Fachbegriffe Thermogragrafie
Eine Gebäudethermografie macht sichtbar, wo ein Gebäude Energie verliert, Bauteile auskühlen oder sich Feuchtigkeit und Schimmelprobleme anbahnen. Mit einer Wärmebildkamera (Infrarotkamera) werden die Oberflächentemperaturen der Bauteile berührungslos erfasst und als farbiges Wärmebild dargestellt. Warme Bereiche erscheinen anders als kalte. So lassen sich Wärmebrücken, Dämmfehler, Luftundichtigkeiten und Feuchtigkeitsschäden sehr anschaulich darstellen.
Gerade bei der Ursachensuche von Schimmelpilzschäden ist die Infrarotthermografie ein wertvolles Diagnosewerkzeug. Sie zeigt, wo Bauteile dauerhaft zu kalt sind, wo Kondensat entsteht oder wo durch verdeckte Leckagen Feuchtigkeit in Wände, Decken oder Dächer eindringt. In Kombination mit Feuchte- und Klimamessungen lassen sich so nicht nur sichtbare, sondern auch verdeckte Schäden sicher aufspüren.
Ein weiterer Vorteil, Thermografie ist kontaktlos und zerstörungsfrei. Die Untersuchung kann meist im laufenden Betrieb erfolgen, ohne Bauteile zu öffnen. So erhält der Eigentümer eine klare Entscheidungsgrundlage, ob und wo Sanierungsmaßnahmen nötig sind, etwa zur Verbesserung der Wärmedämmung, zur Vermeidung von Schimmelbildung oder zur Reduzierung der Heizkosten.
Auf dieser Seite erkläre ich Ihnen die wichtigsten Fachbegriffe der Gebäudethermografie, verständlich und praxisnah. So können Sie Ihre Thermografieaufnahmen besser einordnen und die Aussagen eines Gutachtens sicher nachvollziehen.
Absoluter Nullpunkt
Der absolute Nullpunkt ist die theoretisch niedrigste erreichbare Temperatur. Bei –273,15 °C (0 Kelvin) kommt die Bewegung der Atome und Moleküle praktisch zum Stillstand.
Absorption
Absorption beschreibt die Aufnahme von Strahlung durch einen Körper. Die eingestrahlte Energie wird im Material gespeichert und oft in Wärme umgewandelt.
Arten der Wärmeübertragung
In der Thermografie unterscheidet man vier grundlegende Arten der Wärmeübertragung:
- Wärmeleitung (im festen Stoff),
- Konvektion (durch bewegte Luft oder Flüssigkeit),
- Verdunstung / Kondensation (Phasenwechsel von Flüssigkeit und Gas),
- Strahlung (elektromagnetische Wärmestrahlung).
Alle vier Mechanismen beeinflussen das Temperaturbild auf einer Oberfläche.
Bildausschnitt
Der Bildausschnitt beschreibt den Bereich, den die Kamera im Wärmebild erfasst. Er sollte so gewählt werden, dass das relevante Bauteil vollständig und möglichst formatfüllend im Bild liegt.
Delta-T
Delta-T (ΔT) steht für den Temperaturunterschied zwischen zwei Punkten oder Flächen. In der Thermografie nutzt man ΔT, um Auffälligkeiten mit einer Referenztemperatur zu vergleichen und zu beurteilen, wie stark eine Abweichung ist.
Einfallende Strahlung
Die einfallende Strahlung ist die gesamte Umgebungsstrahlung, die auf eine Oberfläche trifft. Sie setzt sich aus direkter und indirekter (reflektierter) Strahlung zusammen und beeinflusst die Messung der Infrarotkamera.
Emission
Emission ist die Abgabe von Strahlung durch einen Körper. Jeder Körper mit einer Temperatur über dem absoluten Nullpunkt sendet Wärmestrahlung im Infrarotbereich aus.
Emissionsgrad und Absorptionsgrad
Der Emissionsgrad gibt an, wie gut eine Oberfläche im Vergleich zu einem idealen schwarzen Strahler Wärme abstrahlt. Der Absorptionsgrad beschreibt, wie gut sie einfallende Strahlung aufnimmt. Physikalisch gilt:
Ein Körper emittiert Strahlung genauso gut, wie er sie absorbieren kann
Emissions- und Absorptionsgrad sind daher gleich.
Energieerhaltungsgesetz
Das Energieerhaltungsgesetz besagt, dass die Gesamtenergie in einem abgeschlossenen System konstant bleibt. Energie kann nur von einer Form in eine andere umgewandelt werden, geht aber nicht verloren. Auch bei der Wärmeübertragung wird lediglich Energie zwischen Körpern und Medien verteilt.
Exitante Strahlung
Die exitante Strahlung ist die gesamte Strahlung, die eine Oberfläche verlässt – unabhängig davon, ob sie vom Körper selbst emittiert oder von der Umgebung eingestrahlt und wieder reflektiert wird.
Infrarottechnik umfasst die Anwendungsbereiche
Unter Infrarottechnik fasst man alle technischen Anwendungen zusammen, die Infrarotstrahlung nutzen. Dazu gehören u. a. Kamerabedienung und Anwendung, verschiedene Analysetechniken, die Strahlungs- und Wärmelehre, spezielle Inspektionsvorschriften sowie die Berichterstellung im Rahmen von Thermografieuntersuchungen.
Infrarotthermografie
Die Infrarotthermografie befasst sich mit der Aufnahme und Auswertung thermischer Informationen mit Hilfe berührungsloser Wärmebildgeräte. Sie macht Temperaturverteilungen sichtbar und erlaubt eine zerstörungsfreie Beurteilung von Bauteilen und Anlagen.
Instationäre Wärmeübertragung
Bei einer instationären Wärmeübertragung ändern sich Temperatur und Wärmestrom im Laufe der Zeit. Beispiele sind Aufheiz- oder Abkühlvorgänge, Bauteiltrocknung oder kurzzeitige Temperaturspitzen.
Isotherme
Eine Isotherme ist ein Bereich oder eine Linie im Wärmebild, der eine gleiche (scheinbare) Temperatur markiert. In der Kamera werden dafür häufig bestimmte Farben oder Kontrastfarben verwendet, um Temperaturintervalle hervorzuheben.
Kondensation
Kondensation ist der Übergang eines Stoffes vom gasförmigen in den flüssigen Zustand. In Gebäuden bedeutet das meist, dass sich Feuchtigkeit aus der Luft an kalten Oberflächen niederschlägt – ein wichtiger Faktor bei der Entstehung von Schimmel.
Konvektion
Konvektion beschreibt die Wärmeübertragung durch die Bewegung eines strömungsfähigen Mediums, z. B. Luft oder Wasser. Warme Luft steigt auf, kalte Luft sinkt ab – dadurch wird Wärme von einem Ort zum anderen transportiert.
Level und Span
Span ist der eingestellte Temperaturbereich im Wärmebild, also die Spanne zwischen minimaler und maximaler Temperatur, die dargestellt wird.
Level bezeichnet die Mittellage dieses Bereichs. Über Level und Span wird der Bildkontrast eingestellt.
Lichtgeschwindigkeit
Die Lichtgeschwindigkeit ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit elektromagnetischer Wellen im Vakuum. Sie beträgt rund 3 · 10⁸ m/s (ca. 300.000 km/s) und gilt auch für elektromagnetische Wärmestrahlung im Infrarotbereich.
Nutzen der Thermografie
Der Nutzen der Thermografie liegt in der berührungslosen, bildgebenden und schnellen Messung von Oberflächentemperaturen – auch über größere Entfernungen. Thermografie arbeitet in Echtzeit und eignet sich daher ideal zur Diagnose von Energieverlusten, Wärmebrücken, Feuchtigkeit und Bauschäden.
Optischer Fokus
Der optische Fokus ist die Scharfstellung der Kameraoptik auf das Messobjekt. Nur bei korrekter Fokussierung sind Messwerte und Details im Wärmebild zuverlässig erkennbar.
Qualitative Thermografie
Die qualitative Thermografie wertet hauptsächlich Wärmemuster aus. Es geht darum, Auffälligkeiten zu erkennen, ihre Lage festzustellen und die Ursache zu beurteilen, ohne dass exakte Temperaturwerte im Vordergrund stehen.
Quantitative Thermografie
Die quantitative Thermografie nutzt die gemessenen Temperaturen zur Bewertung der Schwere von Auffälligkeiten und zur Festlegung der Dringlichkeit von Reparaturen oder Sanierungsmaßnahmen.
Reflexion
Reflexion bedeutet, dass ein Teil der einfallenden Strahlung von einer Oberfläche zurückgeworfen wird. Spiegelnde oder glatte Oberflächen können im Wärmebild Fremdstrahlung reflektieren und so Messungen verfälschen.
Scheinbare Temperatur
Die scheinbare Temperatur ist der Rohwert, den die Infrarotkamera misst, bevor Emissionsgrad, reflektierte Umgebungsstrahlung und andere Einflussgrößen korrigiert werden. Sie umfasst also alle Strahlungsanteile, die das Objektiv erreichen.
Spezifische Wärmekapazität
Die spezifische Wärmekapazität beschreibt, wie viel Wärmeenergie ein Material speichern kann. Sie gibt an, welche Energiemenge nötig ist, um eine bestimmte Masse eines Stoffes um 1 Kelvin zu erwärmen.
Stationäre Wärmeübertragung
Bei einer stationären Wärmeübertragung herrscht ein Gleichgewichtszustand. Die Temperaturen bleiben zeitlich konstant und der Wärmestrom durch ein Bauteil ändert sich nicht mehr.
t = Transmittieren
t steht für Transmittieren. Dieser Anteil der Strahlung wird von einem Körper durchgelassen, ohne absorbiert oder reflektiert zu werden.
Temperatur
Die Temperatur ist ein Maß für die mittlere Bewegungsenergie der Atome und Moleküle eines Körpers. Je höher die Temperatur, desto intensiver bewegen sich die Teilchen und desto mehr Wärmestrahlung wird abgegeben.
Temperaturbereich
Der Temperaturbereich ist die Spanne zwischen minimaler und maximaler Temperatur im betrachteten Szenenausschnitt. Er bestimmt, welche Temperaturen im Wärmebild dargestellt werden können.
Temperaturgradient
Der Temperaturgradient beschreibt, wie sich die Temperatur auf einer Strecke oder Fläche räumlich verändert. In der Thermografie erkennt man Temperaturgradienten an Farbübergängen oder Helligkeitsverläufen.
Thermische Feineinstellung
Die thermische Feineinstellung bedeutet, die Temperaturskala (Level und Span) an das jeweilige Objekt anzupassen. Dadurch wird der Bildkontrast optimiert und auch kleine Temperaturunterschiede werden im Wärmebild sichtbar.
Transmission
Transmission ist das Durchlassen von Strahlung durch einen Körper. Ein Teil der einfallenden Strahlung passiert das Material und tritt auf der anderen Seite wieder aus.
Verdunstung
Verdunstung ist der Übergang einer Flüssigkeit in den gasförmigen Zustand. Dieser Vorgang entzieht der Oberfläche Wärme und kann zu lokalen Abkühlungen führen, die in der Thermografie sichtbar werden.
Warum ist Temperatur wichtig
Die Temperatur ist eine zentrale Größe in nahezu allen technischen und physikalischen Prozessen. In der Thermografie ist sie die Basisgröße, um Energieverluste, Feuchtigkeit, Schimmelgefahr und Bauteilzustände zu beurteilen.
Weitere Anwendungen
Neben der Gebäudediagnostik wird die Thermografie u. a. in Forschung und Entwicklung, Human- und Veterinärmedizin, Qualitätssicherung, Prozessüberwachung, zerstörungsfreier Prüfung und zur Lokalisierung verdeckter Bauteile (z. B. Trockenbauprofile, Heizleitungen) eingesetzt.
Welle
Eine Welle ist eine sich fortpflanzende Störung, durch die Energie von einem Punkt zum anderen übertragen wird, z. B. als Schallwelle, Wasserwelle oder elektromagnetische Welle (Licht, Infrarotstrahlung). Wärmestrahlung ist eine elektromagnetische Welle im Infrarotbereich.
Wellenlängenbänder
Das elektromagnetische Spektrum wird in verschiedene Wellenlängenbänder unterteilt, z. B. Gamma- und Röntgenstrahlen, UV, sichtbares Licht, Infrarot, Mikrowellen und Radiowellen. Thermografiekameras arbeiten im Infrarotbereich.
Wichtigste Einstellungen
Zu den wichtigsten Einstellungen einer Wärmebildkamera gehören insbesondere Temperaturbereich, optischer Fokus und Bildausschnitt. Sie entscheiden darüber, ob die Aufnahmen aussagekräftig und messtechnisch verwertbar sind.
Wärme
Wärme ist eine Form von Energie, die mit der Bewegung von Atomen und Molekülen verknüpft ist. Je mehr sich die Teilchen bewegen, desto mehr Wärmeenergie besitzt ein Körper.
Wärmeleitfähigkeit
Die Wärmeleitfähigkeit (k oder λ) ist eine Materialkennzahl. Sie zeigt an, wie gut ein Stoff Wärme leitet. Die Einheit ist Watt pro Meter und Kelvin (W/m·K).
Wärmeleitung
Wärmeleitung ist die Übertragung von Wärme innerhalb eines festen Körpers durch direkte Teilchenstöße, also von Molekül zu Molekül, ohne dass sich der Stoff als Ganzes bewegt.
Wärmeleitung im stationären Zustand
Bei stationärer Wärmeleitung ist der Wärmestrom konstant. Er ist direkt proportional zur Wärmeleitfähigkeit, zur Querschnittsfläche des Körpers und zum Temperaturunterschied zwischen den Enden – und umgekehrt proportional zur Länge/Dicke des Bauteils.
Wärmestrom (Fließrichtung)
Der Wärmestrom beschreibt die gerichtete Übertragung von Wärmeenergie.
Sie fließt immer spontan von warm nach kalt, bis sich ein Gleichgewicht eingestellt hat.
Wärmeübertragung durch Strahlung
Bei der Wärmeübertragung durch Strahlung wird Energie in Form elektromagnetischer Wellen übertragen. Sie kommt ohne materielles Medium aus und hängt von Emission und Absorption der beteiligten Flächen ab.
Zustandsorientierte Instandhaltung
Bei der zustandsorientierten Instandhaltung werden Anlagen und Bauteile (z. B. Rohrleitungen, Gebäude, Photovoltaikanlagen, Maschinen, Behälter) regelmäßig überwacht, um anhand ihres tatsächlichen Zustands Instandhaltungsmaßnahmen gezielt zu planen, statt nach starren Zeitintervallen.
α + τ + ρ = 1 = 100 %
Diese Gleichung beschreibt die Energieaufteilung der einfallenden Strahlung an einer Oberfläche:
- α = absorbierter Anteil,
- τ = transmitierter Anteil,
- ρ = reflektierter Anteil.
Die Summe aller drei Anteile ergibt immer 1 bzw. 100 % der einfallenden Strahlung.
α = Absorbieren
α steht für den Anteil der Strahlung, den eine Oberfläche absorbiert. Dieser Anteil wird im Material aufgenommen und häufig in Wärme umgewandelt.
ρ = Reflektieren
ρ steht für den Anteil der Strahlung, der von einer Oberfläche reflektiert wird. Dieser Anteil verlässt die Oberfläche, ohne in das Material einzudringen.