Thermografie

Die Infrarotthermografie ist ein passives Verfahren zur berührungslosen Messung der Temperaturverteilung an Bauteiloberflächen. Jeder Körper mit einer Temperatur oberhalb des absoluten Nullpunktes sendet elektromagnetische Strahlung aus. Bestimmt man die Intensität dieser Strahlung, kann daraus die Absoluttemperatur ermittelt werden.
Ein Infrarot-Strahlungsdetektor – das Herzstück einer Thermografiekamera – ist in der Lage, diese Intensitätsverteilung über ein optisches System aufzunehmen und in Temperaturen umzurechnen. So entsteht mittels Falschfarben ein Bild, das die Temperaturverteilung an der Bauteiloberfläche sichtbar macht.

Diese Darstellungsform wird üblicherweise als Wärmebild oder Thermogramm bezeichnet. In der Regel wirddie Farbzuordnung so gewählt, dass hellere Farben (gelb, rot) einer höheren und dunklere Farben (grün,blau) einer geringeren Oberflächentemperatur entsprechen.

Messvoraussetzungen

Die Grundvoraussetzung für das Thermografieren ist immer dann gegeben, wenn ein durch Temperaturunterschiede erzwungener, zeitlich möglichst konstanter Wärmestrom fließt.

Dieser Wärmestrom erzeugt dann durch die lokal unterschiedlichen Wärmewiderstände der durchströmten Bauteile lokal unterschiedliche Oberflächentemperaturen, die von der Thermografiekamera erfasst werden. Moderne hochauflösende Infrarot-Thermografiekameras können Temperaturdifferenzen an den Bauteiloberflächen von wenigen hundertstel Grad sichtbar machen, sodass zum Aufbau des Wärmestromes
und zur eindeutigen Erkennung von Schwachstellen bereits Temperaturunterschiede ab ca. 10 K ausreichend sind. Einfache Kameras aus dem Einsteigersegment oder viele ältere Kameramodelle hingegen benötigen deutlich größere Wärmeströme bzw. Temperaturunterschiede von mindestens 20 K, um eine verlässliche Aussage über den Zustand eines Bauteils treffen zu können.

Technik

Die Technik ist gerade in der Gebäudethermografie entscheidend. Da die hier zu messenden Temperaturunterschiede sehr gering sind.

Zum Einsatz kommt ein InfraTec (JENOPTIK-Thermografiesystem)
VarioCAM hr in Sonderauführung LowNoise-Detektor
Thermische Auflösung @ 30°C: besser als 0,03 K
Erhöhung der geometrischen Auflösung auf bis zu (768×576) Infrarot-Pixel
an unterschiedlichen Objektiven

Bauthermografie ist die Begutachtung beheizter oder gekühlter Gebäude

Gebäudethermografie Voraussetzungen
Die Oberflächentemperaturen werden im wesentlichen durch die Außen- und Innenlufttemperaturen bestimmt. Zusätzlich können Umwelteinflüsse wie Wind, Regen und Sonneneinstrahlung zu einer Erwärmung oder Abkühlung der Gebäudehülle führen und die wärmestrombedingten Temperaturen an der Bauteiloberfläche verfälschen. Damit wird der Zeitraum zur Durchführung der Gebäudethermografie deutlich eingeengt, vorzugsweise auf die frühen Morgen- oder späten Abendstunden bei windstillem und trockenem Wetter.
Zusammen mit den im Objektinneren vorhandenen oder zu schaffenden Verhältnissen werden hiermit die Voraussetzungen bestimmt, unter denen thermografische Untersuchungen vorgenommen werden können. Verwertbare Messergebnisse bei der Thermografie von Gebäuden im Außenbereich können nur erzielt werden, wenn folgende Voraussetzungen eingehalten werden:

¦ Aufnahmezeit in späten Abend-/frühen Morgenstunden oder bedingt an trüben Tagen
¦ Differenz Außentemperatur – Raumtemperatur > (10 … 20) K
¦ trockene Witterung und Windverhältnisse < 2 m/s
¦ Innenräume gleichmäßig temperiert (Innentüren offen) und Fenster geschlossen
¦ automatische Nachtabsenkung der Heizung außer Betrieb nehmen

Gebäudethermografie von Innen oder Außen
Grundsätzlich ist es möglich sowohl die Gebäudeaußenflächen als auch innerhalb des Gebäudes zu
thermografieren. Beide Verfahrensweisen haben Vor- und Nachteile. Schließlich entscheiden die
Aufgabenstellung einer thermografischen Untersuchung, die Gebäudekonstruktion oder die vorhandenen
Umgebungsbedingungen mit darüber, welcher Aufnahmestandort zweckmäßigerweise gewählt werden
sollte. So sind beispielsweise hinterlüftete Fassaden grundsätzlich nur von innen, Heizkörpernischen
vorrangig von außen zu thermografieren.

Thermografie der äußeren Gebäudehülle: Sie wird hauptsächlich zur schnellen und übersichtlichen Erkennung von Wärmebrücken und Feuchteschäden an der Außenwand durchgeführt. In der Regel kann die gesamte Wärme abgebende Außenwand im Überblick gut eingesehen werden.

Thermografie im Innenbereich: Zur detaillierten Untersuchung von Bauteilen bedient man sich bevorzugt der Innenthermografie.

Kontrolle der Bausführung
Die im Bauwesen am häufigsten auftretenden wärmetechnischen Baumängel, welche auch zu Bauschäden führen können, stellen zweifelsohne die Wärmebrücken dar. Das sind örtlich begrenzte Stellen mit gegenüber den umgebenden Bereichen erhöhtem Wärmedurchgang. Sie sind nicht nur für erhöhte Energieverluste verantwortlich, sondern auch für Tauwasserbildung und letztendlich für Schimmelpilzbefall. So kann unter bestimmten Umständen die am betroffenen kalten Bauteil vorbeiströmende warme Raumluft bis zur Taupunkttemperatur abgekühlt werden. Infolge der Kondensation schlägt sich Feuchtigkeit nieder und bietet die Voraussetzung für Schimmelpilzbefall. Der gleiche Effekt kann bei Luftundichtigkeiten insbesondere im Fugenbereich von Leichtbau-Außenwänden auftreten. Die warme Raumluft wird über luftundichte Bauteile auf die kalte, ungedämmte Seite befördert. Dabei kann warme, mit viel Wasserdampf angereicherte Luft soweit heruntergekühlt werden bis sich Tauwasser niederschlägt. Besonders Konstruktionselemente aus Holz können hierbei langfristig zerstört
werden. Die Luftdichtigkeitsprüfung sollte in Verbindung mit einer thermografischen Untersuchung im Inneren des Gebäudes erfolgen.

Erkennen verdeckter Bauteile
die qualitative thermografische Untersuchung bietet unter bestimmten Voraussetzungen die Möglichkeit, verdeckte Rohrleitungen, Leckagen an Heizleitungen oder auch die Lage von verdeckten Konstruktionselementen zu orten. Hierbei wird der Einfluss der unterschiedlichen Wärmewiderstände und Wärmekapazitäten der zu ortenden Objekte auf den Wärmedurchgang bzw. die Tatsache, dass die zu ortenden Objekte Wärmequellen oder Wärmesenken sind,
genutzt.

Industriethermografie ist die Begutachtung mechanischer Baugruppen wie Lager, Pumpen, Motoren etc.

Thermografie in der Industrie

Eine Wärmebildkamera erlaubt eine effiziente Inspektion durch bildliche Darstellung und Alarmierung
Thermografie ist die flexibelste Methode vorbeugender Instandhaltung

Inspektion mechanischer Baugruppen
Die Wärmebildkamera erfasst Temperaturänderungen durch Zug, Druck und Reibung im Betrieb. So können mechanische Belastungen durch Druck, Zug und Reibung sichtbar gemacht werden, bevor teure Schäden entstanden sind.

Thermografie-Inspektionen aus sicherer Entfernung
Diese Untersuchungen sind aus sicherer Entfernung möglich. So kann der Thermograf außerhalb eines Gefahrenbereichs bleiben und die entsprechende Anlage braucht nicht heruntergefahren werden.

Das Erfassen schneller Bewegungsabläufe
Viele mechanische Bewegungen laufen bei hohen Geschwindigkeiten ab. Wärmebildkameras mit hohen Bildwiederholraten können diese Bewegungen gut auflösen und erlauben es so Fehler gezielter zu suchen.

Besondere Vorteile der vorbeugenden Instandhaltung mit einer Wärmebildkamera sind:
Eine nicht-kontaktierenden Temperaturmessung
Ein schnelles Reporting entscheidender Inspektionsergebnisse
Einfache Protokollierung des Anlagenzustands durch Speicherung der Thermografie-Daten
Einfache Bestimmung des bestmöglichen Zeitpunkt Wartungszeitpunktes

Photovoltaikthermografie dient der Fehlersuche an PV-Anlagen

Thermografische Inspektion von Photovoltaik-Anlagen

Mit einer professionellen Wärmebildkamera können Fehler an neu errichteten und bestehenden Photovoltaik-Anlagen thermografisch dargestellt werden:

Effizientes Aufspüren von Leistungsverlusten
Erkennung einer großen Bandbreite von Fehlstellen und Unregelmäßigkeiten
Bildliche Darstellung erlaubt Erstaussage schon vor Ort
Verfolgung des Anlagenzustandes über die Zeit anhand gespeicherter Daten
Problemloser Einsatz an laufenden Anlagen
Effizientes Reporting mit moderner Thermografie-Software

Wärmebildkameras lassen sich an verschiedensten Photovoltaik-Anlagen einsetzen

Die Zahl von Wohn- und Nichtwohngebäuden, die mit Photovoltaik-Anlagen zur Gewinnung regenerativer Energie ausgerüstet wurden, stieg in den vergangenen Jahren gewaltig an. Große Parks zur Nutzung derSonnenenergie wurden angelegt. Der Nutzung regenerativer Energien wird in den nächsten Jahren eine zunehmende Bedeutung beigemessen werden. Viele Photovoltaik-Anlagen erreichen nach einiger Betriebszeit nicht mehr ihre ursprünglich installierte Leistung, was zu einer Verringerung der Energieausbeute führt. Einzelne Zellen fallen aus, wichtige Bauteile wie z. B. Wechselrichter arbeiten nicht mehr mit vollem Wirkungsgrad. Die Folgen sind – neben der Ertragsminderung – Erwärmungen bzw. Überhitzungen von Fehlerstellen durch parasitäre Ströme, die zu weiteren Schäden bis hin zu Bränden führen können. Diese Fehlerstellen – auch Hotspots genannt – lassen sich anhand ihrer thermischen Signatur sehr gut mit Hilfe einer Wärmebildkamera lokalisieren und anschließend einer zielgerichteten Reparatur unterziehen.

Elektrothermografie Anlagen wie Elektroverteilungen, Sicherungen etc.

Thermografie zur Inspektion von Elektroanlagen

Thermografie erlaubt schnelle Rückschlüsse auf den Zustand elektrischer Installationen

Hot-spots sind bei vergleichender Thermografie ein guter Indikator für Fehler
Sicheres Auffinden von Fehlern wird nur mit ausreichend hoher Pixelzahl erreicht
Lastverhalten von Elektroanlagen bei Thermografie-Messungen beachten
Flexibilität der Wärmebildkamera durch Wechselobjektive

Qualitative Thermografie ermöglicht einfache Inspektion

Die Inspektion von Elektroinstallationen mit einer Wärmebildkamera gilt prinzipiell der Suche nach Hot-spots, also nach Gebieten mit überhöhten Temperaturen. Diese zeigen sich oft insbesondere im Vergleich mit anderen Installationen oder Bauteilen gleicher Art, aber anderen Temperaturen. So kann beispielsweise eine mangelnde Isolation an einer Phase zu Kriechströmen und damit zu einer erhöhten Wärmeentwicklung führen, die an anderen Fasen nicht feststellbar ist. Die vergleichende Betrachtung, auch qualitative Thermografie genannt, erlaubt in vielen Inspektionssituationen ausreichend sichere Aussagen über den Anlagenzustand.