Wärmebrücken auf der Spur

Thermografie-Kameras spüren undichte Fenster, Fassaden oder Wärmebrücken auf, analysieren den Bestand, loka­lisieren potenzielle Schimmelstellen, kontrollieren und dokumentieren Dämmarbeiten oder die Fenstermontage. Doch die Gebäudethermografie ist keineswegs einfach, denn Dächer, Fenster und Fassaden sind schwierige Thermografie-Motive. Besondere Baukonstruktionen, Materialien, Umwelt- oder andere Randbedingungen können eine korrekte Messung vereiteln und das Messergebnis verfälschen. Hinzu kommt, dass das anhand der Farb-/Temperaturskala auch für Laien leicht zu lesende Wärmebild schnell zu Fehlschlüssen verleiten kann. Ein auf dem Kameradisplay angezeigtes Temperaturgefälle kann völlig unterschiedliche Gründe haben: eine ungenügende Wärmedämmung, ein Materialwechsel, eine undichte Gebäudehülle, Feuchtigkeit, eine thermische Reflexion, Sonneneinstrahlung etc. Temperaturunterschiede im Wärmebild korrekt zu interpretieren setzt Wissen und Erfahrung voraus. Deshalb erfordert die Aufnahme, Interpretation und Auswertung von Wärmebildern (Thermogrammen) fundierte Thermografie-Kenntnisse, die man sich anlesen, besser noch im Rahmen mehrtägiger Schulungen aneignen kann.
 

Die Randbedingungen sind auch wichtig
Zu den Grundvoraussetzungen korrekter bauthermografischer Aufnahmen zählt eine Temperaturdifferenz zwischen innen und ­außen von mindestens 15 Kelvin (entspricht 15  °C) über einen Zeitraum von wenigstens 24 Stunden. Der Messzeitpunkt sollte so gewählt werden, dass eine eventuell vorhergehende 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. Das richtige Werkzeug ist auch bei der Gebäudethermografie Voraussetzung für gute 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 über eine IR-Auflösung von 160 x 120, besser noch 320 x 240 Bildpunkten oder mehr verfügen. Die thermische Kameraauflösung (so genannter NETD-Wert) sollte mindestens 0,1 Kelvin (bei 30  °C) betragen. NETD-Werte von 0,06 Kelvin und weniger ermöglichen präzisere Messergebnisse. Auch die so genannte geometrische Auflösung (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- (z.  B. für eine Fassadenübersicht) oder Teleobjektiv (z.  B. für Fassadendetails) austauschbar sein sollte. Zu den Kamera-Einstellmöglichkeiten sollten mindestens der Emissionsgrad, d.  h. der materialspezifische Wärmeabstrahl-Kennwert des Messobjekts, sowie die reflektierte Temperatur gehören (siehe auch IVV  12/2009: „Bauthermografie: Wenn Hauseigentümer rot sehen“).
Für die Qualität der Wärmebilder ist nicht nur die Kamera entscheidend, sondern auch, wer sie bedient. So sollte der Thermograf nicht nur die Kamera bedienen können, sondern auch mögliche Fehlerquellen und Grenzen der Thermografie kennen und Mess­ergebnisse korrekt interpretieren. 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 der Eigentümer oder 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 Thermografie-Bericht verfügbar sein.

Aufnahme und Auswertung
Um Gebäude, Fenster und Fassaden thermografisch erfassen zu können, ist in der Regel immer 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 Thermografie-Messung lokalisieren. Auch eine Leckageortung bei Dampfbremsen und Sperrschichten sowie eine genaue Ortung und Eingrenzung notwendiger Sanierungsmaßnahmen beschleunigt der gemeinsame Einsatz dieser Messverfahren. Wichtig sind auch die Fokussierung und der Bildausschnitt, die nachträglich nicht korrigiert werden können. Zu jeder Thermografie-Aufnahme 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 zwei Stunden vor Ort und weitere 4–8 Stunden für die Auswertung und Berichterstellung 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 erfolgt am PC mit Hilfe der zum Lieferumfang gehörenden Auswertesoftware. Sie kann Thermogramme anzeigen, modifizieren, optimieren, organisieren, analysieren, Digitalfotos gegenüberstellen bzw. mit diesen überlagern und zu einem nachvollziehbaren Thermo­grafie-Bericht zusammenstellen. Er macht Messungen, deren Auswertung und Interpretationen transparent, nachvollziehbar und für Laien verständlich.

Besonderheiten der Gebäude-/Fassadenthermografie
Um den Einfluss der Sonneneinstrahlung auf Gebäudefassaden weitgehend auszuschließen, sollte man bauthermografische Untersuchungen am besten in den späten Abend- (d.  h. etwa sechs Stunden nach Sonnenuntergang) oder in den frühen Morgenstunden (d.  h. 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 Dachaubau, 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 Oberflächen­temperatur-Verhältnisse 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, so dass 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 Temperatur-Mittelwerte des Fensterrahmens und des Glasrandverbunds angezeigt werden. Abhilfe schaffen Detailaufnahmen des Fensters.

Worauf sollte man bei IR-Dienstleistern achten?
Entscheidet man sich für einen Thermografie-Dienstleister, entstehen weder Investitions- noch Schulungskosten. Da viele unseriöse Anbieter unterwegs sind, sollte man auf deren Qualifizierung und Zertifizierung achten. Die Zertifizierung von Thermografen nach DIN 54162 unterscheidet drei Qualifizierungsstufen. Danach können nur Personen, die nach Stufe 2 oder 3 zertifiziert sind, thermografische Messungen ­eigen­ständig durchführen. Bei der Auswahl des Dienstleisters sollte man neben seiner Qualifizierung auf den Leistungsumfang und die Qualität des Thermografieberichts achten. Dieser sollte folgende Angaben enthalten: Auftraggeber, Auftragnehmer, Teilnehmer, Klimadaten (Innen-/Außentemperatur, Wetter, Sonneneinstrahlung, Wind etc.), Objektdaten (Adresse, Gebäudetyp, Lageplan mit Himmelsrichtung, Konstruktionsweise und Materialien der Gebäudehülle, Gebäudealter, ggf. Renovierungsarbeiten, Heizsystem), Kameradaten (Hersteller, Kameramodell, technische Daten), Bildinformationen zu jedem Thermogramm (Datum und Aufnahmezeit, Farbskala, Emissionsfaktoren etc.), das jeweils durch ein Digitalkamera-Foto ergänzt werden sollte. Die Kosten für eine IR-Dienstleistung sind sehr unterschiedlich. Sie hängen vom Messobjekt, vom Leistungsumfang und der Aufgabenstellung ab. Deshalb sollte man sich im Vorfeld ein Angebot unterbreiten lassen. Im Angebot enthalten sein sollten die Anfahrt, Spesen, die Arbeitszeit und Gerätetechnik, alle Materialkosten sowie die nachvollziehbare Auswertung und ausführliche Dokumentation der Thermogramme. Basisinformationen, Hinweise zur Zertifizierung, Richtlinien etc. siehe www.vath.de.

Autor: Marian Behaneck, Dipl.-Ing. Architektur