Thermografie im Detail

Hochmoderne Wärmebildkameras erlauben einen aufschlussreichen Blick hinter die energetischen Kulissen eines Gebäudes.

Wie funktioniert Thermographie?

Jeder Körper mit einer Temperatur über dem absoluten Nullpunkt (-273,15 C) strahlt Wärme in Form von elektromagnetischer Strahlung ab. Es handelt sich hierbei um Eigenstrahlung. Das menschliche Auge kann diese abgegebene Wärmestrahlung nicht sehen, sie bewegt sich in einem Wellenbereich von 0,78 µm (nahes Infrarot) bis etwa 1000µm (fernes Infrarot). In der Bauthermografie wird ein spezieller Wellenbereich zwischen 8-14 m genutzt.

Thermographiekameras messen mit über 300.000 Sensoren (640x480) die Intensität der Infrarotstrahlung und bestimmen daraus die Oberflächentemperatur. Mit einem speziellen Verfahren können über 1.200.000 Punkte gemessen werden.(Microscantechnik) In einem weiteren Schritt werden den unterschiedlichen Temperaturwerten eines jeden Messpunktes unterschiedliche Farben zugeordnet. So entsteht ein farbiges oder graustufiges Wärmebild (Thermogramm), das die Temperaturverteilung auf der Oberfläche des aufgenommenen Messobjektes zeigt.

In der Regel werden tiefe Temperaturen mit dunklen Farben und helle Temperaturen mit hellen Farben dargestellt. Den von uns erstellten Thermogramme liegt eine angenäherte Regenbogenfarbscala zugrunde.

Warum soll die Thermografie durch einen Fachmann erfolgen?

Die Strahlungsphysik und Wärmelehre ist eine hochkomplexe Wissenschaft. Auswertung und Interpretation der Thermogramme erfordern deshalb immer einen Fachmann der über fundierte Kenntnisse in diesem Bereich verfügt. Wärmestrahlung wird nicht nur vom Aufnahmeobjekt abgegeben. Strahlung in Form von Reflexion und Absorbtion sowie die Oberflächeneigenschaften mit unterschiedlichen Emissionen nehmen Einfluss auf das Messergebnis.

Schon bei der Aufnahme gilt es bestimmte Regeln zu beachten doch insbesondere bei der Auswertung unterscheidet sich der qualifizierte Thermograf vom selbsternannten Thermografen. Neben den Kenntnissen der Physik und Wärmelehre und der Kameratechnik sind natürlich die speziellen Kenntnisse eines Baufachmanns unabdingbar.

Wer die Aussage der bunten Thermografiebilder auf „Rot ist schlecht und blau ist gut“ reduziert hat sich als Thermograf disqualifiziert. Durch unqualifizierte Thermografen mit nicht geeigneten Kameras und falsch interpretierten Thermogrammen werden Hauseigentümer oft zu falschen oder sinnlosen Sanierungsentscheidungen veranlasst. Der professionelle Thermograf ist nach DIN EN 473 bzw. DIN EN ISO 9712 Stufe 2 zertifiziert.

Bauthermografie: Wo finden Wärmeverluste statt?

Jedes beheizte Gebäude verliert Energie in Form von Wärme. Im Lauf der letzten Jahrzehnte hat der Gesetzgeber durch verschiedene Regelwerke, Verordnungen und Gesetze den zulässigen Wärmeverlust von Gebäuden begrenzt. Derzeit gilt die Energieeinsparverordnung (EnEV) 2013. In früheren Jahren waren im Vergleich zu heute die Anforderungen gering, demzufolge findet man bei unsanierten Gebäuden älterer Baujahre die größeren Energieverluste. Auf den von Thermografiekameras aufgenommenen Wärmebildern (Thermogramme) sieht man die Temperaturverteilung auf der Gebäudeoberfläche. In diesen thermischen Mustern kann der Fachmann dann Auffälligkeiten erkennen und die Schwachstellen ableiten.

Die größten Wärmeverluste finden über einen Wärmedurchgang (Transmission) von innen nach außen über die Bauteile Wand, Boden, Dach und Fenster statt. Hinzu kommen Verluste durch Undichtigkeiten der Bauteile und durch Lüften. Auch können Baumängel die Ursache für Wärmeverluste sein. Vergessene Dämmung im Dach oder an Heizungsleitungen, Luftundichtigkeiten, fehlende Dichtungen oder auch nasse Bauteile können die Ursachen für Energieverlust und hohe Heizkosten sein.

Nicht alle sichtbaren Wärmeunterschiede auf den Thermogrammen sind Mängel. Je nach Baumaterial oder Funktion eines Bauteils, sind die sichtbaren Unterschiede normal. So ist das Fenster in einer Fassade in der Regel immer das Bauteil, welches die meiste Wärme abgibt und somit in der Farbskala als „warm“ dargestellt wird.

Thermografiemethoden

In der Thermografietechnik unterscheidet man zwei Methoden:

Die quantitative Thermografie wird überall da angewandt, wo man zur Auswertung des Thermogramms und zur Beurteilung der Aufgabenstellung genaue Temperaturen benötigt. Häufige Anwendungen findet man in der Industriethermografie, der Elektrothermografie und beim Bau z.B. bei der Analyse von Schimmelpilz- und Bauteilkondensationsproblemen, Frostverwitterungsbestimmungen und anderen speziellen Aufgabenstellungen.

Die qualitative Thermografie beurteilt das Unersuchungsobjekt anhand des thermischen Musters welches durch die Temperaturdifferenz entsteht. Ein ungestörtes Bauteil (z.B. eine Wand) würde im Thermogramm mit einer gleichmäßigen Farbe (z.B. grün oder blau) dargestellt, denn die Temperaturen auf der Bauteiloberfläche sind überall annähernd gleich. Hat das Bauteil eine Schwachstelle, z.B. eine in der Wand verlaufende Heizungsleitung, wird dieser Bereich mehr erwärmt und erscheint auf dem Thermogramm z.B. als eine rote verlaufende Linie. Dies ist ein thermisches Muster. Thermische Muster entstehen durch Mängel, Schwachstellen, Wärmebrücken etc. aber auch durch Unterschiedliche Werkstoffe und Bauteilqualität, Reflexionen, Verschattungen und umgebungsbedingte Einflüsse und vieles mehr. Erst eine korrekte Interpretation dieser Muster entscheidet über evtl. Schwachstellen. Eine gleichmäßig dunkle (z.B. grüne Fläche) bedeutet nicht, dass die Dämmqualität dieses Bauteils gut ist, es besagt lediglich, dass hier keine Schwachstelle vorliegt. Ein thermisches Muster (z.B. rot dargestellter Bereich) bedeutet nicht zwangsläufig eine schlechte Dämmung, sondern kann auch von umgebungsbedingten Einflüssen herrühren und keinen Mangel darstellen. Die allgemeine Ansicht schwarzblau = gut gedämmt und rot= schlecht gedämmt ist so verallgemeinert falsch.

Außenthermografie

Bei einer Außenthermografie wird das Gebäude von außen untersucht. Die Oberflächentemperaturen auf der Gebäudehülle werden sichtbar. So kann man Undichtigkeiten und mangelhafte Wärmedämmung erkennen und grundsätzliche Aussagen zum energetischen Zustand des Gebäudes machen. Die Außenthermografie gibt eine erste Orientierung über die Schwachstellen eines Gebäudes. Oftmals genügt das Ergebnis um Entscheidungen über die weitere Vorgehensweise treffen zu können. Evtuell ist eine Energieberatung der nächste Schritt um über eine Sanierung des Gebäudes entscheiden zu können. Bei eindeutig lokal erkannten Schwachstellen kann man nach Rücksprache mit einem Fachmann sofort zur Tat schreiten.

Innenthermografie

Befreit von den Störeinflüssen wie Wetter und Umgebungsstrahlung bietet die Innenthermografie die genaueren Messergebnisse. Leider kann man immer nur kleine Bereiche und einzelne Räume des Gebäudes untersuchen. Einrichtungsgegenstände, Vorhänge und Heizkörper verhindern den klaren Gesamtüberblick. Innenthermografie ist deshalb wesentlich aufwändiger und damit teurer. Es kommt immer auf die Aufgabenstellung an. Für bestimmte Aufgabenstellungen wie Leckageortung, Taupunktbestimmung, Schimmelrisikobewertung, Nässenschäden etc. kommt nur die Innenthermografie in Frage.

Für die Suche nach energetischen Schachstellen ergeben Innen- und Außenthermografie zusammen ein optimales Ergebnis.

Aufnahmebedingungen

Da die Thermografie Temperaturunterschiede sichtbar macht sind Bedingungen notwendig die das auch ermöglichen. In den warmen Monaten wo zwischen der Innenraumtemperatur und der Außentemperatur keine oder nur geringe Temperaturdifferenzen vorhanden sind, werden wir kein brauchbares Thermogramm zustande bekommen. Die klassische Gebäudethermografie findet daher in den kalten Monaten von November bis März/April statt. Da es sich bei den auf der Fassade sichtbaren Temperaturunterschieden nur um relativ kleine Differenzen handelt, benötigen wir um gute Ergebnisse zu erzielen 10-15 Grad Temperaturunterschiede zwischen Innenraumtemperatur und Außenlufttemperatur. Bei angenommenen 20 Grad Innenraumtemperatur sollte es also draußen 5 bis max. 10 Grad kalt sein. Dabei kommt es natürlich noch auf andere Bedingungen an.

Beispiel: Bei 8 Grad Außentemperatur, 20 Grad Innentemperatur vollständig bedecktem Himmel und Windstille läßt sich bei einem verputzten Gebäude aus den 60er Jahren ein besseres Ergebnis erzielen als bei einem veklinkerten Gebäude aus dem Baujahr 1985 bei einer Außentemperatur von 5 Grad, klarem Himmel und leichtem Regen. Überhaupt sind die Umgebungsbedingungen von großer Bedeutung.

Bedingungen:

  • Innentemperatur ca. 20 Grad, gleichmäßig in allen Räumen. Mit der Beheizung sollte 1 Tag vor den Aufnahmen begonnen werden, Innentüren offen lassen um eine Gleichmäßigkeit zu ermöglichen.
  • Die Nachabsenkung sollte abgeschaltet werden.
  • Temperaturdifferenz innen/außen 10-15 Grad. Die Ergebnisse werden übrigens nicht besser, wenn die Aufnahmen bei – 20 Grad gemacht werden. Technisch und durch die Kalibrierung der Kamera bedingt, nimmt das „Temperaturrauschen“ zu und die Ergebnisse werden eher schlechter.
  • Die Fenster sollten geschlossen bleiben, auch schon mind. 3 Stunden vor der Aufnahme
  • Die Rolläden sollen oben sein, mindesten schon 3 Stunden vor der Aufnahme.
  • Es darf nicht (stark) regnen, schneien, stürmen oder neblig sein. Außerdem darf die Gebäudehülle nicht durch starke Sonneneinstrahlung aufgewärmt sein. Die Aufnahmen können bei guten Bedingungen sowohl bei Helligkeit, als auch bei Dunkelheit durchgeführt werden.
Auswertung und Analyse

Jeder gemessenen Temperatur wird eine Farbe zugeordnet, also bekommt jeder unerschidliche Temperaturwert eine unterschiedliche Farbe. Aus den Farben setzt sich dann das „Wärmebild“ das Thermogramm zusammen. Da diese Farben nicht den natürlichen Farben des aufgenommenen Objektes entsprechen nennt man die Farben auch Falschfarben. Die Farpaletten sind willkürlich und könen höchst unterschiedlich sein. Natürlich hat man sich sinnvolle Farbpaletten ausgesucht und ornet z.B. den tiefen Temperaturwerten dunkle Farben und den hohen Temperaturwerten helle Farben zu. Aber es kann auch umgekehrt sein. Üblich und weit verbreiten ist z.B. die Regenbogenpalette oder auch die Glühfarbenpalette. Wir arbeiten üblicherweise mit einer speziellen Palette die der Regenbogenpalette ähnlich ist. Die Palette geht von schwarz/blau= tiefe Werte bis violett/weiß=hohe Werte.

Darstellungsneutralität

Sofern die Kamera korrekt bedient wird und die Aufnahmebdingungen stimmen, liefert die Kamera immer korrekte Ergebnisse. Je nach energetische Qualität des Gebäudes schwanken die gemessenen Temperaturunterschiede von 1-2 Grad (z.B. neues Gebäude mit WDVS) und 5-10 Grad bei alten Gebäuden mit vielen Schwachstellen. Bei der Auswertung der Ergebnisse und Aufbereitung der Thermogramme muß auf eine neutrale Darstellung geachtet werden. Schließlich soll der Kunde ja das Ergebnis möglichst intuitiv verstehen. Die Gewichtung der dargestellten Temperaturdifferenzen soll der Gewichtung der Innen-Außentemperatur entsprechen. Diese Einstellungen die die Temperaturspreizung und die mittlere Temperatur betreffen sind frei einstellbar. So kann man ein energetisch schlechtes Gebäude optisch zu einem energetisch guten Gebäude machen und natürlich auch umgekehrt. Für den Laien ist das Thermogramm dann nicht mehr auf Anhieb lesbar und er wird evtl. getäuscht. Wichtig ist, daß auf dem Thermogramm immer die Farb-Temperaturscala zu sehen ist, nur damit ist eine korrekte Interpretation möglich.

Es kann aber auch Situationen geben, die ein Abweichen von der Neutralität notwendig machen. Ein professioneller Thermografiebericht liefert aber immer eine Interpretation der Befunde.

Grundsätzliche Bemerkungen zur Thermografie

Fenster und Verglasungen

Häufig soll mittels der Thermografie die Frage beantwortet werden, ob die Fenster eine besondere Schwachstelle des Gebäudes darstellen. Fenster bestehen überwiegend aus Glasflächen. Glas ist überwiegend für kurzwellige Strahlung durchlässig, für langwellige aber wenig. Aus diesem Grund läßt sich die Verglasung eines Fensters mittels Thermografie nur schlecht beurteilen. Hinzu kommen noch Spiegelungen , Reflexionen und Einstrahlungen z.B. aus der Atmosphäre, die eine korrekte Beurteilung schwierig machen.

Das beste Beurteilungskriterium für die Dämmqualität der Verglasung ist das Alter der Fenster, aus dem man den zugehörigen U‐Wert ableiten kann. In der Regel sind Verglasungen die älter als 15 Jahre sind ca. 3 mal schlechter als moderne Wärmeschutzverglasungen. Die Fugendichtigkeit von Fensterrahmen und Anschlüssen ist anhand der Thermografie gut darstellbar.

Anmerkung: Sollten die Rollladen erst kurz (weniger als eine Stunde) vor den Aufnahmen geöffnet worden sein, erscheint die Qualität der Fenster im Thermografiebericht eventuell schlechter als ihr tatsächlicher Zustand ist.

Dächer

Mit Ziegeln eingedeckte Dachflächen sind meist, konstruktiv bedingt, von Luft durchströmt. Die eigentliche Dämmschicht liegt erst einige Zentimeter hinter dem Dachziegel. Die Verlustwärme wird durch den Luftstrom abtransportiert und zeigt im Thermogramm meist kein eindeutiges Ergebnis. Erschwerend wirkt sich der Wärmeaustausch von schrägen Dachflächen mit der Atmosphäre aus. Dies ist besonders bei klarem Himmel der Fall. Die Dachfläche erscheint dann kühler als die vom Dach selbst abgegebene Wärmestrahlung. Bei der Auswertung des Thermogramms wird dieser Umstand berücksichtigt. Größere Fehlstellen oder Unregelmäßigkeiten in der Dämmschicht lassen sich jedoch gut erkennen. Auch Anschlüsse an Dachgauben, Aufbauten, Wände etc. lassen sich gut orten.

Flachdächer sind oft als so genannte Kaltdächer ausgebildet und von Luft durchströmt. Solche Dächer lassen sich von außen nicht thermografieren, hier können nur mittels einer Innenthermografie Schwachstellen ermittelt werden. Warmdächer ohne Luftschicht kann man, sofern man sie einsehen kann, auch von außen thermografieren.

Hinterlüftete Fassaden (Klinker,Schiefer etc.)

Wie die Dächer sind auch Klinker-/Verblenderfassaden oder auch Schieferfassaden in der Regel hinterlüftet. Damit wird der Wärmestrom von innen nach außen unterbrochen und es gibt kein korrektes Abbild des Temperaturverhältnisse auf der Fassade. Nicht alle verklinkerten Fassaden sind hinterlüftet. In der 70er Jahren war die Verklinkerung mit Luftschicht noch weit verbreitet, in den 80er Jahren wechselte man langsam zu Verklinkerung mit Kerndämmung. Diese Fassaden lassen sich gut bewerten, bei hinterlüfteten Fassaden muß das „Leck“ schon sehr groß sein damit man was sieht, daher ist hier die Innenthermografie nötig.


Thermografie & Energieberatung

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Die Bauthermografie hilft nicht nur dabei, Schwachstellen an Gebäuden zu identifizieren und so die Energieeffizienz eines Gebäudes zu optimieren. Sie kann auch noch während des Baus und nach Fertigstellung zur Qualitätskontrolle eingesetzt werden.

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