Bauthermografie – “Röntgenblick“ für Planer

Thermografiekameras orten nicht nur Wärmebrücken, zugige Fenster oder Dächer. Sie können auch Gebäudestrukturen erkennen, Ausführungsmängel aufdecken oder Leckagen finden. Die Auswertung der bunten Bilder setzt jedoch Expertenwissen und Erfahrung voraus.

Wärmebilder sind zu einem Synonym für energiebewusstes Bauen und Sanieren geworden. Zeigt das IR(Infrarot)-Kameradisplay bei Außenaufnahmen rot und bei Innenaufnahmen blau, erkennen auch Laien (vermeintliche) energetische Schwachstellen sofort. Mit IR-Kameras kann man Probleme an Gebäuden oder auf Baustellen aufdecken, die man mit dem bloßen Auge nicht oder nicht mehr sieht, weil sie bereits durch andere Bauteile verdeckt sind: eine nicht fachgerecht ausgeführte Dachisolierung etwa, eine feucht gewordene Dach- oder WDVS-Dämmung und anderes mehr. Die Einsatzmöglichkeiten der Wärmebildtechnik sind vielfältig und beschränken sich bei weitem nicht auf die Wintermonate: Einsetzbar sind IRKameras unter anderem in der Energieberatung, Auftragsakquisition, Baudokumentation, Bauüberwachung, Mängelerfassung, Qualitätssicherung, Schadensanalyse oder bei der Erstellung von Gutachten nahezu ganzjährig.

Wie funktionieren IR-Kameras?

Die Thermografie ist ein bildgebendes Messverfahren, das eine bildhafte Darstellung von Wärmeverteilungen auf Bauteiloberflächen ermöglicht. Das Messprinzip basiert darauf, dass jeder Körper mit einer Temperatur oberhalb des absoluten Nullpunktes (-273,15 °C oder 0 K) eine Wärmestrahlung aussendet. Je wärmer ein Gegenstand ist, desto mehr Infrarotstrahlung geht von ihm aus. Diese wird von der Thermografiekamera in Bilder umgesetzt. Dabei wird die vom Messobjekt emittierte Infrarotstrahlung von einer Optik auf einen Infrarot-Detektor fokussiert. Die vom Detektor erfassten Informationen werden von einer Sensorelektronik in ein visuelles Bild übersetzt, das auf dem Kameradisplay abgebildet wird. Die Abbildung enthält neben grafischen auch radiometrische Informationen, d. h. auf der Messung elektromag-netischer Strahlung beruhende Daten. Somit können für jeden Bildpunkt direkt am Kameradisplay oder mithilfe spezieller Auswertungssoftware am PC exakte Temperaturwerte ab-
gefragt werden. Die unterschiedlichen Farben in den Wärmebildern stellen die Temperaturverteilung auf der Objektoberfläche entsprechend einer im Thermogramm (Wärme-
bild) abgebildeten Temperaturskala dar. Bereiche mit höheren Temperaturen sind als gelbe, rote oder weiße Flächen dargestellt. Kalte Bereiche sind grün, blau oder schwarz.

Wofür eignet sich die Wärmebildtechnik?

Grundsätzlich eignet sich die Thermografie für alle Einsatzbereiche, bei denen thermische Vorgänge eine Rolle spielen. Zu den wichtigsten Anwendungen im Bausektor zählen die energetische und bauphysikalische Gebäudeanalyse, die Gebäude-Energieberatung sowie die Inspektion und Instandhaltung haustechnischer Anlagen. Mit bloßem Auge nicht erkennbare Wärmebrücken an Fensterbänken, Fensterstürzen oder Rolladenkästen, in den Heizkörpernischen, an Bauteilübergängen im Kniestock-, Ortgang- Gauben- oder Schornsteinbereich etc. werden auf dem IR-Kameradisplay sicht- und messbar. Diese Wärmebrücken sind meist auch Kondensationsnester für Feuchtigkeit, was Schimmelpilzbefall verursachen kann. Thermografiekameras lassen sich ferner zur Lokalisierung von in Wänden, Decken, Flach- oder Steildächern eingedrungener Feuchtigkeit oder zur Strukturanalyse im Gebäudebestand einsetzen. So kann man etwa Fachwerk- oder Mauerwerksstrukturen hinter verputzten Fassaden erkennen. Auch durch bereits verkleidete Dachschrägen hindurch lässt sich zerstörungsfrei prüfen, ob eine Zwischensparrendämmung oder nachträglich eingeblasene Zellulosedämmung hohlraumfrei eingebracht wurde. Im Zusammenhang mit der so genannten Differenzdruckmessung (Blower-Door) können Fugen und Luftundichtigkeiten an Bauteilübergängen oder ‑durchdringungen, an Fenstern oder Haustüren sichtbar gemacht werden und anderes mehr.

Thermografie im Sommer

Auch außerhalb der Bauthermografie-Saison, die in der Regel von November bis März dauert, sind IR-Kameras einsetzbar. So bietet der Haustechnik-Bereich ein ganzes Spektrum an Einsatzmöglichkeiten – etwa bei der Leckagesuche: Muss etwa ein Leitungsleck lokalisiert werden, um notwendige Reparaturarbeiten präzise eingrenzen zu können, kann die IR-Kamera wichtige Anhaltspunkte liefern. Auch schlecht gedämmte Heizleitungen, Warmwasserspeicher oder defekte Heizungs- oder Klimaanlagen sind mit einem Blick erkennbar. Thermisch belastete Bauteile in haustechnischen oder elektrischen Anlagen werden ebenso entdeckt, wie defekte Solarzellen oder elektrische Bauteile von Photovoltaik-Anlagen. Diese können zu Leistungseinbußen führen, im Extremfall sogar Brände auslösen.

Weitere, auch von Thermografie-Experten teilweise noch unerschlossene Möglichkeiten bietet die aktive Bauthermografie. Sie ermöglicht im Gegensatz zur passiven Bauthermografie Untersuchungen auch im Sommer und erweitert damit das Einsatzspektrum von IR-Kameras. Die Methode ist einfach, die dahinter stehenden physikalischen Vorgänge sind komplexer: Zu untersuchende Gebäudeteile werden zuvor durch Elektro-Heizlüfter oder die Sonne thermisch angeregt und der Erwärmungs- oder anschließende Abkühlprozess thermografisch untersucht. Während der Aufheiz- oder Abkühlungsphase wird in der Bausubstanz ein Wärmestrom erzeugt. Äußerlich nicht sichtbare Materialwechsel im Bauteil setzen diesem Wärmestrom entweder einen Widerstand entgehen, beschleunigen oder reflektieren ihn. Diese Veränderungen lassen sich mit der Thermografiekamera sichtbar machen. Dadurch werden beispielsweise äußerlich nicht sichtbare Strukturen (Mauerwerk, Stürze, Ringanker, Fachwerk etc.), Durchfeuchtungen oder eine mangelnde Wärmedämmung sichtbar. Damit können Gebäude und Bauteile zerstörungsfrei untersucht werden, was insbesondere im historischen Gebäudebestand und in der Denkmalpflege Vorteile bietet. Die aktive Thermografie kann neben einer mangelnden Wärmedämmung auch Metall- oder Holzstrukturen hinter einer Gipskartonwand oder feucht gewordene WDVS-Fassadenbereiche sichtbar machen, ohne die Fassade punktuell öffnen zu müssen.

Messfehler lauern an jeder Gebäudeecke!

Die Bauthermografie setzt neben einer guten IR-Kamera vor allem Fachwissen und viel Erfahrung voraus. Thermogramme müssen korrekt beurteilt, interpretiert und allgemeinverständlich erläutert werden, damit man daraus überhaupt einen Nutzen ziehen kann. Andernfalls sind es nur bunte Bilder. Dabei müssen Parameter wie Temperaturunterschiede, Sonneneinstrahlung, materialspezifische Emissionsfaktoren, die Windgeschwindigkeit oder thermische Spiegelungen an glatten Fassadenoberflächen, der Bauteilaufbau sowie weitere Faktoren berücksichtigt und richtig eingeschätzt werden. Zugleich sind Kenntnisse aus den Bereichen Optik, Wärmestrahlung, Wärmeleitung, Materialkunde etc. und nicht zuletzt der Bauphysik und Bautechnik erforderlich – sowie viel Erfahrung. Denn was beispielsweise auf den ersten Blick wie eine Wärmebrücke aussieht, muss nicht zwingend eine sein. Potentielle Fehlerquellen lauern buchstäblich an jeder Gebäudeecke. Hinterlüftete Fassaden- oder Dachkonstruktionen etwa verfälschen Messergebnisse, weil die Hinterlüftung den Wärmefluss im Bauteil unterbricht. Deshalb sind stets Außen- und Innenaufnahmen erforderlich. Auch die Umgebungsbedingungen müssen stimmen: So hat die passive Bauthermografie nur in der Heizperiode „Saison“, da die Temperaturdifferenzen zwischen Innen und Außen mindestens etwa 10 °C betragen sollten. Fällt der Winter einmal aus, kann es passieren, dass optimale Rahmenbedingungen für die passive Bauthermografie nur für wenige Wochen bestehen. Wertvolle Hinweise zur Bauthermografie-Praxis, zum erforderlichen Equipment und zur Dokumentation gibt die VATh-Richtlinie Bauthermografie (kostenloser Download unter www.vath.de/regelwerke/richtlinien).

Gute IR-Kameras haben ihren Preis

Viele der Kamerakomponenten und ‑materialien sind sehr teuer, wie etwa die aus dem Halbleiter Germanium bestehende, hochwertige Optik. Auch Herstellungs-, Bearbeitungs- und Kalibrierungsverfahren sind geräte-, personal- und kostenintensiv. Neben den Kamerakomponenten (Detektortyp, Optik, Optomechanik, Elektronik etc.) und den technischen Kameraparametern hat auch das „Drumherum“ – die Kalibrierung, Wartung, Schulung und der Service – Einfluss auf die Kameraqualität. Zu den wichtigsten Kameraparametern zählt die Detektorauflösung. Die Detektoren ungekühlter Thermografiekameras – dem aktuellen Standard bei handgeführten Wärmebildkameras – bestehen aus sogenannten Mikrobolometer-Focal Plane Arrays. Das ist eine Matrix aus winzigen Strahlungsdetektor-Zellen. Je dichter das Matrixraster ist und je mehr Detektorzellen vorhanden sind, desto besser ist die Wärmebild-Qualität. IR-Einsteigerkameras mit 160 x 120 IR-Bildpunkten sind zwar schon unter 1 000 € zu haben, Detailprobleme lassen sich damit aber kaum erkennen. Als Stand der Bauthermografie-Technik gelten heute Kameras mit 320 x 240 IR-Bildpunkten – auch deshalb, weil sie im Sachverständigen-Bereich und bei thermografischen Gutachten auch vor Gericht Bestand haben. Erhältlich sind sie bereits unter 3 000 €. Etwas tiefer in die Tasche greifen muss man für Profikameras mit 640 x 480 IR-Bildpunkten und mehr, die ab 12 000 € zu haben sind. Mit der von einigen Herstellern offerierten Resolution Enhancement-Techno-

logie lässt sich die native IR-Kameraauflösung zusätzlich um das Vierfache steigern. Neben der Detektorauflösung bestimmen auch die Infrarotoptik, die thermische Emp-findlichkeit, die geometrische Auflösung sowie weitere Kameraparameter die Qualität des Wärmebildes.

Auch andere Faktoren sind wichtig

Zu den weiteren Kamera-Qualitätskriterien gehören die Lichtstärke des IR-Objektivs, die darüber entscheidet, wie viel Wärmestrahlung vom Objekt auf dem Detektor ankommt, das Auflösungsvermögen, die Abbildungstreue sowie die Qualität der Beschichtung. IR-Profikameras für den Baubereich sollten möglichst mit einem für die Fassaden- und Raumthermografie geeigneten Weitwinkelobjektiv (z. B. 8 − 15 mm) mit großem Sehfeld ausgeliefert werden, das optional durch Standard- (z. B. 30 − 50 mm) und Teleobjektive (z. B. 60 − 130 mm) erweiterbar sein sollte. Neben der Detektorauflösung und der Infrarotoptik bestimmt die thermische Empfindlichkeit und die geometrische Auflösung die Qualität des Thermogramms. Letztere, auch IFOV-Wert genannt, ist abhängig vom aktuell eingesetzten Objektiv und definiert die kleinstmögliche Messfleckgröße. Das ist jene Fläche auf dem Messobjekt, die aus 1 m Entfernung einer einzelnen Detektorzelle in einem Wärmebild zugeordnet werden kann. Sie entscheidet insbesondere bei feinen Objektstrukturen, respektive bei großen Entfernungen darüber, wie genau gemessen werden kann. Ein weiterer wichtiger Parameter ist die thermische Empfindlichkeit, auch NETD-Wert genannt. Sie gibt die kleinste Temperaturdifferenz an, die vom Detektor erfasst werden kann und liegt bei Profigeräten zwischen 0,03 und 0,05 K bei 30 °C. Je kleiner dieser Wert ist, desto geringer ist die Gefahr des sogenannten „Bildrauschens“. Beim Gehäusedesign überwiegt in der Einsteiger- und Standardklasse die Pistolen-, in der Profiklasse die Camcorder-Bauform. Mittlerweile gibt es auch in Smartphones integrierte IR-Kameras oder IR-Kameraaufsätze für Android- oder iOS-Smartphones, bei denen das Smartphone als Kameradisplay dient. Stichwort Display: dessen Auflösung sollte man nicht mit der IR-Detektorauflösung verwechseln, es sollte sich ausklappen und um zwei Achsen nahezu in beliebige Richtungen drehen lassen. Dadurch sind Aufnahmen auch in beengten Situationen heraus möglich. Ein Schwachpunkt bei nahezu allen Modellen ist die integrierte Digitalkamera. Mit in der Regel 1,3 − 3 Megapixel Bildauflösung sowie einer mehr oder weniger hellen LED-Videoleuchte, macht sie eher verschwommene als kontrastreiche visuelle Bilder, auf denen Details nicht immer gut erkennbar sind. Deshalb nehmen Thermografie-Profis lieber eine gute Digitalkamera mit Blitz und Zoomfunktion mit.

Kaufen, leasen, leihen oder beauftragen?

Angesichts teilweise stolzer Kamerapreise stellt sich für Gelegenheitsnutzer die Frage nach Alternativen zum Neukauf. Neben der Miete, einem Mietkauf oder einer Leihstellung besteht die Möglichkeit, Dienstleister zu beauftragen oder Gebrauchtgeräte zu kaufen. 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 € pro Tag. Nicht vergessen sollte man die Notwendigkeit einer Schulung, die auch Zeit und Geld kostet (Basisschulung 2 − 5 Tage: 500 − 1 500 €, Zertifizierungskurse 5 Tage: 2 000 €). 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 jeweiligen Objekt und der Aufgabenstellung abhängen. Deshalb sollte man sich in jedem Fall ein Angebot von einem nach DIN EN ISO 9712 [2] zertifizierten Dienstleister unterbreiten lassen. Darin enthalten sein sollten die Anfahrt, Spesen, die Arbeitszeit und Gerätetechnik, alle Materialkosten sowie die Auswertung und eine aussagekräftige Dokumentation der Thermogramme.

Richtlinien, Literaturtipps*
[1] DIN EN 13187:1999-05: Wärmetechnisches Verhal-
ten von Gebäuden – Nachweis von Wärmebrücken in Gebäudehüllen – Infrarot-Verfahren, Beuth 1999
[2] DIN EN ISO 9712:2012-12: Zerstörungsfreie Prü- fung – Qualifizierung und Zertifizierung von Per-
sonal der zerstörungsfreien Prüfung, Beuth, Berlin 2012
[3] DIN EN ISO 9972:2015:12  Wärmetechnisches Verhalten von Gebäuden – Bestimmung der Luft- durchlässigkeit von Gebäuden – Differenzdruck- verfahren Beuth, Berlin 2015
[4] VATh (Hrsg.): VATh-Richtlinie Bauthermografie, Bundesverband für Angewandte Thermografie e.V., Nürnberg, 2016, Download: www.vath.de/ regelwerke/richtlinien [5] Fouad, N.A./Richter T.: Leitfaden Thermografie im Bauwesen, Fraunhofer IRB Verlag, Stuttgart 2009
[6] Wagner, H.: Thermografie – Sicher einsetzen bei der Energieberatung, Bauüberwachung und Scha- densanalyse, Verlagsgesellschaft Rudolf Müller, Köln 2011
Linktipps *
Informationen und Praxistipps, www.thermografie.de                              Bundesverband für angew. Thermografie, www.vath.de                        Thermografie Verband Schweiz, www.thech.ch                                                 Österr. Gesellschaft für Thermografie, www.thermografie.co.at 
 

* Ohne Anspruch auf Vollständigkeit!

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