Das Bauwesen ist eine der klassischen Anwendungen der Thermografie.
Vom Energiegutachten über die Qualitätskontrolle am Bau bis zur Analyse von Schäden ist die Thermografie einsetzbar.

Gerade jetzt, wo sich das zerstörungsfreie Prüfen auch im Bauwesen durchsetzt. 


[ Energieberatung | Schadensanalyse | Sommerliche AnwendungenAktive Thermografie ]
[ U-Wert-Bestimmung | Feuchte & Verdunstung | Simulation | Epsilon | Qualität und Dokumentation | Grenzen ]


Bei der Thermografie in Bauwesen und Bauphysik handelt es sich nicht darum, mal nachts "ums Häuschen zu springen"
und vielleicht 4 bis 6 Bilder alleine von außen zu machen - Was davon zu halten ist, kann man hier nachlesen



 Thermografie zur Energieberatung

Die Thermografie zur Energieberatung ist die klassische Anwendung der Thermografie im Bauwesen, aber wie das Inhaltsverzeichnis dieser Webseite zeigt, nur ein kleiner Teilaspekt. An sich ist so eine Thermografie schon ganz anschaulich, wie immer ist aber sachgerechtes Arbeiten absolut erforderlich, damit Gebäude mit hohem Energieverbrauch als solche erkannt werden, aber auch eher sparsame Häuser nicht falsch als "Energieschleudern" beschrieben werden.

Thermografieregeln Für die Durchführung einer aussagekräftigen Thermografie für eine Energieberatung ist es sinnvoll, einige Regeln einzuhalten, die dafür sorgen, daß sich Thermogramme auswerten lassen und vor allem daß sie mit einander verglichen und auch jederzeit nachvollzogen werden können, auch von Kollegen, die nicht beim Ortstermin mit dabei waren.

Für eine thermografische Untersuchung macht man mit den Eigentümern des Gebäudes einen Termin aus und zwar zu bürgerlichen Zeiten. Der Thermograf huscht auch nicht vorbei, sondern nimmt sich Zeit für die Untersuchung und ein notwendiges Gespräch vor Ort..
Eine korrekte Bauthermografie beschränkt sich nicht auf 4 bis 6 Bildchen, nein, es werden soviele Thermogramme gemacht, wie halt nötig sind und wenn's mal 18 bis 20 sind. Das Mindestmaß sind eine flächendeckende Erfassung von außen (soweit sinnvoll und zugänglich) sowie die Thermografie aller relevanten Innenbauteile wie Gauben, Dachböden, Fenster, Rolladenkästen, Briefkästen, Fenster, Kellerräume etc.
Zwei Drittel aller Thermogramme entstehen dabei in der Regel von innen. Das ist für eine verläßliche Analyse absolut unverzichtbar. Beispielsweise lassen sich eindringen Kaltluft, Dachböden, Dächer mit hinterlüfteten Dachpfannen, Flachdachkonstruktionen und natürlich erdberührte Kllerräume nur von innen thermografieren.
Der Thermograf geht in der Regel mit dem Auftraggeber herum und erläutert die Thermogramme, sofern das vor Ort schon möglich ist. 
Erfahrene Thermografen schauen auch mal nach rechts und links. Sie können auch Fragen zu Bauschäden stellen.
Als Resultat der Untersuchung bekommt der Auftraggeber alle Thermogrammaufnahmen  Bilder und zwar alle mit Auswertung durch den Thermografieexperten, dazu auch einen schriftlichen Bericht mit Unterschrift.

Wetter- und
Umgebungs-
bedingungen
Das Wetter muß bei einer Thermografie zur Energieberatung geeignete Aufnahmebedingungen ermöglichen. Das bedeutet, es muß eine so große Temperaturdifferenz zwischen innen und außen vorherrschen, daß ein unverrauschtes, klares Thermogramm entsteht und auch die umweltbedingten Störeinflüsse Regen, Wind, Ein- und Abstrahlung müssen so gering sein, daß es nicht zu Fehlinterpretationen kommen kann.

Eine Thermografie von außen ist unabhängig von der Tageszeit, sofern die Helligkeit des Himmels nicht zu stark wird. das Limit liegt empirisch bestimmt bei ca 2 W/m² oder ca 1500 Lux, ehe sich ein allgemein wärmender Effekt insbesondere auf Flächen mit dunkler Farbe zeigt.
Bei klarem Himmel gibt es dagegen ganz erhebliche Störungen. Tagsüber scheint dann die Sonne mit bis zu 800 W/m², was antürlich alle besonnten Flächen mehr oder minder stark aufheizt, je mehr, desto dunkler sie sind und desto senkrechter die Sonneneinstrahlung auf sie erfolgt. Sonne ist bei Außenaufnahmen unbedingt zu vermeiden.
Bei  dunstigem Wetter und bei nur dünner, eventuell etwas transparenter Bewölkung oder bei Helligkeiten über 1500 Lux (März bis Oktober) reicht auch die diffuse Einstrahlung aus, dunkle und zum Himmel ausgerichtete Flächen unzulässig stark aufzuheizen.
Auch bei Innenaufnahmen kann Sonneneinstrahlung trotz der hohen Wärmeträgheit der Bausubstanz mstark stören, indem die Sonne zu den Fenstern hinein scheint. Kurz vorher die Rolläden schließen nutzt nichts, da die thermische Trägheit der Böden die eingestrahlte Sonnenwärme noch für einige Zeit speichert.
Nachtaufnahmen bei klarem Wetter sind nicht minder stark gestört, weil ein starkes Ungleichgewicht zwischen der vom Gebäude abgestrahlten Energie in Form von Infrarotlicht und der kaum vorhandenen Einstrahlung aus dem klaren dunklen Himmel zurück vorherrscht. Dadurch kühlen Oberflächen stärker aus, als durch den reinen Wärmetransport in die Umgebungsluft und erscheinen somit in den Außenaufnahmen als wesentlich besser gedämmt, als sie tatsächlich sind. Dieser Effekt ist um so stärker, je stärker eine Oberfläche dem kalten Himmel zugeneigt ist und desto ungehinderter die einseitige IR-Abstrahlung erfolgen kann
Außenaufnahmen bei klarem Himmel haben noch einen weiteren Nachteil: Wenn einzelne Breiche einer Gebäudeoberfläche stark abgeschattet sind, z. B. bei Fensterlaibungen, bei Dachüberständen und unter Vorsprüngen und Vordächern, so ist der Kühleffekt durch Abstrahlung gegenüber den allgemein exponierten Flächen vermindert und die abgeschatteten Zonen werden zu warm dargestellt, was völlig unzulässige fehlinterpretationen als Verluststellen hervorrufen kann.
Nicht heller, sondern klarer Himmel ist zu vermeiden !

Bei völlig bedecktem Wetter mit möglichst tiefen Wolken zu thermografieren, hat den Vorteil, daß die Temperatur an der Wolkenuntergrenze fast der Umgebungstemperatur entspricht. Dadurch herrscht aber ein fast perfektes Strahlungsgleichgewicht, Abstrahlungs- sowie Abschattungseffekte fallen völlig weg. Sehr geeignet ist Hochnebelbewölkung.

Auch die anderen Wetterbedingungen sind zu beachten, hier die aufgelisteten Grenzwerte:

Regenfall ist entgegen der landläufigen Meinung unter den Thermografen durchaus tolerabel. Auch das ist wie alles begrenzt, aber bis ca 0,5 mm/h Niederschlag führt keine nachweisbaren Störungen in eine Außenthermografie ein. Das kommt daher, das es bei Regen keine Verdunstung gibt, weil die Luft um die Regentropfen herum mit Wasserdampf praktisch gesättigt ist. Auch ist ein Regentropfen von der Wolke bis auf den Boden etliche Minuten unterwegs und ist dabei einem intensiven Stoff- und Wärmeaustausch ausgesetzt. Daher hat Regen eine mit der Umgebungsluft exakt gleiche Temperatur. Die Wärmekapazität der Wassermenge bei maximal 0.5 mm/h Niederschlag ist aber dermaßen gering, daß auch bei leicht gegenüber der Umgebung erwärmten Oberflächen kein Kühleffekt auftritt.
Bei leichtem, aber kontinuierlichem Regenfall zu thermografieren, hat den Vorteil, daß es aus tief hängenden Wolken regnet, deren Temperatur an der Wolkenuntergrenze fast der Umgebungstemperatur entspricht. Dadurch herrscht aber ein fast perfektes Strahlungsgleichgewicht, Abstrahlungs- sowie Abschattungseffekte fallen völlig weg.
Hat der Regen aber aufgehört, kommt es auf den Grad der Verdunstung an. Kritisch wird es dann, wenn z.B. Pfützen kühler als der Rest des Bodens erscheint. Nach der Verdunstungsformel von Penman ohne Strahlungseinflüsse (Thomas Foken, "Angewandte Meteorologie", Seiten 157ff, Springer Verlag 2006)
q
verdunstung Konstante * (psattdampf (T)- pdampf, momentan(T)) darf die minimale Luftfeuchtigkeit je nach Temperatur nicht einen Grenzwert unterschreiten:

 0,2 K Fehler 0,5 K Fehler
0 °C    96,4 % rel.F    91,1 % rel.F
5 °C  97,1 % rel.F 92,8 % rel.F
10 °C     97,6 % rel.F 94,0 % rel.F

Die Tabelle ist nur für Gleichgewicht von Ein- und Abstrahlung gültig, was bei einer tiefen und geschlossenen Wolkendecke aber zutrifft.
Auch zu starker Wind kann problematisch werden. Die Erfahrung zeigt, daß Windstärken bis 2 bft ein Thermogramm noch nicht wesentlich stören. Stärkere Luftströmungen können aber dazu führen, das insbesondere streifend bestrichene Oberflächen an einem Gebäude kühler erscheinen, als welche wo Windstille oder direkter Aufwind vorherrscht. Im Binnenland ist eine sehr geringe Windgeschwindigkeit in Bodennähe aber der Regelfall, weil nachbargebäude und Bäume dem Wind einen sehr starken Widerstand entgegensetzen. In freien Lagen wie z.B. an großen Flüssen oder an der Küste kann das aber anders sein.

Außer den momentanen Störeinflüssen aus Wind und Wetter ist auch die Stabilität der Umgebungsbedingungen für die Aussagekraft einer Thermografie entscheidens, bei Außenaufnahmen allerdings in erheblich größeren Umfang wie bei Thermogrammaufnahmen im Innenbereich, die kaum von äußeren Einflüssen und deren Wechsel gestört werden.

Bei Außenaufnahmen sollte zumindest für 3 Tage eine relativ ausgeglichene Umgebungstemperatur vorherrschen, je massiver ein zu untersuchendes Bauwerk ist, um so länger.
Bei klarem Himmel ist der Unterschied zwischen morgendlicher Tiefsttemperatur bei Sonnenaufgang und Tageshöchsttemperatur am frühen Nachmittag am größten. Schon von daher sollten Thermogramm aufnahmen von außen bei klarem Wetter vermieden werden. Das ist übrigens völlig unabhängig von der Jahreszeit
Bei bedecktem Wetter ist der Tagestemperaturgang ganz erheblich ausgeglichener. So eine Wetterlage ist absolut zu bervorzugen. Ideal ist dauerhafte Hochnebelbewölkung.
Massive Bauteile nehmen eingestrahlte Sonnenenergie durch ihre hohe Wärmekapazität auf und geben sie mit entsprechender Zeitverzögerung wider ab, was insbesondere in den Abendstunden zu erheblichen Fehlmessungen führen kann.
Kurzzeitige und seltene Wolkenlücken sind hingegen weniger kritisch, da der eingestrahlte Gesamtbetrag der Energie im Vergelich zur ausgleichenden wärmekapazität der Bausubstanz recht klein ist. Hier verläuft die Anpassung der Temperaturen an die Umgebungstemperatur dann innerhalb von Stunden nach Ende der Wolkenlücke. Nicht zulässig ist ständiges Hin- und her mit den Wolkenlücken.
Innenaufnahmen werden durch den Tagestemperaturgang ganz erheblich weniger gestört als Außenaufnahmen. Von der äußeren Temperaturschwankung kommen auf der Innenoberfläche bei schweren, massiven Bauteilen nur noch 0,2 % mit einert Zeitverzögerung von 14 bis 16 Stunden, bei leichten Bauwerken bis zu  3 % des äußeren Temperaturhubs mit ca. 11 bis 12 Stunden Verzögerung an. Bei Innenaufnahmen ist es sinnvoll, zumindest den Tagesmittelwert als Bezugtemperatur heranzuziehen. (Literatur: "Bauphysik, Bau & Energie" von Christoph Zürcher / Thomas Frank, Tabelle 2.39 auf Seite 56, 3. Auflage im VDF-Hochschulverlag der ETH Zürich, 2010)
Ganz unkritisch sind Innenaufnahmen von Kellerräumen. Die hohe Wärmekapazität und die Masse des umgebenden Erdreichs sorgen dafür, daß auf der Außenseite der zu thermografierenden Wand schon ab sehr geringer Tiefe keine Schwankungen der Tagestemperatur mehr auftreten. Allerdings wirken sich Schwankungen der Jahrestemperatur bis zu 12 Meter Tiefe im Erdreich aus.

Hinweis: Natürlich gibt es die berühmte Ausnahme von der Regel. Geht es nämlich um den sommerlichen Hitzeschutz und um die Vermeidung von Energieaufwand durch Kühlung, so ist es sinnvoll, zum Zeitpunkt größter Hitzeeinwirkung, also in den frühen Nachmittagsstunden zu arbeiten. Dabei werden diese thermografischen Untersuchungen aber im allgemeinen von innen ausgeführt.

Auswertung Die Dokumentation sorgt dafür, daß eine Thermografie immer reproduzierbar und damit nachvollziehbar bleibt. Gerade bei der passiven Thermografie ist das wichtig, weil die Umgebungsbedingungen, die die abgebildeten Temperaturunterschiede im Thermogramm erzeugt haben, ja nur momentan wirksam sind. Zu folgenden Zeitpunkten gelten wieder geänderte Umgebungsbedingungen. 

Eine vollständige Dokumentation muß mindestens enthalten:


Datum und Uhrzeit der Thermogrammaufnahme
Einstellparameter der Kamera wie Emission mit Umgebungstemperatur, Absorption mit Pfadtemperatur
Seriennummer des Thermogramms und der Kamera, Kameratyp
Außen- und Innentemperatur, wenn sinnvoll auch Tageshöchst und -tiefsttemperatur
Bei Außenaufnahmen Informationen zu Wind, Wetter, Wolken und Einstrahlung sowie Abstrahlung
Ein Begleitfoto mit selbem Standort, Ausschnitt, Perspektive
Information zum Aufnahmeobjekt und zum Auftraggeber bzw. Projekt
Die Dokumentation sollte die Abschätzung der Störgrößen zulassen
Kommentierung einzelner Details in den Thermogrammen und Kennzeichnung im Bild.


Typisches Beispiel für den Einsatz der Dokumentationsmaske im Auswerteprogramm.

Zu einer regelkonformen Thermografieuntersuchung zur Energieberatung gehört, daß alle Thermogramme entsprechend ausgewertet, dokumentiert und an den Auftraggeber ausgegeben werden. Damit ist die Arbeit aber oftmals nicht getan, denn es ist auch die Pflicht des Energieberaters, eine Zusammenfassung der Ergebnisse und die Schlußfolgerungen zu erarbeiten, die dann in einem Gutachten an den Auftraggeber weiter gegeben werden.

Das ist das ausgedruckte Ergebnis der Auswertung oben.
Alle Angaben zum Objekt, zur Thermografie, zu Kamera, Umweltbedingungen und den Temperaturen sind in sehr übersichtlicher Weise in der Ausgabe enthalten. Auch die absolut notwendige Farbskala ist groß ausgedruckt.

Natürlich läßt sich die Anordnung der Skala und einige andere Einstellungen sowie eine Seitenzahlverwaltung für Gutachten vom Programm aus einstellen.



Allgemeine Aussagen nutzen hier nichts, es muß schon das individuelle Gebäude besprochen werden !



 Thermografie zur Schadensanalyse

Thermografie ist weitaus mehr, als nur zu schauen, wos ausm Häuschen rauspfeift. Mit dieser modernen zerstörungsfreien Meßtechnik kann wichtige Information über den Zustand von Bauwerken ermittelt werden, die dann zur Analyse von Bauwerksschäden dient. Ohne das sogleich Bausubstanz für solche Untersuchungen zerstört werden muß.

Thermografie zählt ganz offiziell zu den Meßverfahren in der zerstörungsfreien Prüfung.

Wärmebrücken Unter einer Wärmebrücke versteht man ein Gebäudeteil, das durch Form und/oder Material die eine höheren Wärmeaustausch zwischen Innenraum und Umwelt außen zuläßt:

Materialbedingte Wärmebrücken sind beispielsweise:

Geschoßdecken
Fenster- und Türstürze
Ringanker
Decken- und Wandbalken
Mauerkronen
Unter- und Überzüge

Geometrische Wärmebrücken sind z.B.:

Fenster- und Türlaibungen
Heizkörpernischen
Ecken und Kanten an Außenwänden

Anmerkung: Im Volxmund wird auch gerne von "Kältebrücken" gesprochen. Eigentlich gibts die physikalisch gesehen nicht, aber der Duden stiftet Frieden. Das ist exakt dasselbe wie eine Wärmebrücke. Sie werden verstanden.

Schimmel- und
Kondensatbildung
Hier liegt eine völlig trockene Wärmebrücke nach unten in einen Unterzug der Tiefgarage vor. Man sieht das an den weichen Formen mit eindeutigem Temperaturtrend, in diesem Fall nach unten. Der Temperaturtrend folgt den Wärmeflußlinien durch die Bausubstanz.
Hier das Ergebnisbild einer numerischen Simulation, was bei Frost von -5°C außen, +21°C innen und bei 55 % rel.Feuchte geschehen würde: Das Bauwerk ist nicht schimmelsicher. Damit kann diese Wärmebrücke bauphysikalisch kritisch werden.
Hinweis: Wie man Wärmebrücken nicht nur nachweist, sondern sie auch bewerten kann, ist hier nachzulesen.

Durchfeuchtungen

Eine Durchfeuchtung die in der Bausubstanz in die Tiefe geht und die zum Aufnahmezeitpunkt mit weiterem Wasser beschickt wird, hat einen ziemlich scharfen und unregelmäßigen Rand durch kleinste Unterschiede im Kapillartransport, die das Gleichgewicht mit der Verdunstung ins Schwanken bringt. Die Temperaturdifferenz zur trockenen Umgebung beträgt bis zu mehreren Grad je nach allgemeiner Luftfeuchte.

Eine Verdunstungszone, die ein bis zwei Wochen von der Wasserzufuhr abgesperrt ist und demzufolge schon seit dem trocknet, erscheint schon gleichmäßiger und mit unschärferem Rand, wobei auch die Temperaturdifferenz nur noch ein Grad und weniger beträgt.
Hinweis: Mehr zum Thema Durchfeuchtungen gibts auf dieser Webseite weiter unten.

Bauwerksabdichtung

In eine Tiefgarage dringt fließendes Wasser durch einen Riß ein, aber niemend konnte sagen woher das Wasser kommt. Mit etwas guter Wärmeübertragung kann aus dem leichten Abkühlungstrend nach oben loinks geschlossen werden, daß ads Wasser vom Rand einer defekten Terassenabdichtung darüber stammt.
Kellerwände aus porenoffenen Niederbrandziegeln sind ohne spezielle Bauwerksabdichtung von außen nicht wasserdicht, sondern lassen einen ganz langsamen, sehr geringen Wasserstrom hindurch diffundieren. Hier tritt nur sehr geringe verdunstung, aber ein deutlich erhöhter Salzhehalt des Mauerwerks auf.

Windundichtigkeiten
Mit Hilfe einer Gebläsetür wird in einem Bauwerk entweder ein Unterdruck erzeugt und von außen verschieden warme Luft eingesaugt, oder es wird mit Überdruck Luft nach außen geblasen. Egal ob Sommer wie Winter ist nach wenigen Minuten sichtbar, wo Blasfahnen an den Durchtrittsstellen entstehen. Nur gleichwarm darf es nicht sein.

Dieses allerdings schon etwas ältere Foto zeigt die Kombination aus Gebläsetür (hier im Unterdruckbetrieb) mit der Thermokamera, eine ausgesprochen leistungsfähige Nachweismethode für Luftundichtigkeiten !

Dielenfußböden in älteren Gebäuden können es in sich haben: In diesem Beispiel durchbrechen sie über all die winddichte Ebene der Außenwände und lassen Zugluft sowohl durch die Ritzen als auch durch die Steckdosen ins Gebäude eintreten.

Gerade ausgebaute Dachgeschosse bieten so manche Undichtigkeit: Hier wurde ignoriert, daß jede Dachdämmung auf der Warmen seite eine winddichte Folie braucht, die nicht nur in die Ecke gestopft, oder simpel festgetackert wird, sondern die winddicht überall an den Anschlußkanten verklebt sein muß. Sowas hier ist wie ein löcheriger Heißluftballon, wo die warme Luft ungenutzt durch zahllose Splaten gleich nach dem Aufheizen nach außen entweicht.

Dämmungsmängel

Warum wird es in diesem Raum trotz der aufwendigen Innendämmung in Ständerbauweise nicht so recht warm: Ganz einfach: Die Dämmung deckt eine der Außenwände ab, aber eben nicht die andere Außenwand die ungedämmt bleibt. Die Dämmung selber ist seinerzeit aber sachgerecht ausgeführt worden.

Leider ist die Idee, mit Gipskartonplatten zu dämmen, keine besonders gute Idee: Die Wand ist zwar schön glatt und man spart sich einen teuren Innenputz, aber die Dämmwirkung von Gipskarton ist einfach nicht da.

Dachdämmung

Der Dachboden ist ganz gut und vor allem lückenlos gedämmt, aber an der rückseitigen Giebelwand zeigen sich erhebliche Wärmeverluste am schräg verlaufenden Schacht.

In diesem Beispiel ist zwar eine Dachbodendämmung vorhanden, aber es fehlt die luftdichte Ebene, die auch nicht durch die Holzplatten ersetzt werden kann. Durch die Fugen und insbesondere an den Durchstoßstellen der Dachbalken steigt warme und damit auch feuchte Luft aus der darunter liegenden Wohnung auf. Hier kann Mischkondensatbildung an den Holzbalken des Dachstuhls Feuchteschäden verursachen.
Gut gemeint, funktioniert aber nicht: In Eigenleistung wurde dieser Dachboden mit einer dicken aber losen Schüttung mit Mineralwollflocken bedeckt. Leider ist die Holzdecke darunter aus Nut- und Federbrettern alles andere als luftdicht, so daß warme Luft fast ungehindert durch die lose Wolle hindurch aufsteigt.

Flachdächer Flachdächer lassen sich von außen so gut wie nicht prüfen, Moos, Pfützen, Ein- und Abstrahlung verdecken das was man eigentlich sehen will. Abhilfe: man schaut sich Flachdächer von unten an.


Beton ist ein guter Wärmeleiter. Dieses Flachdach ist so unzureichend gedämmt, daß die Oberflächentemperatur der Decke deutlich unter der Raumtemperatur liegt. Allerdings ist das Flachdach wasserdicht, visuell sind keine Schäden sichtbar.

Ganz anders dieser Fall eines Flachdachs als Holzkonstruktion: Zwischen den Balken liegt genügend Dämmung, so daß deiese Dach eigentlich guten Wärmeschutz haben sollte. Die vielen Lücken und starken Abkühlungen lassen aber darauf schließen, das Wasser durch die Dachabdichtung in die Dämmung eingedrungen ist. Hier ist ein Dachdeckereinsatz dringend erforderlich.

Hinweis: Diese Beispiele sind natürlich kein vollständiger Katalog von thermografischen Erscheinungsformen. Sie sollen eher zeigen, wie vielseitig die Thermografie in Bauphysik und zerstörungsfreier Prüfung sein kann.

Fällt Ihnen auf, daß alle diese Beispiele von innen her aufgenommen wurden ?


Bauthermografie im Sommer

Es geht das arg in die Jahre gekommene Gerücht um, daß man Bauthermografie nur im Winter, am besten nur bei Frost machen kann. Das ist natürlich nicht richtig, es gibt auch und gerade im Sommer überraschend viele Einsatzgebiete, wo Thermografie nützliche Information über Bauwerke und für die Bauphysik liefert:

Selbst in gutinfomierten Kreisen denkt man zuwenig an die vielseitigen sommerlichen Anwendungen, weil aus der Tradition nuur einige wenige bekannt sind, wie z.B. das Auffinden von Fachwerkbalken unter Putz (aktive Anregung durch die Sonne) oder die Untersuchung von Wärmedämmverbundsystemen (ebenfalls solare Anregung):

Alle thermografischen Verfahren, die eine aktive Anregung durch Besonnung brauchen, sind natürlich im Sommer am besten durchführbar. Hier mehr zum Thema aktive Thermografie.

Komischerweise denkt kaum jemand drüber nach, mit der Thermografie nach sommerlichen Eindringquellen von Außenwärme zu suchen, und deshalb eher einen kostenintensiven Stromfresser namens Klimaanlage einzubauen ... Sowas kann man vermeiden.

Die Wetterkunde und alle Klimadaten sagen es schon lange: Im Winter regenet es zwar öfter, aber dafür nur in deutlich kleineren Mengen - Im Sommer schüttet es ab und zu, wenn dann richtig. Gerade durch den Klimawandel sind Starkregenereignisse und Unwetter immer intensiver geworden. Mit der thermografischen Untersuchung, die ja auch Aussagen über den Abtrocknungsprozeß nach einem Eindringen von Wasser ins Bauwerk dienen kann, kann gerade im Sommerhalbjahr Mängeln in der Bauwerksabdichtung auf die Spur gegangen werden. Hier noch mehr zum Thema Durchfeuchtungen.

Sommerlicher
Hitzeschutz
Der Klimawandel machts immer dringender: Es wird im Sommer immer länger heiß und unser Baubestand ist auf die sommerliche Wärmelast nicht angepaßt. Gerade in Dachgeschossen wird es kritisch, weil noch nicht bekannt ist, daß eine Dämmung zwar im Winter den Energiebedarf reduziert, aber im Sommer dem recht kurzen, aber dafür um so heftigeren Hitzepeak wenig Widerstand entgegen setzen kann.


Das kurze Video zeigt, wie die Sonnenenergie von den Dachpfannen durch eine in die Jahre gekommene Dachdämmung vor allem in den Mittags- und Nachmittagsstunden eindringt und die Dachräume bis zur Unerträglichkeit erwärmt. Dazu kommt noch die zweitweise Einstrahlung durch das Fenster.

Sonnenschutz In modern gedämmten Gebäuden ist der Schutz vor übermäßiger Sonneneinstrahlung sehr wichtig, denn die Wärmeenergie, die zu den oft großen Fenstern hinein gestrahlt wird, kann so einfach nicht mehr wieder entweichen. Sehr häufig ist die Ursache ein mißliungener oder falsch angeordneter Sonnenschutz für unzulässig hohe Raumerwärmung bei Sonnenwetter.


In diesem Büro sind die  Jalousien innen angeordnet. Trotz der lichtgrauen Farbe absorbieren diese Jalousien so viel Sonnenlicht, daß sie sich bis zu 15 Grad erwärmen, das entspricht einem Heizkörper im normalen Winterheizbetrieb. Hier wirkt sich vor allem auch die große Fläche zusätzlich aus.

In dieser technischen Leitwarte ist der Sonnenschutz durch dunkle Rollos ebenfalls innen realisiert, wodurch die Rollos bei Sonnenschein wie Solarkollektoren wirken. Das ist trotz der anteilig recht geringen Fläche der Rollos hier besonders ungünstig, weil die Leitwarte auch mit technischen Anlagen vollgestellt ist, die selber erhebliche abwärme produzieren.

Gebäudekühlung
und Klimatisierung
Gerade in größeren und recht modern gedämmten Geschäftsgebäuden ist im Sommerhalbjahr eine Kühlung notwendig, weil Technik und Personen mehr Wärme produzieren, als nach außen abgegeben wird. Dabei ist das Thema Kühlung besonders kritisch, weil zum Kühlen der besonders kostspielige Energieträger Strom gebraucht wird.

In diesem Beispiel zeigt sich, daß der Durchfluß von Kühlwasser durch die Deckenpanele so gering ist, daß sich das Kühlwasser dort schnell erwärmt und keine weitere Raumwärme mehr aufnehmen kann. Die Kühlleistung ist unzureichend.

Die Deckenpanele werden von kühlem Wasser durchströmt, aber nicht alle - der Raum wird etwas ungleichmäßig gekühlt.
Hier versucht die Anlage mit besonders kaltem Kühlwasser der anfallenden Wärmelast Herr zu werden. Dabei wird auf der Unterseite der Kühldeckenpanele aber der Taupunkt für die im Sommer hohe Luftfeuchtigkeit unterschritten. Infolge dessen tropft Wasser auf Computer, Unterlagen und Personen.

Kühlhäuser Für uns ist es selbstverständlich, daß die Kühlregale und Kühltruhen im Supermarkt immer gut gefüllt sind - und jeder hat einen Kühlschrank zu hause. Dahinter steht eine ganze Logistikkette, wobei die jeweils vorgeschriebene Temperatur für die verderbliche Ware nie überschritten werden darf. Dafür gibt es Kühlhallen und Tiefkühlhäuser, begehbare Bauwerke mit ganz besonders niedrigen Innentemperaturen. Thermografie ist hier ein sehr hilfreiches Mittel, zur Instandhaltung und Qualitätssicherung beizutragen.


Innenansicht eines LKW-Ports einer Kühlhallenanlage. Durch die Fugen der Hubtore dringt feucht-warme Außenluft in die Halle ein, wo die Kälteanlage diese Luft wieder herabkühlen und vor allem trocknen muß, um Eisbildung zu vermeiden. Aber auch der Dachanschluß ist undicht, wobei die Luftfeuchtigkeit von außen im Inneren Eiszapfen bilden läßt.

Undichte Anschlußfuge zwischen zwei Bauabschnitten einer Tiefkühlhalle: Hier hat die Dampfsperre lokal versagt, so daß Luftfeuchtigkeit von außen in die Fuge zwischen den Dämmschichten eingedrungen ist, Eis gebildet hat, was dann die Fuge auseinanderdrückt. Nebenbei ist Eis kein guter Dämmstoff, was Energie zur weiteren Kälteerzeugung kostet.

Durchfeuchtungs-
schäden
In diesem Keller aus den 1920ern dringt nach jeder Gewitterserie im Sommer Wasser am Bodenanschluß ein. Dieses Sickerwasser steigt dann vom Fundament bis zur ersten Sperrschicht auf, aber nicht weiter. Darüber dann findet nur eine langsame Diffusion mit entsprechender Mauerversalzung statt. Das alles zeigt, daß diesem Keller jede Bauwerksabdichtung fehlt.

Durch einen zugemauerten, verputzten und dann vergessenen Schacht dringt feuchte Luft von oben ein, vor allem im Sommer nach Unwettern. Diese feuchte luft wird im Schacht nun stark abgekühlt, so daß der Taupunkt unterschritten wird und damit Kondensatbildung einsetzt. Das Kondenswasser läft nun bis zum Boden und durchfeuchtet die Wand am Bodenanschluß.

Kondensatbildung
in Kellern
Oft werden Bedenken geäußert, daß das Eindringen von feucht-warmer Außenluft in dauerhaft kühle Keller dort zu Kondensat und damit zu Schäden führen. Das läßt sich mit Thermografie und einer Wasserdampfbilnz klären, ob dem tatsächlich so ist.

In diesem Keller aus porenoffenem Ziegelmauerwerk dringt seit der Bauzeit von außen Erdfeuchte in einem sehr schleichenden Diffusionsprozeß ein. Zudem steht der Keller im thermischen Gleichgewicht mit dem umliegenden Erdreich. Feuchtwarme Außenluft trägt hier mengenmäßig nur so wenig zur Feuchtebilanz bei, daß dieser Effekt hier vernachlässigbar ist.

Durch ein völlig offenes Loch im historischen Kellergewölbe dringt von oben Kaltluft wie durch einen Wasserfall ein. Das tut sie, weil kalte Luft spezifisch schwerer ist als warme. Ist es aber draußen wesentlich wärmer als in diesem Keller, so baut sich eine stabile Temperaturschichtung auf und der Luftstrom kommt zum stehen.

Putzschäden und
Delaminationen
Gerade im Sommerhalbjahr läßt sich die weiter ziehende Sonne sehr gut nutzen, an Bauwerken aktive Thermografie zu betreiben: Besonders schwere und tiefe Bauteile, wie z.B. feuchte, massive Wände wärmen sich dabei nur sehr langsam auf, beonders leichte, wie z.B. schon abgeplatzte Putzstücke besonders schnell.


Die abgebildete Wand hat sich im Sonnenschein unterschiedlich schnell erwärmt. Der sehr warme (rosa) teil ist dabei dunkel, so daß er viel wärmer ist. Wichtig sind aber die hellgrün erscheinenden Putzablösungen und der türkisgrüne Saughorizont darüber: Visuell waren nur kleinere Putzschäden sichtbar, aber nicht das ganze Ausmaß.

Wichtig: Solche Analysen mit aktiver Thermografie gehen nicht so ad hoc. Dazu bedarf es schon der Erfahrung eines mit aktiver Thermografie vertrauten Fachmanns. In häufigen Fällen ist auch intensive Nachbearbeitung der Thermogramme im Computer erforderlich, um das gewünschte Bild deutlich sichtbar zu machen.

Wärmedämmungen Sommerlicher Sonnenschein kann auch dazu genutzt werden, eine Wärmedämmung zu überprüfen:


Wärmedämmverbundsysteme werden aus Platten zusammengefügt, die mit Dübeln auf der tragenden Wand befestigt sind. Dabei müssen die Dübel gleichmäßig verteilt sein und einen bestimmten Abstand voneinader haben. Zudem dürfen keine oder nur sehr geringfügige Fugen zwischen den Dämmplatten auftreten. Eine Aufnahme nach einer Besonnung läßt Dübel und etwaige Fugen im Thermogramm hervortreten

Die Dämmwirkung einer in die Jahre gekommenen Dachdämmung läßt sich auch im Sommer gut nachweisen: Überall dort, wo die Dämmung schon löcherig geworden ist, dringt die Hitze der Dachpfannen schnell in den Dachraum ein.

Et voilà, wer sagt eigentlich, Thermografie ginge nur im Winter ?


Anmerkung: Was den Sommer vom Winter unterscheidet, sind nicht nur die allgemein höheren Temperaturen. Zum einen ist die Niederschlagsmenge viel größer als im Winter und zum anderen, fast noch wichtiger, die Temperaturunterschiede sind über die Länge eines Tages gesehen viel extremer. Die Wärmeleitung, die Wärmespeicherung und das Verhalten von Wasserdampf und Wassertransport sind im Sommer stark vom Winter verschieden: Ganz andere Teile der Bauphysik sind gefragt, aber nicht minder wichtige.


 Aktive Thermografie im Bauwesen

Die aktive Thermografie definiert sich dadurch, daß ein Meßobjekt extra für die Aufnahme angeregt wird, was dann verschiedene Temperaturänderungen  bei nachfolgenden Abkühlungs- oder Aufheizprozessen hervorruft.

Die aktive Thermografie ist sehr leistungsfähig, aber muß viel bekannter werden!

Funktionsprinzip Durch die Anregung wird in der Bausubstanz eine Wärmewelle erzeugt. Irgendwelche Strukturen in der Bausubstanz, die man von außen nicht sehen kann, setzen dieser Wärmewelle entweder einen Widerstand entgehen, beschleunigen sie oder die Welle wird sogar reflektiert. Alle diese Vorgänge ändern im Lauf der Zeit die Oberflächentemperatur über der Struktur.

Um diese zeitlichen Veränderungen sichtbar zu machen, gibt es jetzt verschiedene thermografische Verfahren. man kann in einigem zeitlichem Abstand eine Thermogrammaufnahme machen und so einen momentanen Eindruck gewinnen, den man z.B. mit dem Zustand vor der Anregung vergleicht. So geht man beim Blowerdoortest vor, wo strömende kalte bzw. warme Luft zu Veränderungen führt. Eine weitere Methode ist, eine ganze Reihe von Thermogrammaufnahmen zu machen. In dieser Bildreihe wird dann geschaut, wo was zuerst oder zuletzt warm oder kalt wird.

Die Anregungszeit und die die Aufnahmedauer hängt vom Verfahren ab und vor allem von der Tiefe der gesuchten Strukturen, je tiefer desto länger muß angeregt, aber auch aufgenommen werden. Weiter spielt auch die Wärmeleitung eine große Rolle: gut wärmeleitende Bausubstanz wie z.B. ungedämmte Massivände müssen recht lange angeregt werden, dünne leichte nur kurz, wie z.B. Putzschichten auf Dämmung.

Hinweis: aktive Thermografie ist eine hochkomplexe Angelegenheit: Öfters muß eine kleine Berechnung durchgeführt werden, ob die Methode zum gewünschten Ergebnis führt. Außerdem müssen sinnvolle Werte für die Anregungsstärke und -dauer sowie die Aufnahmedauer und -frequenz je nach Typ der Bausubstanz gefunden werden. Schon deshalb ist es hochgradig sinnvoll, ein Seminar zur aktiven Bauthermografie mitzumachen. Aus diesem Grund kann diese Seite keine konkreten Hinweise geben!

Erwärmung Im Bauwesen gibt es gleich mehrere Verfahren, eine Erwärmung vorzunehmen: Eeinmal durch ein Heizgebläse und durch starke Lampen, am besten halogen- oder IR-Strahler. Solche Geräte sind zu Trocknungszwecken im Baubereich ohnehin verbreitet. Sogar die Sonne kann man zur Erwärmung nutzen, indem man sie mit einem Schirm oder schlichtem Warten abschattet oder nicht. Durch die Erddrehung zieht die Sonne ja weiter und alles landet irgendwann mal im Schatten.

Nach dem Abschalten der Erwärmen (oder Abschattung) beginnt die Aufnahmephase, entweder Einzelbilder oder eine Reihe von Thermogrammen. bei einigen Anwendungen reichen schon Einzelbilder klar aus, den Befund sichtbar zu machen, oft ist aber erst die Auswertung der zeitlichen Entwicklung aussagekräftig: Einzelne Strukturen werden nur zeitweise sichtbar und diesen Moment muß man erwischen.

Anfeuchten Mit der Anfeuchtmethode kann auf Rißprüfung gegangen werden: Risse nehmen nämlich mehr Wasser auf als intakte Oberflächen. Entsprechen länger hält dann die Verdunstung an. Eine gesättigt feuchte Pore oder Riß kann je nach Luftfeuchtigkeit bis zu 3 Grad Unterschied erreichen, ist also gut im Thermogramm als Abkühlung sichtbar. Die Aufnahmen werden einige Zeit nach der Befeuchtung gemacht, um dem wasser Zeit zu geben in die Risse und Poren einzudringen. Das geht natürlich nur mit wasserfester Bausubstanz.

Gebläsetür Das Gebläseverfahren ist schon länger als Anregungsmethode in der Thermografie bekannt. bei diesem Verfahren wird in einem Gebäude entweder ein leichter unterdruck erzeugt, so daß Luft von außen eizu allen Undichtigkeiten eingesaugt wird, zum anderen eine Überdruck, wo dann Luft zu Undichtigkeiten nach außen austritt. Wenn die Luft innen und außen verschieden warm ist, kann man diese Ein- und Austrittsstellen mit der Thermokamera aufspüren.

Um Undichtigkeiten sicher erkennen zu können, ist es notwenig, vor dem Betrieb eine Reihe von Thermogrammaufnahmen zu machen, um mögliche Dämmungslücken und Wärmebrücken hinterher von den tatsächlichen Undichtigkeiten zu unterscheiden. Denn nur die Veränderung zwischen den Thermogrammen vor und während dem Unter- bzw. Überdruckbetrieb sind tatsächlich Undichtigkeiten. Damit das wirkt, sollte man die Gebläsetür einige Minuten laufen lassen, bevor mit der zweiten Aufnahmereihe beginnt.

Auswertung Die Auswertung von aktiven Thermografieaufnahmen ist je nach Schwierigkeit, wie eine Struktur sichtbar gemacht werden kann, unterschiedlich aufwendig.

Wenn es sich nur um Rißsuche per Anfeuchten oder die Auswertung von Blowerdooraufnahmen handelt, reicht es schon aus, zwei Thermogramme für trocken und feucht bzw. windstill / Gebläsetürbetrieb gegenüberzustellen.

Bei der Suche von Hohlräumen und Ablösungen z.B. von Fliesen, Riemchen, Putzschichten oder Bitumenbahnen ist eine zeitseqenz erforderlich, die die Rückkehr der reflektierten Wärmewelle zeigt.

Geht es um richtig feine Strukturen, die im Rauschen der IR-Kamera schon unter zu gehen drohen, ist eine Fouriertransformation sehr hilfreich: Das Phasenbild zeigt häufig noch Strukturen, wenn in den unverarbeiteten Thermogrammen wenig bis nichts mehr erkennbar ist.

Sogar die Tiefe einer Struktur kann zumindest grob ermittelt werden. tife Strukturen erscheinen später (also bei tieferen frequenzen) als Oberflächennahe. Für eine Tiefenangabe sind allerdings Berechnungen mit den thermischen Stoffkennwerten notwendig.

Wichtig: Das Ergebnis einer Auswertung aktiver Thermografie ist nur bei Einzelaufnahmen (Blowerdoor, Anfeuchten) noch eine temperaturangabe. Sobald ein eine Aufnahmeserie nach Amplituden und Phasenbild ausgewertet wird, geht es nur noch alleine um die Sichtbarkeit von Strukturen. Das Resultat ist der Nachweis und wenn möglich noch die Vermessung, aber nicht mehr eine Temperaturermittlung.

Hinweis: Um erfolgreich aktive Thermografie betreiben zu können, ist eine entsprechende Software notwendig, die zur Thermokamera passt. Leider hütet jeder Hersteller da sein eigenes Format, so daß man da den Hersteller anfragen muß.



 Thermografie zur U-Wert Bestimmung

Erinnern wir uns, wie ein Thermogramm überhaupt zustande kommt: Die Unterschiede in der Oberflächentemperatur eines Objekts kommen ja dadurch zustande, daß jeder Bildpunkt im Thermogramm einen Wärmewiderstand hinter sich hat, durch den ein Wärmestrom fließt. Aus den gegebenen Temperaturen beiderseit der Objektoberfläche und aus der Oberflächentemperatur selber können wir damit diesen lokalen Wärmestrom berechnen.

Wärmestrom
bestimmen
Das funktioniert so: Wir wissen aus dem Thermogramm den Temperaturunterschied zwischen der Umgebung und der abgebildeten Oberfläche. Der Wärmewiderstand zwischen der Oberfläche und der Umgebung ist nun die unbekannte. Wir  können diesen Widerstand alpha in einer Tabelle in der DIN 4108 nachschlagen. Diese Tabell ist allerdings sehr grob. Für Innenaufnahmen ist das dort aufgelistete Alpha einigermaßen realistisch, während es für Außenansichten nur extrem grob ist und von nachgerechneten Fällen um bis zu 70% abweichen kann. Diese Nachrechnung kann aber auch mit den Formeln für Wärmeübertragung an freistehenden Platten aus dem VDI-Wärmeattlas vorgenommen werden, was dann ganz erheblich realistische Werte ergibt. Wegen der setr starken unkontrollierbaren Umwelteinflüsse bei Außenmessungen sollte aber darauf verzichtet werden, wenn es möglich ist.

Für den Wärmeübergang auf Flächen im ganz umschlossenen Räumen kann amn von einem Alpha von 7,6 W/m²K ausgehen, wobei die DIN 4108 und der VDI-Wärmeatlas recht gut übereinstimmen. Schon aus diesem Grund sollten Wärmestrommessungen nur in Innenräumen stattfinden.

Der spezifische Wärmestrom q ist nun:   q =  Alpha * ( Toberfläche -Tumgebung)

Strömt nun Wärme in das System hinein, also in den Platz, wo die Kamera steht, so ist ein Wärmestrom positiv, strömt Wärme aus einem System ab, so ist der Wärmestrom negativ.

Beispiel: Im besagten Innenraum herrscht ein Strahlungsgleichgewicht, das heißt Tumgebung = Tobjekt. Beides sei 20 °C, weiter ist so eine Innenwand 2 Meter hoch, die untersten und obersten 20 cm fallen wegen der Kantenlage als wirksame Länge weg. Es herrscht zudem keine Zugluft, also Windstille. Der VDI-Wärmeatlas sagt für den rein konvektiven Wärmeübergang 3,6 W/m²K vorraus. Dazu kommt dann noch der Strahlungsaustausch, wobei das Stefan-Boltzmann-Gesetz für 20 °C einen Gradienten von 5,6 W/m²K angibt, zusammen also 9,2 W/m²K, was dem tabellierten Wert aus DIN 4108 von 8 W/m²K schon recht nahe kommt.

Nun sei die Außenwand 1 Grad kühler und eine ausgeprägte Wärmebrücke gleich 2,5 Grad. Damit ergibt sich für den Wärmestrom durch die Außenwand 9,2 W/m²K * (19 - 20K) = -9,2 W/m², für die Wärmebrücke entsprechend 23 W/m²K.

Wichtig: Während sich die Temperaturen recht genau bestimmen lassen, ist der Wärmeübergangskoeffizient Alpha oft nur schwer fassbar. Dabei hängt die Genauigkeit der Wärmestrombestimmung aber direkt von der Genauigkeit des Alphas ab. Diese Methode ist also immer mit einer systematischen Unsicherheit behaftet. Bitte daher immer die Toleranzgrenzen angeben, die laut VDI-Wärmeatlas so um die +/- 15 % liegen. Das ist aber für viele Zwecke ausreichend, weil man sieht, woran man überhaupt ist.

U-Wert Nun ist der U-Wert folgendermaßen definiert: U =  1 / ( 1/Alphainnen + d/lamda + 1/Alphaaußen). Weiter ist wichtig, daß ein Wärmestrom durch eine Wand im sationären Fall konstant ist, das ergibt sich aus der Energieerhaltung:

q = U * (T
außen - Tinnen) =  Alphainnen * (Tinnen - Tinnenwand) =  Alphaaußen * (Taußen - Taußenwand) = const

Wir wissen aus der Thermografie z.B. Tinnen,  Tinnenwand und messen mit der Thermokamera noch schnell Taußen dazu, was dann den systematischen Offsetfehler der IR-Kamera eliminiert. Das Alphainnen berechnen wir entweder mit den Wärmeübertragungsformeln aus dem VDI-Wärmeatlas oder schauen in die Tabelle aus DIN 4108 für den Fall "Außenwand von innen" und bestimmen so den lokalen Wärmestrom q. Damit bleibt nur noch eine Unbekannte, nämlich unser gewünschter U-Wert. Ready.

Mit dem lokalen U-Wert kann man noch eine Menge netter Nebenberechnungen ableiten:

Den spezifischen Jahresenergiebedarf, indem man mit Gradtagzahl für einen Ort und dem U-Wert den Bedarf berechnet.
Die spezifischen Energiekosten, ermittelt aus dem Energiepreis und dem Heizanlagenwirkungsgrad.
Die spezifische CO2-Produktion, die pro Energieeinheit so anfällt, bei Strom ist das zur Zeit 2,65 kg / kWh.

Berechnet man diese spezifischen Werte in kWh/m²a, €/m²a und kg/m²a für jede Art von Fläche an einem Gebäude und multipliziert diese Werte mit den jeweiligen Flächen, addiert das ganze auf, so bekommt man zum Schluß einen Überblick, was ein Gebäude so für einen Heizenergiebedarf hat, was das kostet und wieviel CO2 man in die Luft bläst. Wie gesagt, innerhalb der Meßunsicherheit von schätzungsweise +/- 15 %. Und nur dann, wenn die Umgebungsbedingungen hinreichend stationär sind.


 Thermografie zum Messen von Feuchtigkeit und Verdunstung

Wenn etwas naß wird und anschließend wieder abtrocknet, wird die Oberfläche mehr oder minder deutlich abgekühlt. das kommt daher, daß das Wasser beim Abtrocknen verdampft. Wasser hat mit 2500 kJ/kg eine sehr hohe Verdampfungswärme, die aus der Umwelt entnommen wird. Dabei ist die Energiezufuhr aus der Luft recht mager, so daß der Großteil aus der feuchten Oberfläche entzogen wird, die dadurch abkühlt.

Das hängt zum einen von der Luftfeuchte der Luft ab, die das Wasser als Dampf ja aufnehmen soll: ist die selber gesättigt (Regen), dann verdunstet nichts und es kühlt auch nichts ab, ist die Luft aber trocken, so kann die Abkühlung sogar sehr stark sein. Ein eigener Versuch ergab bis zu 5 K Abkühlung bei einem porösen nassen Bimsbetonstein bei 22 °C und 35% trockener Luft. In der Regel ist die Verdunstungsabkühlung irgendwo dazwischen, aber für eine moderne IR-Kamera weit oberhalb der Meßgrenze.

Während des Abtrocknungsprozesses wird das in den Poren der Bausubstanz gespeicherte Wasser durch die Kapillarwirkung wieder an die Oberfläche befördert. Das bremst den Wasserstrom und läßt die Verdunstung im Laufe der Abtrocknung immer weniger werden. Dadurch nimmt auch die Verdunstungsabkühlung ab.

Hinweis:Es ist zuerst mal notwendig, zu unterscheiden, ob ein Schaden mit Wassereinfluß nun durch ein Eindringen von Wasser in das Volumen der Bausubstanz entstanden ist, ober ob es sich um Kondensatbildung alleine auf der Oberfläche handelt. Das kann man an den Formen und der Temperaturverteilung der geschädigten Stellen und an dem Ergebnis begleitender Feuchtemessungen sehen (Mikrowelle, Radar, Widerstandsmessung etc);

Verdunstungskühle Bei der Beurteilung von Verdunstungszonen ist es wichtig, die Einflüsse der Bausubstanz und der Baukonstruktion zu kennen. Wasser, das sich in den Kapillaren des Baustoffs ausbreitet, steht im dynamischen Gleichgewicht mit der Verdunstung an der Oberfläche zur Luft. Dieses Gleichgewicht ist außerordentlich störempfindlich, schon kleinere Variationen in der Porengrößße oder ein Hindernis wie eine Fuge können

Die aktuell mit Wasser versorgte, frische Verdunstungszone in einem homogen erscheinenden Baustoff hat einen ziemlich scharfen und unregelmäßigen Rand, der alleine durch winzige Störungen des Gleichgewichts zwischen Kapillarwirkung in unterschiedlich feinen Poren und der Verdunstung zustande kommt.
Eine Verdunstungszone reagiert entsprechend schnell auf Störungen wie z.B. eine Fuge. Diese Durchfeuchtung ist frisch und wird noch mit Wasser von unten her beschickt, bis das aufsteigende Wasser an einer Trennfuge der Gipsdielenwand abrupt zum Stehen kommt.
Auch Diffusionsprozesse und ganz geringfügiger Kapillartransport sind möglich, ohne die Bausubstanz bis zur Sättigung zu durchfeuchten. Ganz langfristiger Wassertransport fällt durch seine extrem geringe oder sogar gar nicht vorhandene Verdunstungsabkühlung auf, wobei aber elektronisch ein erhöhter Feuchte- oder sogar Salzgehalt gemessen werden kann.
Achtung ! Das hier ist keine Durchfeuchtung im Volumen des Bauwerks. Hier liegt eine völlig trockene Wärmebrücke nach unten in einen Unterzug der Tiefgarage vor. Man sieht das an den wesentliche weicheren Formen mit eindeutigem Temperaturtrend, in diesem fall nach unten. Man sollte hier im Zweifel noch elektronisch die Bauteilfeuchte nachmessen.

Abtrocknung Wenn eine feuchte Oberfläche von der Wasserzufuhr abgeschnitten wird, so setzt ein Abtrocknungsprozeß ein. Zuerst verdunstet noch viel Wasser an der Oberfläche, die entsprechend kühl aussieht, dann nimmt die Verdunstung mit zunehmender Abtrocknung ab. Zum Schluß ist die Verdunstungsabkühlung so gering, daß sie in anderern Effekten, z.B. Wärmebrücken untergeht.  

Aus Intensität der Verdunstungsabkühlung und der Randform der Verdunstungszone läßt sich zumindest klassifizierend auf den Abtrocknungsgrad schließen:

Die Verdunstungszone, die zum Aufnahmezeitpunkt mit weiterem Wasser beschickt wird, hat einen ziemlich scharfen und unregelmäßigen Rand. Die Temperaturdifferenz zur trockenen Umgebung beträgt bis zu mehreren Grad je nach allgemeiner Luftfeuchte.
Eine Verdunstungszone, die ein bis zwei Wochen von der Wasserzufuhr abgesperrt ist und demzufolge schon seit dem trocknet, erscheint schon gleichmäßiger und mit unschärferem Rand, wobei auch die Temperaturdifferenz nur noch ein Grad und weniger beträgt.
Eine praktisch abgetrocknete Durchfeuchtung stellt sich nach ca. 4 bis 6 Woche ein, wenn nicht nachgeholfen wird: dann ist die Abkühlung durch Verdunstung praktisch nicht mehr von einer Wärmebrücke zu unterscheiden. Hier muß elektronisch nachgemessen werden, ob noch ein erhöhter Feuchtegehalt vorliegt.

Wichtig: Um aus dem Erscheinungsbild von Verdunstungszonen auf Art, Tempo und Intensität einer Durchfeuchtung zu schließen, setzt erhebliches Training voraus und ist keineswegs selbsterklärend. Hier empfehle ich entsprechende Schulungen und die Literatur ("Bauphysik, Bau & Energie" von Christoph Zürcher / Thomas Frank, Kapitel 3, 3. Auflage im VDF-Hochschulverlag der ETH Zürich, 2010 und "Grundlagen der Grenzschichtmeteorologie" von Helmut Kraus, Springer-Verlag 2008), wenn man selber als Thermografieexperte unterwegs ist. Für alle anderen: Das gehört zu einer soliden Thermografenausbildung.

Hinweis: Die Untersuchung von Durchfeuchtungen geht gerade im Sommer besonders gut: durch die höheren Temperaturen und die intensiveren Niederschläge ist dann die Verdiunstung intensiver als im Winter.


 Thermografie und Simulationsrechnung

Thermogramme sind erstmal tolle, plakativ wirkende Bilder. Aber nur auf den ersten Blick: Denn ein Thermogramm ist auch immer ein Temperaturmeßwert, ja eigentlich sogar eine ganze Matrix aus Temperaturen. Damit kann man doch auch rechnen !
Vorausgesetzt, man hat vorher gsorgfältig genug gearbeitet und man kann sich deshalb auf die gewonnenen Meßwerte verlassen. Denn damit rechnen ist noch etwas anspruchsvoller, als einfach nur hinschauen und vergleichen.

Schimmelbildung Die Standardfrage im Bauwesen ist bei Schimmelbefall:
  1. Hat der Bewohner nicht richtig gelüftet und geheizt ?
  2. Ist es doch das Bauwerk schuld ?
  3. Wird der Schimmel etwa nicht durch Kondensat, sondern durch Feuchte von außen verursacht ?
Überflüssigerweise wird bei diesen Fragen eine Antwort "entweder - oder" vorausgesetzt. Das ist schade und oft auch ein wenig ärgerlich, denn in den allermeisten Fällen sind alle drei Ursachen an der Schimmelbildung beteiligt.

Hier kann die Thermografie mit anschließender Kilimasimulation erheblich dazu beitragen, den Fall zumindest technisch zu klären. Dazu wird unter Einhaltung hinreichend stationärer Umweltbedigungen eine Thermogrammaufnahme der Schadensstelle gemacht und die zue Aufnahmezeit vorherrschenden Temperaturen aufgezeichnet, die sicher in den seltensten Fällen den vorgeschriebenen Grenzwerten aus der DIN 4108 entsprechen. Deshalb wird das reale Thermogramm so in eines umgerechnet, wie es unter den gewünschten Standardbedingungen entstehen würde, also in der Regel -5°C außen und +20°C innen. In diesem normierten Thermogramm wird dann für einen gegebenen Wasserdampfgehalt in der Luft geschaut, ob auf der Oberfläche der Taupunkt unterschritten wird und somit Tauwasser ausfällt oder wenigstens die relative Feuchte so hoch ist, daß Schimmelwachstum eintreten kann. Auch dafür hält die DIN 4108 Schwellwerte bereit: Am kältesten Punkt darf nicht mehr als 80% relative Luftfeuchte oder bei Standardtemperaturen 12,6 °C vorliegen.

Die Umrechnung eines realen Thermogramms in ein normiertes ist deshalb so einfach möglich, weil das Abbild des Objekts nur von der Form und dem Material des Objekts abhängt, aber nicht von der Temperaturdifferenz zwischen innen und außen. Dafür hängt der Kontrast faktisch nur von dieser Temperaturdifferenz ab, aber nicht von Form und Material des Objekts. Deshalb brauchen wir nur den Kontrast neu einzustellen und das Temperaturniveau neu zu justieren, um ein Thermogramm so umzurechnen, wie es dann mit Wunschtemperaturen innen und außen erscheinen würde.

Diese Simulation normiert das reale Thermogramm auf -5°C außen und +20°C innen und variiert die relative Luftfeuchte von 50% bis 65%. Schon ab 55 % setzt Schimmelbildung ein, obwohl 55% nach DIN 1946 oder ISO 7730 noch absolut als "normal"  gelten kann. Diese Simulation normiert wiederum das Thermogramm auf die Standardwerte aus DIN 4108, hält aber den Wasserdampfgehalt der Innenluft konstant und rechnet für 18, 20, 22 und 24 °C innen. Man müßte also gut heizen, um Schimmelbildung zu vermeiden, für Schlafzimmer unrealistisch viel.
Isoplethenverfahren Schimmel ist ein Pilz, der sich nicht so einfach an stramme flache Grenzwerte wie in der Norm 4108 hält, sondern sehr temperaturempfindlich ist. Aus diesem Grund hat Prof. Klaus Sedlbauer, jetzt Universität Stuttgart, das Wachstum von Schimmel genauer untersucht und die Resultate in Diagrammen veröffentlicht. In diesen Diagrammen sind Linien gleicher Aussporzeit und gleichern Wachstums in Abhängigkeit von Temperatur, Oberflächenfeuchtigkeit und dem Substrat in sogenannten Isoplethen aufgetragen. Es fällt sofort auf, das Schimmel auf Lebensmitteln und Naturstoffen wie Leder und Textilien (Gruppe 0) am besten gedeiht, auf porösen Oberflächen wie Baustoffen Holz und auch Schmutz (Gruppe I) mittelprächtig und auf sehr glatten Oberflächen wie Metall, Kunststoffen und Glas (Gruppe II) nur sehr schlecht.


Die sechs Isoplethendiagramme für jeweils drei Substratklassen und für Ausporungszeit sowie Wachstumsrate. Die Diagramme entstammen mit freundlicher Genehmigung aus der Publikation von Klaus Sedlbauer und  Kurt Kießl "Neue Erkenntnisse zur Beurteilung von Schimmelpilzen und Stand der Normenbearbeitung", erschienen beim Fraunhofer Institut für Bauphysik 2002.

Hinweis: Wände haben so etwas wie eine thermische Trägheit. Je nach Bauweise und Masse der Bausubstanz kommen vom Tagestemperaturgang draußen noch 0,2 - 3 % innen an, das mit einer Zeitverzögerung von 11 - 15 Stunden. Sowas muß natürlich berücksichtig werden, zumindest das Tagesmittel und keineswegs die momentane Außentemperatur. Also ist die Uhrzeit der Aufnahme und die Minimal- und Maximalwerte vom Wetterdienst für die Auswertung wichtig. Einfach draußen messen, geht nur bei sehr stabilen Wetterlagen und die sind eher selten. 

Schlußfolgerung Wenn die Auswertung von Thermogrammen mit den bekannten Regeln und Werkzeugen der Bauphysik durchgeführt wird, kann man so einiges überraschend verläßlich herausfinden:

Setzt in der Simulation schon bei als normal anzusehenden Werten für Innentemperatur und Feuchte Schimmelbildung ein, so ist zumindest von einer teilweisen Beteiligung des Bauwerks auszugehen. Liegt die kritische Grenze schon weit im eher trockenen Bereich, so kann hier schon von einem defekten Bauwerk ausgegangen werden.

Setzt die Schimmelbildung in der Klimasimulation mitten im erlaubten "Behaglichkeitsbereich" ein, so kann von einem Mix der Ursachen ausgegangen werden, das sit sogar der Standardfall.

Schon kleine Änderungen der Parameter entscheiden darüber, ob Schimmelbildung einsetzt, wenn die kritische Grenze innerhalb des Behaglichkeitbereichs verläuft.  Diese starke nichtlineare Reaktion wirkt auf viele sehr verwirrend, daher immer wieder das überflüssige Gezänk "Früher oder bei den anderen war das nie so ". Dabei reicht es nur aus, das plötzlich zwei Personen die Wohnug bewohnen statt der Single vorher usw.

Erst wenn die Schimmelbildung laut Simulation an der Obergrenze und darüber hinaus einsetzt, ist definitiv von fehlerhaftem Nutzerverhalten auszugehen. Natürlich, wenn es das Lüftungskonzept der untersuchten Wohnung überhaupt zuläßt, die Luft im inneren hinreichend trocken zu halten (zu dichtes Bauen ... seufz ...)

Hinweis: Die Meßlatte, was denn so als normal anzusehen sei, legen die Lüftungsnorm 1946 und die Behaglichkeitsnorm
ISO 7730 fest. Für die Frostsicherheit eines Bauwerks gilt die DIN 4108, die einen Dauerfrost von -5°C vorgibt.

Ausnahme 1: In manchen Fällen erweist sich ein Schimmelschaden nicht als Folge von Kondensatbildung, sondern es dringt schlichtweg wasser in die Bausubstanz ein. Solche Schäden verraten sich dadurch, daß die Form der verschimmelten Zone so gar icht mit der einer trockenen Wärmebrücke im Thermogramm übereinstimmt.

Ausnahme 2: In weiteren Fällen ist das thermografierte Bauwerk auch bei simuliert strengem Frost und eher schwülwarmer Innenathmosphäre tauwasser- und schimmelsicher - die Simulation zeigt nichts, obwohl sich die Mörtelfugen, Ringanker und Stürze so richtig deutlich Abzeichnen. Die Bewohner zeigen auch kein extremes fehlverhalten - Hier liegt Fogging vor! Das ist eine vermehrte Ablagerung von Feinstaub (oftmals Diesel-, Ofen- oder Kerzenruß) auf im Mittel kühleren Stellen an der Wand. Das tritt insbesondere auf stark kunststoffhaltigen Oberflächen auf. In diesem Fall haben wir gar keinen Schimmel, sondern Feinstaubablagerungen.

Thermografie und Simulationsrechnung: Das ist Bauphysik live !


 Die Rolle des Emissionskoeffizienten e in der Bauthermografie

Was wird da für ein Hype um den Emissionskoeffizienten Epsilon gemacht ! In den Schulungen der Hersteller zu ihren Kameras und auch in den Zertifizierungsschulungen wird dem Thema sehr viel Raum eingeräumt  - wozu ?

Auf Metallen kann man garnicht thermografieren, weil die Reflektion die Eigenemission um Größenordnungen übersteigt und dazu der Refelktionsgrad auch noch von Korrosion, Verschmutzung und Oberflächenrauhigkeit abhängt. Hier kommen wir in der Bauthermografie ohnehin nur durch Präparieren und abkleben weiter.

Auf Glas wird die Situation schon etwas besser: Glas müßte als mineralischer Nichtleiter eine sehr gute, fast schwarzkörperähnliche Emission haben, ist aber extrem glatt und reflektiert deshalb ca 35 % der IR-Strahlung aus der Umgebung. Wenigstens sind die Eigenschaften von einigermaßen sauberem Glas in etwa konstant, so daß sich hier eine Epsilon-Korrektur lohnen würde. Wobei man diese 35% allerdings selber noch mal nachmessen sollte !

Nur das lohnt nicht. Dazu muß man sich die Stefan-Boltzmann-Gleichung anschauen:

I = Ireflektion + Ieigenstrahlung = ( 1-e ) * s * ( Tumgebung^4 ) +  e * s * ( Tobjekt^4 )

Ist die Umgebungtemperatur (absolute Temperatur in K) in etwa gleich wie die zu erwartende Glastemperatur, so wird sich der Unterschied zwischen den beiden Temperaturen nicht mehr auswirken. Das ist natürlich etwas grob, aber für eine Orientierung über das Verhalten von Glas reicht es aus. Was nicht geht, ist so zu messen, wenn sich wesentlich kältere (oder wärmere) Dinge im Glas spiegeln.

Kommen wir zu den im Bauwesen allgemein üblichen Baustoffen. Die sind allesamt mineralisch oder organisch, leiten sehr schlecht elektrischen Strom und sind deshalb sehr gute IR-Strahler, die dem idealen schwarzen Strahler (e=1) sehr nahe kommen. Zudem sind die meisten Baustoffe auch noch mehr oder minder rauh, so daß die Oberflächentextur mit allen Poren auch noch für eine weitere Annäherung an den Idealfall bringt.

Beispiel: Ein Baukörper habe +8 °C bei +5 °C Umgebungstemperatur  und ein
e von 0.92. Um wieviel wärmer müßte dieses reale Bauteil sein, um dieselbe IR-Strahlung zu produzieren wie ein idealer Strahler ? Dazu setzen wir einfach für beide Fälle die Stefan-Boltzmann-Gleichung an und setzen sie gleich:

Ischwarzkörper = Ireal = s * ( Tschwarzkörper^4 ) = ( 1-e ) * s * ( Tumgebung^4 ) +  e * s * ( Tobjekt^4 )

Setzen wir die Zahlenwerte ein und kürzen die Stefan-Boltzmann-Konstante raus, ergibt sich für Tschwarzkörper 7,76 °C
Damit wird der Fehler mit 0,24 K kleiner, als es die übliche Kalibrierung selbst einer HighEnd-Kamera wie meiner zuläßt. Warum also der Aufwand ? Dabei sind die 3 K Temperaturerhöhung im Thermogramm schon saftig, immerhin 30% des Vollausschlags bei einer üblichen 10-Grad-Skalierung. Und die meisten Baustoffe haben Oberflächenrauhigkeiten, die den Emissionskoeffizienten noch weiter auf 1 treiben.

Wollten wir das
e berücksichtigen, handeln wir uns eine ganz häßliche Schwierigkeit ein: Denn dann müssen wir Tumgebung messen. Das ist die Strahlungstemperatur, die aus dem Halbraum um jedes Oberflächenelement von außen einwirkt. Haben wir ein Bauwerk mit Winkeln, Nischen und Überständen, müssen wir diese Halbraumtemperatur ziemlich häufig vom Objekt aus messen. Viel Vergnügen dabei. Vor allem für einen Fehler, der in der eh vorhandenen Kalibrierungenauigkeit untergeht.

Im Bauwesen darf das e mit vernachlässigbarem Fehler auf 1 gesetzt werden.


Warnung: Etliche Thermokameras haben als Voreinstellung für e den Wert 0,95 eingestellt - sowas wird ja auch noch empfohlen - nur denkt kaum jemand daran, daß dann auch noch Tumgebung im Halbraum vor dem Objekt gemessen werden muß. Zu häufig wird dieser schwer zu bestimmende Wert einfach auf der Fabrikeinstellung von z.B. 20 °C belassen. Echt super: Denn damit ist die ganze Emissionskorrektur noch falscher als der kleine Fehler, wenn man von einem Schwarzkörper ausgeht. Hat man jetzt auch noch kein radiometrisches Format, sondern nur ein verbogenes Jpeg, dann kann man solche Thermogramme wegschmeißen und gleich nochmal machen.


 Qualität und Dokumentation der Thermografie

Die Sicherung der Qualität bei der Thermografie im Bauwesen ist deshalb so bedeutend, weil Thermogramme nun zuerst einmal sehr bunt und damit eindrucksvoll sind. Damit kann aber schon bei leicht falsch gegesetzten Parametern die ausgegeben Farben derart manipuliert werden, daß schnell eine Fehlinterpretation erfolgt, wenn man alleine nur auf die Farben schaut.

Gerade in letzter Zeit ist die Qualität der bauthermografie etwas in Verruf geraten, weil aufgrund der in den Markt drängenden preiswerten (weil stark abgespeckten) Kameras wohl die Meinung vorherrscht, man müsse auch nicht mehr so viel in Schulung und Training investieren. Wer besucht schon Zertifizierungskurse, die mehr kosten als die Kamera ?

Um die Aussage einer Thermografie im Bauwesen so aussagekräftig zu halten, wie sie prinzipbedingt sein kann, ist einiges zu beachten:

Erfassung der
Umweltbedingungen
In der Regel entsteht ein Thermogramm eines Bauwerks unter Umweltbedingungen, die bei der Aufnahme so gegeben vorfinden. Wir haben darauf nur durch die Terminwahl je  nach Wettervorhersage begrenzten Einfluß. Um zu gewährleisten, daß ein Thermogramm so wie es ist wiederholt, also nachvollzogen werden kann, müssen die vorherrschenden Umweltbedingungen erfaßt und dokumentiert werden. Selbst in der aktiven Thermografie, wo eine thermische Anregung das Thermogramm erzeugt, ist das notwendig, um etwaige Störeinflüsse festhalten zu können.

Ort, Zeit und Datum:

Jedes Thermogramm kann nur dann vollständig beschrieben werden, wenn Ort, Zeit und Datum der Thermogrammaufnahme genau dokumentiert werden.

Aus der Zeit ergibt sich, ob zum Aufnahmezeitpunkt Nacht ist und somit keine Einstrahlung vorliegen kann.

Aus der Ortsangabe ergibt sich, daß der Aufnahmeort wieder aufgesucht werden kann.

Hinweis: Dazu ist es sehr oft sinnvoll, ein zusätzliches Begleitfoto anzufertigen, aus dem sich der Aufnahmeort neben der Ortsangabe ergibt. Da die genaue Interptretation eines Gebäudethermogramms ohne Begleitfoto oftmals schwierig bis unmöglich ist, ist das Begleitfoto ohnehin Pflicht.

Temperaturen:

Zuerst ist die momentane Umgebungstemperatur wichtig, das heißt, die Lufttemperatur der Umgebung.

Zur Erfassung von Strahlungsungleichgewichten und zur Verwendung des Emissionskoeffizienten muß die Strahlungstemperatur des Halbraums ermittelt werden, die im Halbraum um das abgebildete Objekt vorherrscht. Wenn ein Objekt großer ist, z.B. ein ganzer Gebäudeabschnitt, so müsste das für jede einzelne Oberflächenzone extra erfolgen.

Bedingt durch die Masseträgheit der Bausubstanz ist es oftmals notwendig, auch Tagesminimum und Tagesmaximum der Umgebungstemperatur zu ermitteln. dazu ist es nützlich, Angaben des örtlichen Wetterdienstes in Anspruch zu nehmen, wenn man keinen datenlogger aufgestellt hat.

Bei der passiven Thermografie, also in der überwiegenden Anzahl der Fälle muß die Temperatur auf der anderen Seite der Wand, also die Innentemperatur erfasst werden. Die ist wenigstens hinreichend konstant.

Wichtig: Ohne die Minimalangaben Innen- und Außentemperatur ist ein normales Gebäudethermogramm wertlos. Insbesondere die Billig-Thermografen, die nur schnell mal von außen knipsen, ignorieren das.

Umweltbedingungen:

Bei Außenaufnahmen ist die wichtigste Angabe, welche Bewölkung zum Aufnahmezeitpunkt geherrscht hat, weil das darüber entscheidet, welche Ein- und Abstrahlung vorliegt und ob ein Ungleichgewicht in der Strahlungsbilanz stört. Nachts ist die Einstrahlung logischerweise Null. Der Mond zählt nicht.

Wenn es regnet, ist die Angabe der Stärke und Art des Niederschlags sehr wichtig. Ebenso wichtig ist es zu dokumentieren, wenn es vor der Aufnahme geregnet hat und Abtrocknung durch Verdunstung einsetzt.

Windeinflüsse müssen ebenfalls dokumentiert werden, wenn sie einen Schwellwert von 2 bft im Mittel überschreiten. Dann ist auch bei Außenaufnahmen die Windstärke, Windrichtung und die Orientierung der Thermogrammaufnahme bedeutend.

Unterhalb von 2 bft reicht die Angabe schwachwindig oder windstill aus, da es keinen nennenswerten Einfluß auf das Thermogramm gibt..

Hinweis: Um die momentanen Umwelttemperaturen, Ein- und Abstrahlung schnell zu erfassen, ist es empfehlenswert, einfach ein Foto und ein Thermogramm der Umgebung um das Bauwerk herum zu machen. Dadurch wird auch ein eventueller Meßoffset der Thermokamera kompensiert.

Aktive Thermografie:

In der aktiven Thermografie überlassen wir die Erzeugung eines Thermogramms nicht momentan vorgefundenen Temperaturunterschieden, sondern regen das Meßobjekt durch erwärmen/abkühlen, befeuchten/verdunsten oder durch schaffen eines Druckunterschiedes an, selber Temperaturdifferenzen zu entwickeln. Daher müssen zusätzlich zu den notwendigen Umgebungsbedingungen zusätzliche Informationen aufgezeichnet werden:

Die Anregungsmethode, also die Benutzung von Heizgebläsen, IR-Strahlung, Induktion und Mikrowelle, Befeuchtung, Blowerdoor (Unter- bzw. Überdruckbetrieb), Kühlung.

Dauer der Anregung.

Startzeitpunkt der Aufnahme nach der Anregung.

Dauer der Aufnahme, Anzahl der Aufnahmen, Aufnahmefrequenz.

Die Regeln der Darstellungsneutralität Insbesondere bei der Thermografie zur Energieberatung sind immer die Regeln der Darstellungneutralität zu beachten, aber nicht nur da! Diese Regeln sorgen nämlich dafür, daß keine Fehlschlüssse alleine aus einer unpassenden Einfärbung und Kontrastrierung gezogen werden:

Regeln der Darstellungeneutralität für die passive Bauthermografie


Alle Thermogramme sollten grundsätzlich die selbe Farbpalette nutzen.
Die Skalierung sollte immer um 0,7 mal der Temperaturdifferenz zwischen innen und außen liegen.
Bei Außenaufnahmen sollte die Umgebung bei etwa 20 % der Skala liegen.
Bei Innenaufnahmen sollte die Innenraumtemperatur bei 70 % liegen.
Wenn von diesen Regeln abgewichen wird, ist gesondert darauf hinzuweisen!

Dieses dünnwandige Haus aus den 50ern ist in der Tat eine "Energieschleuder", deshalb wirkt es im Thermogramm sehr bunt und kontrastreich, wenn das Thermogramm nach den Regeln der Darstellungsneutralität eingefärbt ist.
Dasselbe Haus wird im Thermogramm "virtuell saniert", wählt man den Kontrast nur hinreichend weit. Damit ist die eigentliche Aussage des Thermogramm vernichtet, obwohl die Temperaturen exakt dieselben wie im linken Bild sind.
Die beiden Häuser im Thermogramm sind anhand des dokumentierten Energiebedarfs nachweisbar moderne Energiesparhäuser und erscheinen deshalb im korrekt skalierten Thermogramm kühl und kontrastarm. Holladrioooh, Kontrast bis zum Anschlag, Hauptsache das Thermogramm schreit vor Farbe! Aber wer hat was davon: Diese Häuser verbrauchen laut Abrechnung nun mal wenig Energie. Das kann man auch "marketingbezogene Skalierung" nennen.

Der Mensch ist nun mal ein Augentier und achtet zuerst mal auf die Farben: Rot wird mit rot, grün mit grün, blau mit blau verglichen. Deshalb stellen diese Neutralitätsregeln sicher, daß  die Vergleichbarkeit der Farben immer gewährleistet ist.

Beispiel: Ein Haus wird bei mildem Wetter von + 8°C außen aufgenommen, im Inneren herrschen +22 °C vor. Die Differenz  liegt also bei 14 K. Wir stellen den Kontrast (Span), also die Differenz zwischen oberer und unterer Grenztemperatur auf 0,7 * 14 = 10 K ein. Damit das Motiv im thermogramm sofort klar erkennbar ist, wird für die Umgebungstemperatur nicht die untere Grenztemperatur genommen, sondern dazu 20% des Kontrastbereichs hinzuaddiert, hier also 2 K. damit wird bei einer Außentemperatur von 8 °C die untere Grenztemperatur auf +6°C und die obere auf +16 °C gelegt.

Ein zweites Haus soll nun bei Frostwetter von -3 Grad thermografiert werden. Im Inneren des Hauses herrschen eher kühle +18 °C vor. Die Differenz ist also 21 K, davon 0,7 mal ist 14 K für den Temperaturbereich. Die untere Grenztemperatur sollte also 0,2 mal der Spanne = 2,8 K unter der Umgebungstemperatur von -3 °C liegen, also gerundet bei -6 °C. Damit wird die obere Temperatur zu +8 °C.

Ein drittes Haus wird wiederum bei -3 Grad außen thermografiert, ist aber mit +25 °C eher üppig beheizt! Jetzt beträgt die Temperaturdifferenz gute 28 K, davon sind 0,7 mal als Temperaturbereich zu nehmen, also 20 K. Die untere Temperatur wird nun 0,2 mal 20 K = 4 K unter die Umgebungstemperatur gelegt und somit ab -7 °C dargestellt. Damit wird die obere Temperatur im Thermogramm zu +13 °C.

Legt man nun die Thermogramme der drei Häuser nebeneinander, so lassen sie sich sofort anhand der zugeordneten Farben vergleichen, die Relationen der farbcodierten Temperaturen sind nämlich durch diese Normierung bei allen Aufnahmen gleich.

Das Motiv ist bei Außenthermogrammen dann am besten erkennbar, wenn die Umwelttemperatur (hier -1.5 °C) bei etwa 20% der Skala liegt. Für Innenaufnahmen ist es bei der psychologischen Farbskala am besten, die Innentemperatur (hier um die +20 °C) bei etwa 70% der Skala anzuordnen.

Selbstverständlich gelten die Regeln der Darstellungsneutralität auch für Innenaufnahmen. Dann ist eben darauf zu avchten, daß die allgemeine Innentemperatur bei etwa 70% des Vollausschlags liegt. Das sorgt für eine sehr klare Erkennbarkeit des Motivs bei gleichzeitiger Normierung trotz sehr unterschiedlicher Umgebungstemperaturen.


Dokumentation,
Archivierung,
Zusammenfassung
Da war doch noch was - ach ja, die Büroarbeit! Ein Thermogramm sollte so gut dokumentiert sein, daß alle notwendigen Daten beisammen bleiben und jederzeit wieder nachvollzogen werden können, damit eine Interpretation des Thermogramms jederzeit zum indentischen Ergebnis kommt zuzulassen.

Um das zu gewährleisten, gibt es neben den der Bauthermografierichtlinien des VATh noch zwei weitgehend deckungsgleiche Normen, die DIN 54190 und die EN 13187.

Ich selber verwende zur Dokumentation von Thermogrammen das (von mir selber entwickelte) Thermografieprogramm Fornax, aber die meisten Anbieter von Thermografiekameras, die sich zur Gebäudethermografie eignen, bieten für diesen zweck Protokollprogramme an, die zumindest eine größere Teilmenge der erforderlichen angaben verwalten. Wenn man sowas benutzt, müssen die noch fehlenden restlichen Angaben im Kommentar schriftlich erfasst werden.

Was mich richtig verärgert, sind Programme, die ein fettes Firmenlogo in die Thermogramme einstempeln. Logos dürfen auf der Kamera stehen, haben aber im fertig skalierten und dokumentierten Thermogramm nichts zu suchen.

Nach der Dokumentation und Auswertung einer Thermogrammaufnahme kommt die Archivierung. die dient dazu, daß diese Thermogramm immer eindeutig einer Meßaufgabe bzw. einem Projekt zugeordnet und jederzeit wieder aufgerufen werden kann, auch wenn es Jahre später ist.

Weiterhin muß die Archivierung so erfolgen, daß auch jederzeit eine Nachbearbeitung desr Dokumentation und Auswertung möglich ist. Das Thermogramm als solches ist aber ein Dokument und darf nicht mehr im Nachhinein verändert werden. Die ausnahme ist dabei die Elimination von Störeinflüssen durch verbesserte Verfahren. Schon alleine deshalb sind alleine echte radiometrische Aufnahmeformate für die Thermografie praxistauglich.

Eine fertige thermografische Untersuchung besteht aus mehreren Teilen:

Aus allen dokumentierten und ausgewerteten Thermogrammen mit allen erforderlichen Angaben dazu.
Einem oder mehreren beiheftern, die nähere Erklärungen zur Methode enthalten (optional)
Einer schriftlichen Zusammenfassung der Aussagen aus den einzelnen Thermogrammen mit einer Schlußfolfgerung.

Wichtig: Zusammenfassung und Schlußfolgerung haben sich individuell mit dem untersuchten Objekt zu beschäftigen. Allgemeine Aussagen, die unausgesprochen verlangen, daß der Endabnehmer einer thermografischen Untersuchung sich selber was dazu denkt, sind absolut unzulässig und ein sicheres Merkmal für mangelhafte Qualität.

Hinweis: Diese Aussagen gelt natürlich für ein Thermografieprojekt. Aufnahme, Erfassung der Randbedingungen, Dokumentation, Auswertung und das Gutachten können natürlich von einer oder mehreren Personen ausgeführt werden. Dabei sollte der Meßtechniker nach EN 473  (ISO 9712) Stufe 1 zertifiziert sein, der Auswerter nach Stufe 2 (die die Stufe 1 enthält). Gibt es dazu eine Prüfanweisung, so sollte die ebenfalls dokumentiert werden.

So nicht ! Leider gibt es in der Branche etliche, die meinen, so eine Thermografie sei selbsterklärend und man könne zumindest Energieberatung hopplahopp erledigen ... Was dabei dann rauskommt, kann hier detailliert nachgelesen werden.
 

Was Bauthermografie nicht kann

Kurz und knapp: Thermografie kann nicht durch Luftschichten schauen. Metalle gehen auch nicht.


Thermografiekameras sind keine Röntgengeräte, sondern leben davon, was auf einer sichtbaren Oberfläche thermischem IR abgestrahlt wird.  Das Bild entsteht durch Temperaturunterschiede von Pixel zu Pixel. Diese Temperaturunterschiede kommen durch die Wirkung verschiedener örtlicher Wärmewiderstände zustande, die den Wärmestrom durch den Pixel beeinfliussen. deshalb können wir ja auch Aussagen machen, was unter der thermografierten Oberfläche passiert, weil wir den Wärmestrompfad etwas in die Tiefe verfolgen können.

Hinterlüftungen Das geht nur solange gut, bis dieser Wärmestrompfad unterbrochen wird, nämlich an einer nicht sichtbaren Oberfläche innerhalb der Konstruktion. Denn dann treten mit Konvektion und Strahlungsaustausch komplexe, sich überlagernde Wärmeübertragungsmechanismen in viele Richtungen in Kraft, die die einfache Interpretierbarkeit reiner Wärmeleitung gründlich durcheinander bringen. Typische Beispiele dafür sind:

Hinterlüftete Dachpfannen
Flachdachkonstruktionen mit luftgefüllten Hohlräumen
Schächte mit frei darin verlegten Rohrleitungen
Hinterlüftete Fassadenverkleidungen
Außenwände hinter Schränken und Küchenmöbeln mit Rückwand
Zugestellte Außenwände

Hinweis: Um einige dieser Schwierigkeiten kann man sich herum arbeiten, z.B. durch Freilegen oder durch beiderseitiges Thermografieren. Bitte beim Freilegen darauf achten, daß die Bausubstanz Zeit hat, sich thermisch anzupassen, das kann schon mal einen Tag kosten.

Metalle Es gibt auch materialbedingte Probleme bei Baustoffen, die gute Stromleiter sind, Metalle eben. Selbst Zinkblech, daß im Visuellen stumpfgrau aussieht, ist im thermischen IR bei 8 - 12 µm ein wunderbarer Spiegel. Dazu kommen auch Oberflächen, die zwar mineralisch und damit an sich sehr gute IR-Strahler sind, aber extrem glatt sind und daher zum Teil die Umgebung reflektieren:

Glas ist sehr glatt und reflektiert um die 35%, eine reine Emissionsangabe für Glas ist daher wenig sinnvoll.
Glasierte Keramikfliesen und Klinker reflektieren auch stark, ebenso glasierte Dachpfannen.
Alle Metalle reflektieren mehr oder minder stark, sogar stumpfgraues Zinkblech.
Bei eloxiertem Aluminium kommte es auf die Dicke der Schicht an - ist die dick genug, läßt sich darauf thermografieren.
Nasse Oberflächen reflektieren, wenn man sehr spitzwinklig auf sie schaut. Lotrecht drauf schauen gibt keine Probleme.
Die IR-Emission von Metallen hängt auch stark vom Korrosionszustand ab: Stichwort Rost.

Hinweis:   Im Fall von reflektierenden Oberflächen ist die Oberfläche mit Papier oder Folie abzukleben, auch punktweise. Wenn keine hohe Genauigkeit gefragt ist, so kann auf reflektierenden Oberflächen thermografiert werden, wenn die gespiegelte Umgebung in etwa gleichwarm wie das zu messende Objekt ist. Dann wird der Reflektionsterm in der Strahlungstransportgleichung nämlich recht klein.

Schon aus diesen Grenzen heraus, ist die um sich greifende Billigknipserei sträflich fahrlässig !
 

 Wenn Sie mehr über Thermografie lernen wollen:
Lehrgänge  mit
Georg Dittié

Wenn Sie sich wirklich tief in die Thermografie einarbeiten möchten, ist es empfehlenswert, einen Kurs zu besuchen. In einer kleinen Liste wird das Angebot  der Teschnischen Akadenie Esslingen angeführt, für die ich als Referent tätig bin. Der besondere Vorteil eines Kurses ist, das viele thermografische Verfahren und Details direkt vorgeführt werden und man auch manches selber ausprobieren kann.

Technische Aklademie Esslingen 20. - 21. Oktober 2014 Thermografie als zerstörungsfreies Prüfverfahren im Bauwesen
Technische Aklademie Esslingen 29. Juni 2015 - 01. Juli 2015 Thermografie Zertifikatslehrgang - TAE-Zertifikat

Logonutzung und Hinweise auf die einzelnen Schulungen mit freundlichen Genehmigung der Technischen Akademie Esslingen


Paßt Thermografie zu Ihrer Anforderung ? Reden wir miteinander: dittie(at)thermografie.de oder direkt per Telefon 02244 / 90 49 806   (at) bitte durch @ ersetzen

Hinweis Diese Webseite dient der Information, was Thermografie ist und kann keine richtige Schulung oder erst recht ein Lehrbuch ersetzen. In den Schulungen wird das ganze Know How, was hinter dieser Webseite steht, vermittelt. Ich lade Sie herzlich ein, an den Tagungen, Seminaren, Kursen und Schulungen zum Thema Thermografie, ihren Anwendungen und Einsatzgebieten teilzunehmen.

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