Einleitung: Geschichte und Grundlagen der Thermografie

Die Thermografie, die heute ein unverzichtbares Werkzeug in vielen technischen und wissenschaftlichen Anwendungen ist, hat eine faszinierende Geschichte und basiert auf der einzigartigen Eigenschaft der Wärmestrahlung.

• Entdeckung der Infrarotstrahlung: Die Existenz der Infrarotstrahlung wurde erstmals im Jahr 1800 vom Astronomen Sir Friedrich Wilhelm Herschel entdeckt. Durch Experimente mit einem Thermometer und einem Prisma identifizierte er eine Form von Strahlung jenseits des sichtbaren roten Lichts, die Wärmeenergie überträgt.
• Entwicklung der Wärmebildkamera: Die Technologie machte einen bedeutenden Schritt vorwärts mit der Entwicklung der ersten Wärmebildkamera im Jahr 1965. Diese wurde speziell für die Inspektion von Hochspannungsleitungen eingesetzt, um potenzielle Probleme zu identifizieren und die Sicherheit zu erhöhen.
• Wärmestrahlung als Wärmeübertragung: Wärmestrahlung ist eine Art der Wärmeübertragung, bei der Wärme durch elektromagnetische Wellen übertragen wird, insbesondere durch infrarote Strahlung oder infrarotes Licht. Diese Strahlung wird von allen Körpern abgegeben, deren Temperatur über dem absoluten Nullpunkt liegt, und kann mittels Thermografie visualisiert werden.
• Wärmestrahlung im Vakuum: Ein besonderes Merkmal der Wärmestrahlung ist ihre Fähigkeit, sich auch im Vakuum auszubreiten. Im Unterschied zu anderen Wärmeübertragungsformen wie Wärmeleitung und Wärmeströmung benötigt die Wärmestrahlung kein Medium wie Luft oder Wasser, um Energie zu übertragen.

Diese historischen und physikalischen Aspekte bilden die Grundlage für die moderne Thermografie, die in den Bereichen Gebäudetechnik, Industrie, Medizin und mehr weit verbreitet ist. Die folgenden Abschnitte werden sich näher mit den spezifischen Anwendungen und Techniken der Thermografie in der Gebäudetechnik befassen, einschließlich ihrer Fähigkeit, Energieverluste, Dämmungsmängel und andere wichtige Aspekte zu identifizieren und zu analysieren.

Grundsätzliche Physikalische Grundlagen der Thermografie

In der Gebäudetechnik spielt die Thermografie eine entscheidende Rolle bei der Untersuchung und Analyse von Energieeffizienz, thermischer Behaglichkeit und vielen anderen Aspekten. Die folgenden Punkte beleuchten die grundlegenden physikalischen Prinzipien, die der Thermografie zugrunde liegen:

• Wärmestrahlung und Temperatur: Jeder Körper mit einer Temperatur oberhalb des absoluten Nullpunktes sendet Wärmestrahlung aus. Mit steigender Temperatur verschiebt sich das ausgesandte Spektrum zu kürzeren Wellenlängen, was durch die Plancksche Strahlungsformel beschrieben wird.
• Wellenlänge der Infrarotstrahlung: Die Wellenlänge der Infrarotstrahlung liegt zwischen den Wellenlängen des sichtbaren Lichts und der Mikrowellen, typischerweise im Bereich von 0,7 bis 1000 Mikrometern.
• Reflexion und Absorption von IR-Strahlung: Infrarotstrahlung kann von Oberflächen reflektiert und absorbiert werden. Diese Eigenschaften sind materialabhängig und müssen bei der Thermografie berücksichtigt werden, um genaue Messungen zu erhalten.
• Wärmeübertragungsmechanismen: Wärme wird durch verschiedene Mechanismen übertragen, einschließlich Wärmeleitung, Konvektion und Wärmestrahlung. Wärmestrahlung ist dabei besonders interessant, da sie sich im Gegensatz zu den anderen Formen auch im Vakuum ausbreiten kann.
• Thermische Behaglichkeit in der Gebäudetechnik: Die Thermografie ist in der Gebäudetechnik besonders nützlich, um die operative Raumtemperatur zu analysieren und somit die thermische Behaglichkeit der Bewohner zu beurteilen. Durch die Identifizierung von Kältebrücken, undichten Stellen und anderen Problemen kann ein optimaler thermischer Komfort erreicht werden.
• Visualisierung durch Wärmebildkameras: Mit Hilfe von Wärmebildkameras wird die unsichtbare Wärmestrahlung von Objekten als sichtbares Bild dargestellt. Die verschiedenen Farben in einem Thermogramm repräsentieren unterschiedliche Temperaturbereiche, wodurch Wärmelecks, Isolationsmängel und andere Probleme leicht identifiziert werden können.

Möglichkeiten durch die Thermografie in der Gebäudetechnik

Thermografie ist ein nicht-invasives Verfahren, das die Wärmeemission eines Objektes in Form eines Bildes darstellt. In der Gebäudetechnik hat sich diese Technik als sehr nützliches Werkzeug etabliert, da sie wichtige Informationen über den Zustand eines Gebäudes liefern kann, ohne dass dieses zerlegt oder beschädigt werden muss. Hier sind einige Anwendungsbereiche der Thermografie in der Gebäudetechnik:

1. Energieverluste Offerieren: Durch die Identifizierung von Orten, an denen Wärme aus einem Gebäude austritt, kann die Thermografie dazu beitragen, Energieverluste sichtbar zu machen. Dies kann für die Eigentümer wichtige Informationen darüber liefern, wo sie Dämmung oder Abdichtung verbessern müssen, um Energie und Geld zu sparen.
2. Fehlende Dämmungen Erkennen: Die Wärmebilder können leicht Gebiete identifizieren, die schlecht oder gar nicht isoliert sind. Dies hilft dabei, den energetischen Zustand des Gebäudes zu verstehen und entsprechende Maßnahmen zur Nachbesserung zu planen.
3. Luftundichtigkeiten Aufspüren: Lecks in Fenstern, Türen oder der Gebäudehülle können durch Thermografie leicht identifiziert werden. Dies trägt zur Verbesserung der Energieeffizienz und des Komforts im Gebäude bei.
4. Feuchtigkeit in der Dämmung Aufdecken: Feuchtigkeit in der Dämmung kann schwerwiegende Probleme verursachen, einschließlich Schimmelbildung und Strukturschäden. Mit der Thermografie können feuchte Bereiche erkannt werden, bevor sie zu einem größeren Problem werden.
5. Dämmungsmangel mit Schimmelgefahr Untersuchen: Schimmel benötigt Feuchtigkeit zum Wachsen, und fehlerhafte Dämmung kann dies begünstigen. Die Thermografie kann sowohl die fehlende Dämmung als auch die Feuchtigkeitsbereiche identifizieren, die Schimmelbildung begünstigen könnten.
6. Wärmebrücken Erkennen: Wärmebrücken sind Stellen in der Gebäudehülle, an denen die Wärme schneller nach außen transportiert wird als in den umliegenden Bereichen. Sie führen zu erhöhten Heizkosten und können durch Thermografie sichtbar gemacht werden.
7. Undichtigkeiten in Fernwärmeleitungen Aufspüren: In Gebäuden mit Fernwärme können Undichtigkeiten in den Leitungen zu Wärmeverlusten führen. Mit Thermografie können diese Stellen schnell und ohne Grabungsarbeiten identifiziert werden.

Insgesamt bietet die Thermografie in der Gebäudetechnik ein kraftvolles Werkzeug zur Diagnose und Behebung verschiedener Probleme, die die Energieeffizienz und die Lebensdauer eines Gebäudes beeinflussen könnten. Durch die schnelle und genaue Identifizierung von Schwachstellen ermöglicht sie gezielte Reparaturen und Verbesserungen, die sowohl die Umwelt schonen als auch die Betriebskosten senken.

Emissionsgrad Epsilon in der Thermografie

Der Emissionsgrad (ε / „Epsilon“) ist eine der grundlegenden Kenngrößen in der Thermografie und hat direkten Einfluss auf die Genauigkeit der Temperaturmessung. Der Emissionsgrad bezieht sich auf das Verhältnis der von einem Körper emittierten Strahlung zur Strahlung eines idealen schwarzen Strahlers bei der gleichen Temperatur. Ein idealer schwarzer Strahler hat einen Emissionsgrad von 1, wohingegen reale Körper meist niedrigere Emissionsgrade aufweisen.

Bedeutung in der Praxis

Der Emissionsgrad beschreibt die Fähigkeit eines Körpers, elektromagnetische Strahlung auszusenden, und variiert stark je nach Material und Oberflächenbeschaffenheit. Dies muss bei der Thermografie beachtet werden, um genaue Temperaturmessungen zu gewährleisten.

1. Nichtmetallische Materialien: Oberflächen wie Papier, Holz und die meisten organischen Materialien haben in der Regel einen hohen Emissionsgrad. Ihre Oberflächentemperatur ist daher gut mit thermografischen Kameras messbar.
2. Metallische Oberflächen: Blanke und metallische Oberflächen können einen niedrigen Emissionsgrad aufweisen und sind daher in der Thermografie schwieriger genau zu messen. Korrektureinstellungen und spezielle Kalibrierungsverfahren können erforderlich sein, um Messungenauigkeiten zu beseitigen.
3. Kalibrierung der Sensoren: In der Praxis werden häufig Strahlerflächen mit bekannten Emissionsgraden bis 0,99 genutzt, um Sensoren zu kalibrieren und sicherzustellen, dass sie in einem bestimmten Wellenlängenbereich genau messen.

Schlussfolgerung

Der Emissionsgrad ist ein kritischer Parameter in der Thermografie und muss bei jeder Messung berücksichtigt und angepasst werden. Eine korrekte Einschätzung und Handhabung des Emissionsgrads ermöglicht präzise Temperaturmessungen und trägt damit zur Effektivität der Thermografie bei der Identifizierung und Lösung von Problemen in der Gebäudetechnik bei. Ignoriert man den Emissionsgrad oder verwendet falsche Werte, können ungenaue Messungen die Interpretation der thermografischen Daten beeinträchtigen und zu fehlerhaften Schlussfolgerungen oder Entscheidungen führen.

Praktische Hilfestellungen und Tipps zur Thermografie in der Gebäudetechnik

Thermografische Untersuchungen können ein mächtiges Werkzeug sein, um Wärmelecks, Energieverluste und andere Probleme in Gebäuden zu identifizieren. Um jedoch genaue und zuverlässige Ergebnisse zu erzielen, müssen Fachleute einige wichtige Richtlinien und Best Practices befolgen:

1. Thermografische Aufnahmen im Winter: Die Untersuchung der Gebäudehülle von außen sollte an kalten Tagen im Winter (Außentemperatur < 5°C) durchgeführt werden, um die Temperaturunterschiede zwischen innen und außen hervorzuheben.
2. Störgrößen berücksichtigen: Achten Sie auf Fremdstrahlungen wie Sonnenstrahlung, Wärmestrahler durch Beleuchtung oder Heizflächen, da diese das Thermogramm verzerren können.
3. Gleichgewichtiger Beharrungszustand: Vor Beginn der Untersuchung sollte sich das Objekt in einem gleichgewichtigen Beharrungszustand befinden, um stabile und repräsentative Messungen zu erhalten.
4. Bedingungen für die Untersuchung von Gebäudehüllflächen: Achten Sie auf geeignete Raum- und Außentemperaturen und sorgen Sie für eine unterbrechungsfreie Beheizung, ohne dass Störgrößen vor oder während der Messung eingreifen.
5. Ganzheitliches Modell: Vermeiden Sie Fehldiagnosen, indem Sie das gesamte Bautechnische Modell betrachten (z. B. Wandaufbau mit Temperaturverlauf).
6. Untersuchung technischer Anlagen: Untersuchen Sie technische Anlagen während einer repräsentativen Betriebsphase, um realistische Bedingungen zu simulieren.
7. Strukturierte Nummerierung: Verwenden Sie eine strukturierte Nummerierung von Bildern und Dateien und führen Sie genaue Notizen für die spätere Zuordnung mittels Kameratechnik.
8. Darstellung von Wärmeverlusten an transparenten Bauteilen: Zur Vermeidung von Reflexionen und Spiegelungen an Glasflächen oder anderen transparenten Materialien kann Klebeband verwendet werden.