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Die Nacht bringt es an den Tag

Fenster- und Fassadenthermografie: Besonderheiten und Praxis-Tipps für präzise Ergebnisse
Die Nacht bringt es an den Tag

Die Gebäudethermografie wird nicht zuletzt aufgrund fallender Kamerapreise immer interessanter – setzt aber fundiertes Expertenwissen voraus. Was muss die Kamera, was der Thermograf können? Wir geben Ihnen Tipps, was Sie bei Aufnahme und Interpretation beachten sollten.

Autor: Marian Behaneck

I Thermografiekameras spüren undichte Fenster, Fassaden oder Wärmebrücken auf, analysieren den Bestand, lokalisieren Schimmelstellen, kontrollieren und dokumentieren die Fenstermontage. Doch die Fenster- bzw. Fassadenthermografie ist keineswegs einfach, denn Gebäudefassaden gehören zu den schwierigsten Thermografiemotiven.

Besondere Baukonstruktionen, Materialien, Umwelt- oder andere Randbedingungen können eine korrekte Messung vereiteln und das Messergebnis verfälschen. Deshalb erfordert die Aufnahme, Interpretation und Auswertung von Wärmebildern (Thermogrammen) Spezialwissen und Erfahrung.
Welche Kamera ist geeignet?
Das richtige Werkzeug ist auch bei der Bauthermografie Voraussetzung für präzise Ergebnisse. Die Thermografiekamera sollte für Gebäudeanalysen geeignet sein, d. h. über einen Temperaturmessbereich zwischen – 20 °C und + 120 °C sowie einen Spektralbereich von 8 bis 14 µm verfügen. Der Detektor sollte mindestens eine IR-Auflösung von 160 x 120, besser noch 320 x 240 Bildpunkten haben. Die thermische Auflösung (sogenannter NETD-Wert) sollte mindestens 0,1 Kelvin (bei 30 °C) betragen. NETD-Werte von 0,06 Kelvin und weniger ermöglichen präzisere Messergebnisse.
Auch die geometrische Auflösung (sog. IFOV-Wert) entscheidet über die Bildqualität – sie sollte kleiner als 3,3 mrad sein. Der IFOV-Wert ist abhängig vom eingesetzten Objektiv, das aufgabenbezogen durch ein Weitwinkel- (für eine Fassadenübersicht) oder Teleobjektiv (für Fassadendetails) austauschbar sein sollte. Zu den Kamera-Einstellmöglichkeiten sollten mindestens der Emissionsgrad (materialspezifischer Wärmeabstrahlkennwert des Messobjekts) sowie die reflektierte Temperatur gehören (siehe auch BM-Spezial 2013, S. 86, „Kompakte Ermittler“).
Entscheidende Erfolgsfaktoren vor Ort
Für die Qualität der Wärmebilder ist aber nicht nur die Kamera entscheidend, sondern auch, wer sie bedient. Der Thermograf sollte sich nicht nur mit der Kamerabedienung auskennen, sondern auch mögliche Fehlerquellen und Grenzen der Thermografie kennen und Messergebnisse korrekt interpretieren können. Das setzt sowohl bei der Aufnahme als auch bei der Auswertung Kenntnisse aus den Bereichen Optik, Wärmestrahlung, Wärmeleitung, Messtechnik, Materialkunde, Baukonstruktion und der Bauphysik voraus.
Die mit der Messung und Auswertung beauftragte Person sollte zudem nach DIN 54162 zertifiziert sein. Kenntnisse über verwendete Materialien und den konstruktiven Aufbau des jeweiligen Messobjekts sind unverzichtbar, denn sie helfen bei der Deutung thermischer Auffälligkeiten. Auch die Gebäudeausrichtung, Hauptwindrichtung, die umgebende Bebauung oder das Nutzungsprofil können bei der Bewertung und Interpretation hilfreich sein. Es ist deshalb sinnvoll, wenn beispielsweise der Eigentümer/Mieter bei der Messung dabei ist, respektive für Fragen zur Verfügung steht. Ferner sollten aktuelle Bestandsgrundrisse, Schnitte, Detailpläne und Baubeschreibungen in Form von Kopien für den Thermografiebericht verfügbar sein.
Randbedingungen spielen eine wichtige Rolle
Zu den Grundvoraussetzungen korrekter bauthermografischer Aufnahmen zählt eine Temperaturdifferenz zwischen innen und außen von mindestens 15 Kelvin über einen Zeitraum von wenigstens 24 Stunden. Der Messzeitpunkt muss so gewählt werden, dass eine eventuell vorausgehende Sonneneinstrahlung auf das Gebäude keinen Einfluss mehr auf das Messergebnis hat. Die Messung sollte ferner nicht durch Umwelteinflüsse wie Wind, Regen, Schnee, Nebel etc. beeinträchtigt werden. In der Praxis kann man allerdings nicht immer optimale Umgebungsbedingungen abwarten. Sollten die Messaufgabe, Termine oder andere Umstände es erfordern, von obigen Regeln teilweise abzuweichen, muss dies im Messprotokoll dokumentiert und bei der Auswertung berücksichtigt werden.
Von der Aufnahme bis zur Auswertung
Um Gebäude, Fenster und Fassaden thermografisch erfassen zu können, ist in der Regel eine Kombination aus Außen- und Innenaufnahmen erforderlich. Während Außenaufnahmen eher eine erste Orientierung und Einschätzung ermöglichen, lassen sich viele bauphysikalische Probleme nur durch Innenaufnahmen aufdecken. Liefern beispielsweise hinterlüftete Fassadenkonstruktionen keine zuverlässigen Temperaturwerte, muss man sich fast vollständig auf Innenaufnahmen verlassen. Möglichen Fehlerquellen kann nur durch die genaue Kenntnis des baukonstruktiven Objektaufbaus vorgebeugt werden, ebenso wie (regionale) bauliche Besonderheiten. Bestimmte bauliche Unzulänglichkeiten wie etwa Luftundichtigkeiten der Dachkonstruktion, von Fassaden-, Fenster- oder Türkonstruktionen, Durchdringungen, Anschluss- und Eckdetails lassen sich am besten mit einer kombinierten Differenzdruck- („Blower-Door“) und Thermografiemessung lokalisieren. Der gemeinsame Einsatz dieser Messverfahren beschleunigt auch eine Leckageortung bei Dampfbremsen und Sperrschichten sowie eine genaue Ortung und Eingrenzung notwendiger Sanierungsmaßnahmen. Wichtig sind auch die Fokussierung und der Bildausschnitt, die nachträglich nicht korrigiert werden können.
Zu jeder Thermografieaufnahme sollte parallel auch ein Digitalkamera-Foto (Lichtbild) angefertigt werden, um später bei der Auswertung der Thermogramme lokalisierte Schwachstellen und Leckagen einfacher zuordnen zu können. Sinnvoller als die integrierte, in der Regel aber schlecht aufgelöste Tageslichtkamera, ist eine separate Digitalkamera ab 5 Megapixel Bildauflösung. Als Zeitaufwand für eine fachgerechte thermografische Untersuchung eines durchschnittlichen Einfamilienhauses müssen mindestens 2 Std. vor Ort und weitere 4 bis 8 Std. für die Auswertung und Berichterstellung im Büro einkalkuliert werden. Schon während der Messung sollten Thermogramme vorab begutachtet werden, um einen ersten Eindruck vom Messobjekt zu erhalten, für Plausibilitätsprüfungen etc. Dafür bieten IR-Kameras einige Auswertungsfunktionen (Minimal-/Maximalwert, Isothermen, Taupunkt etc.). Die eigentliche Auswertung mithilfe der zum Lieferumfang gehörenden Auswertesoftware erfolgt im Büro. Sie kann Thermogramme am PC-Monitor anzeigen, modifizieren, optimieren, organisieren, analysieren, Digitalfotos gegenüberstellen bzw. mit diesen überlagern und zu einem nachvollziehbaren Thermografiebericht zusammenstellen. Er macht Messungen, deren Auswertung und Interpretationen transparent, nachvollziehbar und für Laien verständlich sind.
Besonderheiten der Thermografie
Um den Einfluss der Sonneneinstrahlung auf Gebäudefassaden weitgehend auszuschließen, sollte man bauthermografische Untersuchungen am besten in den späten Abend- (d. h. ca. 6 Std. nach Sonnenuntergang) oder in den frühen Morgenstunden (also vor Sonnenaufgang), am besten in den Wintermonaten November bis März durchführen. Denn grundsätzlich gilt: Je größer die Temperaturdifferenz, desto größer ist der Wärmefluss von innen nach außen, desto besser zeichnet sich die thermische Situation im Wärmebild ab und umso einfacher kann man es interpretieren.
Je nach Bauart und Messaufgabe sollten alle Räume des Gebäudes über mehrere Stunden gleichmäßig beheizt werden (d. h. gleiche Thermostateinstellung, alle Raumtüren öffnen), um möglichst homogene Messbedingungen zu schaffen.
Bei der Beurteilung von Fassadenaufnahmen ist stets zu beachten, dass drei Faktoren einen wesentlichen Einfluss auf die Oberflächentemperaturen haben: die Wärmeleitung von innen nach außen, der Strahlungsaustausch der Oberfläche mit der Umgebung sowie die durch Wind bedingte Auskühlung. Verfügt ein Gebäude über eine Vorhangfassade oder über einen hinterlüfteten Dachausbau, sind von außen keine thermografischen Analysen möglich, weil die Hinterlüftung eine konstante Wärmeleitung von innen nach außen unterbindet. An Gebäuden ist häufig auch der Strahlungsaustausch der Oberflächen mit der Umgebung beeinträchtigt, was die tatsächlichen Oberflächentemperaturverhältnisse verfälscht. Tür- und Fensterlaibungen, Dachüberstände, Balkone, Überdachungen oder eingezogene Eingangs- oder Terrassenbereiche sind Beispiele dafür. Aus diesen Strahlungsabschirmungen resultieren höhere Oberflächentemperaturen gegenüber frei abstrahlenden Stellen. Besonders aufpassen muss man bei Fenstern: Sie weisen, bedingt durch die geschützte Lage (Laibung, Sturzüberstand) und die Temperaturverteilung an der Fensterinnenfläche, nach oben hin zunehmende Temperaturen auf, die sich im Thermogramm mehr oder weniger deutlich abzeichnen. Die Glasoberfläche selbst wirkt für die Infrarotstrahlung wie ein Spiegel, sodass die gemessenen Glastemperaturen in der Regel der gespiegelten Temperaturabstrahlung aus der Umgebung (Gebäude, Himmel etc.) entsprechen. Beim Fensterrahmen sollte man ferner darauf achten, ob Wärme über den Glasrandverbund oder den Rahmen verloren geht. Je größer der Abstand zwischen IR-Kameraobjektiv und Objekt ist, desto kleiner erscheinen die Fenster im Wärmebild und desto weniger lässt sich das aufgrund der Kameraauflösung unterscheiden, weil lediglich Temperaturmittelwerte des Fensterrahmens und des Glasrandverbunds angezeigt werden. Abhilfe schaffen Detailaufnahmen des Fensters.
Schulungen sind unverzichtbar
Das anhand der Farb-/Temperaturskala auch für Laien leicht zu lesende Wärmebild kann schnell zu Fehlschlüssen verleiten. Denn ein auf dem Kameradisplay angezeigtes Temperaturgefälle kann völlig unterschiedliche Gründe haben, von Feuchtigkeit bis zu thermischen Reflexionen. Aufnahmen korrekt zu interpretieren, setzt Erfahrung und fundierte Thermografiekenntnisse voraus. Es ist daher unerlässlich, sich diese anzulesen oder besser im Rahmen mehrtägiger Schulungen anzueigenen, dort Kompetenzen als Thermograf aufzubauen und diese auch zertifizieren zu lassen. (s. auch: www.vath.de/ausbildung). I

Thermografie-Tipps für Fassaden
  • Keine Messung ohne ausreichende Temperaturdifferenz: Beträgt der Unterschied zwischen innen und außen > 15 Kelvin?
  • Am besten in den frühen Morgenstunden messen. Sonne kann Fassaden aufheizen und Temperaturverhältnisse verfälschen.
  • Alle Räume gleichmäßig temperieren. Unterschiedliche Raumtemperaturen können zu Fehlschlüssen führen.
  • Fenster sollten geschlossen bleiben. Entweichende Wärme kann die Messung benachbarter/darüberliegender Bereiche verfälschen.
  • Rollläden sollten teilweise geschlossen und geöffnet sein, um den Wärmedämm-Effekt geschlossener Rollläden beurteilen zu können.
  • Achtung: Gebäudevorsprünge wie Balkone, Laibungen oder Dachüberstände beeinflussen das Wärmeabstrahlverhalten.
  • Stets Außen- und Innenaufnahmen anfertigen, um mögliche Fehlerquellen und Interpretationsfehler zu vermeiden.
  • Gläser und Metalle spiegeln die Temperaturverteilung der Umgebung wider, was zu Fehlinterpretationen führen kann.
  • Detailaufnahmen der Fenster ermöglichen Rückschlüsse, ob Wärme über Rahmen, Glasrandverbund oder Anschlüsse verloren geht.
  • Je nach Messaufgabe sollten weitere Messverfahren herangezogen werden (Luft-/Bauteilfeuchte, Differenzdruckmessung etc.)

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