle auf, während im Idealfall ohne nennenswerte Wärmeverluste die Oberflächentemperaturen einer Fassade meist nahe der Lufttemperatur liegen (bei klarem Himmel evtl. sogar darunter).

Defekte oder schlecht konstruierte Stellen einer Gebäudehülle, an denen besonders viel Wärme entweicht, können auf Wärmebildern gut identifiziert werden (siehe Abbildung 6). Hierzu gehören diverse Arten von Wärmebrücken, die sowohl konstruktiv bedingt als auch Folge von Defekten (beispielsweise Undichtigkeiten durch fehlerhaften Einbau von Fenstern) sein können. Bei Gebäuden mit äußerer Wärmedämmung beispielsweise in Form eines Wärmedämmverbundsystems können Folgen einer nicht optimalen Ausführung (etwa defekte Dämmplatten, Fugen oder Wärmebrücken durch Dübel) erkannt werden.

Bei ungedämmten Gebäuden werden oft schwerwiegendere Mängel aufgedeckt, beispielsweise mangelhaft wärmegedämmte Leitungen des Zentralheizungssystems in Außenwänden oder besonders warme Stellen bei Heizkörpernischen. Auch Effekte von aus dem Gebäude entweichender Warmluft können entdeckt werden in Form von erwärmten Stellen oberhalb der undichten Stelle. Unter Umständen sind solche Effekte nicht nur energetisch bedeutsam, sondern können auch im Zusammenhang mit Ursachen oder Folgen von Bauschäden stehen.

Thermografie-Aufnahme von Häusern mit und ohne Wärmedämmung

Abbildung 7: Eine Thermografie-Aufnahme von Häusern, wo nur rechts (blauer Bereich) eine nachträgliche Wärmedämmung angebracht wurde. Diese äußert sich darin, dass die Oberflächentemperatur (an zwei Stellen in °C angezeigt) kaum mehr oberhalb der Lufttemperatur liegt, so dass entsprechend wenig Wärme an die Außenluft abgegeben wird.
Quelle: Sammlung “Wärmebilder 2007–2010” von André Masson.

Für quantitativ aussagekräftige Untersuchungen ist natürlich eine genaue Bestimmung der Oberflächentemperaturen notwendig. Hierfür müssen zunächst Messfehler für die Temperaturen minimiert werden. Insbesondere ist es wichtig, einen korrekten Wert für den Emissionsgrad der jeweiligen Fläche einzugeben. Da die Messung des Emissionsgrads vor Ort meist schwierig ist, muss man sich oft auf tabellierte Materialdaten verlassen bzw. darauf, dass sie für das jeweilige Material wirklich gelten. Glücklicherweise variiert der Emissionsgrad allerdings für viele im Bau verwendete Materialien nicht allzu stark; insbesondere hängt er beispielsweise bei Farben und Lacken kaum von der sichtbaren Farbe ab. Eine andere Möglichkeit kann darin bestehen, die Kalibrierung des Geräts durch eine anderweitig gemessene Oberflächentemperatur (beispielsweise mit einem Kontaktthermometer) vorzunehmen oder zumindest zu überprüfen.

Eine Vielzahl von Fehlerquellen kann entweder die Messresultate verfälschen oder zu falschen Interpretationen führen.

Störende äußere Einflüsse müssen ebenfalls vermieden werden, wie oben bereits ausgeführt wurde. Insbesondere sollten etliche Stunden vergangen sein, nachdem die Fassade von der Sonne bestrahlt wurde; sonst werden womöglich Effekte der vorherigen Sonneneinstrahlung als Wärmeverluste des Gebäudes fehlgedeutet. Idealerweise erfolgt eine Messung am frühen Morgen vor Sonnenaufgang, wo die Temperaturen recht ausgeglichen sind. Das Gebäude sollte zuvor normal beheizt worden sein, und die Raumtemperatur sowie natürlich die Lufttemperatur außen sollte bekannt sein. Störende Faktoren wie z. B. gekippte Fenster sollten natürlich in den Stunden vor der Messung vermieden werden. Das Wetter ist idealerweise gleichmäßig kalt, und zwar bei bedecktem Himmel (Bewölkung oder Hochnebel), sodass die Strahlungstemperatur des Hintergrunds nicht allzu stark variiert. Wind sollte nicht nennenswert auftreten, da er die Oberflächentemperaturen beeinflusst. Bei zu mildem Wetter sind die auftretenden Wärmeströme und Temperaturdifferenzen kleiner und deswegen schwerer zu bestimmen; Störeinflüsse fallen dann stärker ins Gewicht. Die zu untersuchenden Oberflächen sollen trocken sein, da sonst bereits kleine Luftbewegungen zusätzliche Verdunstungskälte bewirken. Natürlich gehört zu einer professionellen Messung die Dokumentation der jeweils vorgefundenen Umstände.

Auf der Basis einer korrekt durchgeführten Messung lässt sich der Wärmedurchgangskoeffizient des Wandaufbaus näherungsweise ermitteln. Aus der Differenz von Oberflächentemperatur und Lufttemperatur lässt sich nämlich die Höhe des Wärmeverlusts (bei Windstille) abschätzen.

Vorsicht bei hinterlüfteten Bauteilen: hier sind Wärmebilder oft kaum aussagekräftig!

Resultate der Beobachtung hinterlüfteter Bauteile sind oft kaum aussagekräftig. Beispielsweise sind die Ziegel von Steildächern in der Regel hinterlüftet (Prinzip des Kaltdachs), sodass deren Oberflächentemperatur kaum von der Außenlufttemperatur abweicht, selbst wenn massive Wärmeverluste durch die zirkulierende Luft erfolgen. (Man beachte auch, dass man mit der Thermografie austretende Warmluft nicht sehen kann – allenfalls indirekt, wenn sie feste Gegenstände erwärmt.) Auch bei manchen Fassadentypen tritt dieses Problem auf. Zum Teil sind dann zuverlässigere Aussagen durch Innenaufnahmen möglich. In jedem Fall ist die Kenntnis der baulichen Struktur und deren Auswirkungen auf thermografische Messungen unbedingt notwendig, um die Resultate korrekt interpretieren zu können.

Die Temperatur von Fensterscheiben lässt sich generell schwer mit der Thermografie ermitteln, da der Emissionsgrad hier niedriger ist und eine Spiegelung auftritt. Man kann beispielsweise durch die Spiegelung des kalten Nachthimmels eine scheinbar sehr niedrige Oberflächentemperatur der Fensterscheiben ermitteln. Besonders stark wird dieser Effekt bei Betrachtung unter größerem Winkel.

Brauchen Sie eine unabhängige Fachperson zur Überprüfung von eventuell falschen oder gar manipulierten Thermografieaufnahmen, oder auch zur Überprüfung zweifelhafter Behauptungen und Argumentationen? Der Autor dieses Artikels steht als Berater zur Verfügung.

Grundsätzlich ist zu beachten, dass eine Vielzahl möglicher Fehlerquellen wie oben beschrieben die Resultate der Thermografie verfälschen kann. Auch absichtliche Manipulationen sind möglich, beispielsweise durch Eingabe falscher Werte des Emissionsgrads, durch Messung unter unrealistischen Bedingungen (etwa verminderte Beheizung der Räume) oder durch falsch durchgeführte Kalibrierungsprozeduren. Auch der Vergleich von Bildern, denen unterschiedliche Temperaturskalen zugrunde liegen oder die bei unterschiedlichen Außentemperaturen aufgenommen wurden, kann zu irreführenden Resultaten führen. Dasselbe gilt, wenn Oberflächen mit unterschiedlichem Emissionsgrad auf demselben Bild gezeigt werden: Die Messung kann dann höchstens für eines der beteiligten Materialien korrekt sein. Beispielsweise zirkulieren im Internet Wärmebildaufnahmen von Wänden, die teilweise mit sogenannten Energiesparfarben (mit reduziertem Emissionsgrad) gestrichen sind und deren Wirksamkeit durch entstehende Temperaturunterschiede beweisen sollen, die jedoch gerade wegen des reduzierten Emissionsgrads falsch gemessen sein können.

Die genannten Fehlerquellen und Manipulationsmöglichkeiten sprechen selbstverständlich nicht gegen die Thermografie an sich. Jedoch zeigt dies, dass verlässliche Resultate nur von einer kompetenten und vertrauenswürdigen Person zu erwarten sind.

Untersuchungen in Innenräumen

Auch die Entdeckung von Bauschäden kann das Ziel der Thermografie sein.

Es kann ebenfalls sinnvoll sein, eine Thermografie in Innenräumen vorzunehmen. Beispielsweise kann man kalte Stellen lokalisieren, wo viel Wärme verloren geht und die Gefahr von Feuchte- und Schimmelschäden hoch ist. Man kann auch versuchen einzuschätzen, welche Ursachen von Wärmeverlusten besonders schwerwiegend sind, um diese gezielt angehen zu können. Im Falle der Durchnässung von Wänden beispielsweise als Folge defekter Wasserleitungen findet man unter Umständen entsprechend kühlere Bereiche.

Heizungsleitung in einer Wand

Abbildung 8: Das Wärmebild einer Innenwand zeigt klar den Verlauf von Heizungsleitungen.

Auch besonders warme Stellen können von Interesse sein. Beispielsweise kann man den Verlauf schlecht gedämmter Leitungen des Zentralheizungssystems und der Warmwasserversorgung nachvollziehen. Bei offen liegenden gedämmten Leitungen beispielsweise im Keller können mangelhaft ausgeführte Stellen (z. B. bei Verzweigungen) gefunden werden. Auch bei bereits bekannten Mängeln kann man versuchen, deren Bedeutung einzuschätzen.

In anderen Fällen werden übersehene Stromverbraucher anhand ihrer Wärmeentwicklung entdeckt. Auch fehlerhafte Kabelverbindungen mit erhöhtem Übergangswiderstand, die auf Dauer eine Brandgefahr verursachen, äußern sich durch lokal überhöhte Temperaturen.

Präsentation der Ergebnisse

Offenkundig sind selbst die besten Messungen nutzlos, wenn ihre Resultate nicht in geeigneter Form präsentiert werden. Deswegen gehört zu der Dienstleistung der Thermografie die Anfertigung eines entsprechenden Berichts, dessen Qualität für die Qualität der Gesamtleistung von erheblicher Bedeutung ist.

Wenn schon die Umstände von Messungen nicht bekannt sind, sind die Resultate von eingeschränktem Wert.

Zunächst müssen die Umstände klar beschrieben werden. Hierzu gehören zum Beispiel Datum und Uhrzeit der Messungen, Angaben zum untersuchten Objekt, die Wetterbedingungen (Lufttemperatur, Luftfeuchtigkeit, Bewölkung, Wind) sowie die verwendete Ausrüstung.

Im Folgenden werden die Messergebnisse genau beschrieben. Hierzu gehört nicht nur das Abdrucken der aufgenommenen Bilder (zusammen mit den verwendeten Farbskalen, die dem Temperaturbereich angemessen sein sollen), sondern auch die Erläuterung der jeweiligen Umstände und die Interpretation der Resultate. Beispielsweise sollte auf gefundene Mängel hingewiesen werden und versucht werden, deren Bedeutung angemessen einzustufen. Sehr nützlich kann natürlich die Diskussion möglicher Ursachen und ein Hinweis auf Möglichkeiten zur Beseitigung der Mängel sein.

Der Auftraggeber profitiert nicht direkt von gemessenen Temperaturverläufen, sondern nur von korrekten und hilfreichen Interpretationen.

Man beachte, dass Temperaturverläufe keineswegs das gewünschte Resultat darstellen, sondern vielmehr den Ausgangspunkt für eine Interpretation, die Ursachen korrekt ermittelt, Umstände angemessen bewertet und zu sinnvollen Empfehlungen führt. Beispielsweise können an manchen Orten erhöhte Temperaturen auf eine Fassade ganz unterschiedliche Ursachen haben, nämlich verstärkte Wärmeflüsse von innen oder auch erwärmende Einflüsse von außen, sofern die Temperaturanomalie nicht sogar einen Messfehler wie gestreute inhomogene Umgebungsstrahlung als Ursache hat.

Wichtig ist es, auch auf mögliche Fehlerquellen und deren geschätzte Auswirkungen hinzuweisen sowie ggf. dagegen getroffene Maßnahmen zu nennen. Wenn dies nämlich im Bericht fehlt, kann eine andere Fachperson später kaum beurteilen, ob mögliche Störeinflüsse ausreichend vermindert worden sind. Im Idealfall sind die ermittelten Resultate nicht nur korrekt und vollständig, sondern auch möglichst weitgehend nachvollziehbar und überprüfbar.

Kosten und Nutzen

Durch die obigen Erläuterungen wird klar, dass aussagekräftige thermografische Untersuchungen einen nennenswerten Aufwand voraussetzen:

Warum sind Thermografie-Dienstleistungen meist so teuer?

  • Zunächst einmal wird hierfür eine ziemlich teure Ausrüstung benötigt.
  • Der Zeitaufwand für die eigentliche Messung kann je nach Komplexität der Aufgabe wenige Stunden oder auch deutlich mehr betragen.
  • Eine fachgerechte Auswertung der Resultate und das Schreiben eines qualitativ hochwertigen Berichts kostet weitere Zeit, meist mehrere Stunden.

All diese Arbeiten müssen von einer Fachperson durchgeführt werden, die sich in die korrekte Bedienung der Thermografiekamera und der Auswertungssoftware sowie natürlich in die Grundlagen der Thermografie gründlich gearbeitet hat. Leider ist es für den Auftraggeber oft schwierig, die Sachkunde des Auftragnehmers zu überprüfen, vor allem im Vorfeld.

Auch wenn die Kosten hoch sind - der Nutzen der Thermografie kann um ein Vielfaches höher liegen.

Angesichts des Aufwands und der Anforderungen ist es nicht überraschend, dass die Kosten für die Thermografie beispielsweise eines Gebäudes von außen leicht einige hundert Euro betragen können. Schließlich ist der Aufwand nicht mit der Aufnahme einiger konventioneller Fotografien wie z. B. bei der Objektaufnahme durch einen Immobilienmakler zu vergleichen. Andererseits können die Resultate der Thermografie auch sehr nützlich sein. Insbesondere können sie bei der Planung einer energetischen Sanierung sehr helfen, die jeweiligen Problemfelder gezielt, also effektiv und effizient anzugehen. Deswegen ist es ohne Weiteres möglich, dass die durch Thermografie gewonnenen Informationen ein Vielfaches der dafür entstandenen Kosten einsparen helfen. Bei der Thermografie nach Durchführung baulicher Maßnahmen ist außerdem von großer Bedeutung, dass Mängel rechtzeitig für eine Beanstandung aufgedeckt werden. Andernfalls könnten sie vorläufig unentdeckt bleiben und im schlimmsten Fall erst später – nach Ablauf der Beanstandungsfrist – teure Bauschäden zur Folge haben.

Naturthermographie

Auch ohne technische Instrumente wie Wärmebildkameras lassen sich Temperatureffekte manchmal indirekt aufgrund natürlicher Phänomene beobachten. Beispielsweise kann ein unzureichend wärmegedämmtes Dach unter Umständen dadurch auffallen, dass der Schnee an ihm zumindest stellenweise deutlich früher abschmilzt als anderswo. Solche Beobachtungen werden manchmal als Naturthermografie bezeichnet. Natürlich kann diese kaum die echte Thermografie ersetzen, da sie nur unter ganz bestimmten Umständen Informationen gibt, und zwar nur grobe Anhaltspunkte und keine soliden Messdaten.

Übrigens zeigt eine kalt bleibende äußere Dachoberfläche – mit welchen Mitteln auch immer sie festgestellt wird – keineswegs zwangsläufig, dass hier kaum Wärmeverluste auftreten. Beispielsweise kann Wärme durch entweichende Luft verloren gehen, was so nicht erkannt werden kann.

Siehe auch: Temperatur, Wärmestrahlung, energetische Sanierung von Gebäuden, Wärmedämmung von Dächern
sowie andere Artikel in den Kategorien Grundbegriffe, Haustechnik, Wärme und Kälte

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