Thermografie

So macht die Thermografie Feuchte und warme Leitungen sichtbar

Wärmestrahlung: was die Kamera misst

Alles, was wärmer ist als der absolute Nullpunkt, sendet elektromagnetische Strahlung aus, die Wärmestrahlung, im Bereich zwischen 780 Nanometern und einem Millimeter.^[2] Das Bundesamt für Strahlenschutz ergänzt, dass ein Körper umso mehr Energie abstrahlt und umso kürzer die Wellenlänge ist, je wärmer er ist.^[3]

Nach dem Physikpraktikum der Universität Stuttgart liegt das Strahlungsmaximum bei Umgebungstemperaturen um 300 Kelvin bei etwa 10 Mikrometern, und in diesem Bereich arbeiten Wärmebildkameras.^[2] Die dort beschriebene Kamera erfasst Wellenlängen zwischen 7,5 und 13 Mikrometern, eine Linse aus Germanium bündelt die Strahlung auf einen Sensor aus ungekühlten Mikrobolometern, winzigen Brücken, deren elektrischer Widerstand stark von der Temperatur abhängt.^[2]

Das Bundesamt für Strahlenschutz teilt die Infrarotstrahlung in drei Bereiche: IR-A von 780 bis 1400 Nanometern, IR-B von 1400 bis 3000 Nanometern und den langwelligen Bereich IR-C von 3000 Nanometern bis 1 Millimeter.^[3] Der Arbeitsbereich der Stuttgarter Kamera von 7,5 bis 13 Mikrometern liegt damit vollständig im IR-C.^[2] Die wichtigste natürliche Quelle für Infrarotstrahlung ist nach dem Bundesamt die Sonne, etwa die Hälfte der Sonnenstrahlung am Erdboden entfällt auf Infrarot.^[3]

Nach dem Wienschen Verschiebungsgesetz liegt das Maximum bei λmax = 2900 µm·K geteilt durch die Temperatur.^[2] Ein Rechenbeispiel: Für eine Wand mit 20 °C, also 293,15 Kelvin, ergibt das rund 9,9 Mikrometer.^[2]

Emissionsgrad und Reflexion: warum Fliesen täuschen

Strahlung, die auf einen Körper trifft, wird absorbiert, reflektiert oder durchgelassen, und die drei Anteile ergeben zusammen eins. Nach dem Kirchhoffschen Gesetz ist der Emissionsgrad eines Körpers gleich seinem Absorptionsgrad, er liegt zwischen 0 und 1 und hängt von Material und Oberfläche ab.^[2] Raue, matte Oberflächen absorbieren und emittieren nach dem Praktikum viel stärker als glatte, spiegelnde.^[2]

Für das Wärmebild heißt das: Eine glänzende Fliese, Glas oder Metall zeigt neben der eigenen Temperatur auch gespiegelte Wärmestrahlung der Umgebung, etwa eines Heizkörpers oder des Menschen, der die Kamera hält. Die abgestrahlte Leistung eines grauen Körpers hängt nach dem Stefan-Boltzmann-Gesetz von der vierten Potenz der Temperatur ab, P = ε · σ · A · T⁴, mit der Stefan-Boltzmann-Konstante σ = 5,67·10⁻⁸ W/(m²·K⁴).^[2]

Ein Rechenbeispiel ordnet die Tabelle ein: Eine feuchte Stelle, die 2 Kelvin kälter ist als die Wand daneben, strahlt nur rund 2,7 Prozent weniger ab.^[2] Die Kamera muss diese kleinen Unterschiede auflösen, und ein falsch eingestellter Emissionsgrad oder eine Spiegelung kann sie leicht überdecken. Ist eine Fußbodenheizung undicht, fallen die Unterschiede größer aus, weil das austretende Heizwasser warm ist und sich im Wärmebild als Fläche abzeichnet.

Was die Kamera vor jeder Aufnahme wissen muss

Die Kamera empfängt nach dem Praktikum der Universität Stuttgart drei Anteile: die Eigenstrahlung des Messobjekts, die am Objekt reflektierte Strahlung der Umgebung und die Eigenstrahlung der Luft zwischen Objekt und Kamera, die bei kurzen Entfernungen vernachlässigt werden kann.^[2] Strahlungsquellen in der Umgebung sollen möglichst abgeschirmt sein, damit die gemessene Strahlung nur vom Objekt stammt.^[2]

Die reflektierte scheinbare Temperatur spielt nach dem Praktikum eine besonders wichtige Rolle bei Objekten mit niedrigem Emissionsgrad, wenn sich in ihrer Umgebung andere, heißere Objekte befinden.^[2] Die dort verwendete Kamera hat eine Auflösung von 120 mal 120 Bildpunkten und braucht mindestens 0,6 Meter Abstand zum Objekt, Geräte für die Bauthermografie lösen feiner auf, das Prinzip ist dasselbe.^[2]

Wann Aufnahmen der Gebäudehülle etwas zeigen

Für Aufnahmen der Gebäudehülle empfiehlt die Beratungsgesellschaft co2online einen Unterschied zwischen Innen- und Außentemperatur von etwa 10 bis 15 Grad Celsius, in den meisten Fällen also die Heizperiode zwischen Oktober und Mai.^[4] Eine Wand, die kurz vor der Aufnahme noch reichlich Sonne abbekommen hat, führt nach co2online zu falschen Ergebnissen, ebenso spiegelnde Flächen wie Fenster, und Aufnahmen der Hülle entstehen am besten nach Sonnenuntergang.^[4]

Im Thermogramm erscheinen warme Stellen in der Regel rot, mittlere Temperaturen gelb und grün, kalte Stellen blau.^[4] Wird ein Haus umfassend saniert, kann sich ein zweiter Einsatz lohnen: einmal vor Beginn, um den Ausgangszustand festzuhalten, und einmal nach Abschluss zur Erfolgskontrolle.^[4] Mit einem handelsüblichen Smartphone allein entstehen keine Thermogramme, Apps mit diesem Versprechen dienen nach der Beratungsgesellschaft nur der Unterhaltung.^[4]

Neben der Hülle nennt co2online die Anlagentechnik als Einsatzfeld, um Leitungen zu orten, Leckagen zu entdecken und Schornsteine, Wärmeerzeuger und Speicher zu prüfen.^[4] Als Ergänzung raten Energieberater oft zum Blower-Door-Test, bei dem im Gebäude nacheinander Unter- und Überdruck erzeugt wird und die gemessene Druckdifferenz Auskunft über die Luftdichtheit gibt.^[4]

Thermografie bei Feuchte und Schimmel

Der Leitfaden des Umweltbundesamtes nennt die raumseitige Gebäudethermografie als ergänzende Untersuchung. Sie misst die Oberflächentemperatur berührungslos und macht Temperaturunterschiede sichtbar, die auf Feuchte im Bauteil oder auf Wärmebrücken schließen lassen können.^[1] An solchen Stellen lassen sich nach dem Leitfaden während der Begehung Klebefilmproben nehmen und kurzfristig auf aktiven Schimmelbefall untersuchen.^[1]

Der Leitfaden warnt aber: Die Gebäudethermografie wird von vielen Faktoren beeinflusst, etwa Materialeigenschaften, Bauweise, Wetterlage, Sonneneinstrahlung und Einrichtungsgegenständen, darum gehören Durchführung und Bewertung der Aufnahmen in die Hand erfahrener Sachverständiger.^[1] Ein Wärmebild zeigt eine Temperatur, keinen Wassergehalt. Ob eine kalte Stelle feucht ist, klärt erst die Feuchtemessung.

Die Wärmebildkamera ersetzt keinen Grenzwert-Nachweis

Beim Mindestwärmeschutz nach DIN 4108-2 gilt an Wärmebrücken eine Oberflächentemperatur von mindestens 12,6 °C unter festen Randbedingungen.^[5] Diese Grenze gilt nach dem ift Rosenheim nur für den rechnerischen Nachweis unter stationären Annahmen und nicht für die Überprüfung bestehender Gebäude durch Kurzzeitmessungen, etwa mit Infrarotthermometer, Oberflächenfühler oder Infrarotkamera.^[5]

Ein Wärmebild an einem kalten Wintertag liefert also einen Hinweis, wo eine Wand kälter ist, aber keinen Beweis, dass sie den Mindestwärmeschutz verfehlt. Für eine solche Aussage braucht es Messreihen unter bekannten Bedingungen oder eine Berechnung.

Was die Thermografie nach einem Wasserschaden zeigt

Nach einem Wasserschaden hilft die Kamera, die Ausdehnung der Feuchte einzugrenzen. Im Trocknungsversuch des Fraunhofer-Instituts für Bauphysik zeigten die Wärmebilder zum Schluss noch Feuchteanzeichen dort, wo Wand und Boden aneinanderstoßen.^[6] Solche Befunde zeigen, wo nachgemessen werden sollte.

Bei Warmwasser- und Heizungsleitungen zeichnet die Kamera oft den Verlauf der Rohre unter Estrich und Putz nach, und ein Leck zeigt sich als warmer Fleck, der sich ausbreitet. Bei Kaltwasser fehlt dieser Kontrast, dort hilft es, die Leitung kurz mit warmem Wasser zu spülen und dann zu messen, oder man nutzt ein anderes Verfahren.

Wie wir Wärmebilder aufnehmen und bewerten

Wir fotografieren jede Aufnahme zusätzlich im sichtbaren Licht, notieren Emissionsgrad, reflektierte Temperatur, Raum- und Außentemperatur und halten die Temperaturskala fest. Farbskalen sind frei einstellbar, und dasselbe Bild kann je nach Skala dramatisch oder harmlos wirken, darum steht die Skala immer mit im Bericht.

Auffällige Stellen messen wir anschließend mit einem Feuchtemessgerät nach. Erst wenn Wärmebild und Feuchtemessung zusammenpassen, gilt ein Bereich als feucht, und erst dann wird die Ursache gesucht, ob Kondensat, Leck oder eindringendes Wasser.