Gebäudeautomation/ MSR | Grundlagen | 24.10.2017

Infrarot-Thermografie

Qualifizierte Ausbildung zur richtigen Anwendung notwendig

Betrachtet man die technische Auslegung der TGA aus physikalischer Sicht, so wird man immer wieder auf die energetischen Grundlagen der Technik zurückgeführt. Energetische Betrachtung bedeutet dabei, oberflächige Wärmesignaturen zu beurteilen. Heizung und Kühlung sind zwei grundlegende Schwerpunkte innerhalb der TGA. Hier nun kommt die Thermografie ins Spiel, ein besonders geeignetes messtechnisches Verfahren, wenn es um die berührungslose Prüfung von Anlagen und Bauteilen sowie die Charakterisierung von Oberflächentemperaturen geht.

  • Wohnhaus mit Wärmesignatur der Gebäudestruktur

  • Auf-Dach-Photovoltaikanlage

  • Hochspannungsleitung

  • Zwei Pumpen im Rücklauf/Vorlauf einer Heizung

  • Flansch real und ...

  • ... in der Thermographieansicht

  • Ein gleichmäßig durchströmter Heizkörper

Thermografie ist ein Infrarot-Temperaturmessverfahren, bei dem berührungslos die Intensität der elektromagnetischen Strahlung eines Körpers gemessen wird. Messtechnisch realisiert wird dies durch Pyrometer (Strahlungsthermometer) oder Wärmebildkameras. Dabei wird ausgenutzt, dass jeder Körper oberhalb der absoluten Nullpunkttemperatur (-273,15 °C) elektromagnetische Strahlung aussendet. Für die menschlichen Sinne bleibt die Welt der Wärmestrahlung größtenteils verborgen. Während der für unsere Augen sichtbare Spektralbereich bei Wellenlängen zwischen 0,38 μm (Blau) und 0,78 μm (Rot) liegt, spricht man im Bereich zwischen 1 und 14 μm vom thermischen Infrarot. Die heutige moderne Technik kann mit Mikrobolometer-Kameras Teile dieser Wellenlängenbereiche sowohl geometrisch als auch thermisch hochauflösend darstellen. Sie macht es dem Menschen möglich, das eigentlich Unsichtbare sichtbar zu machen. Die IR-Sensortechnik wurde beginnend mit den 20er Jahren des letzten Jahrhunderts aus Elementen der Fernsehtechnik entwickelt. Einen großen Entwicklungsschub gab es dann in den 1950 und 1960er Jahren zunächst durch militärische Anwendungen, z.B. Infrarot-Zielsuchköpfe für Raketen. Praxistaugliche Geräte in handhabbarer Form gibt es zu bezahlbaren Preisen erst seit etwa 15 bis 20 Jahren.
Der Klassiker in der Anwendung ist seit vielen Jahren die Gebäudethermografie. Energieeinsparung und Wärmeschutz sind in Zeiten steigender Energiepreise eine zwingende und auch lohnende Aufgabe. Auf der Suche nach „Wärmebrücken“ (Pfeile in Bild 1) leistet eine Wärmebildkamera dabei unschätzbare Dienste.
Ob auf Dächern installiert oder als Freiflächenanlage, die Photovoltaik ist in den letzten Jahren zu einem interessanten Aufgabengebiet für den Thermografen geworden. Statt der mühsamen elektrischen Einzelprüfung der Photovoltaikmodule kann mit einer Thermokamera sehr schnell ein Überblick über die gesamte Anlage und damit mögliche Fehler und Defekte gewonnen werden. Die beiden markierten Messpunkte (Bild 2) zeigen den Wärmeunterschied von Solarmodulen und weisen auf einen Fehler hin. Die Ursache war im konkreten Fall eine falsche Verschaltung der Felder mit den Wechselrichtern.
Ein weiteres großes Einsatzfeld erschließt sich für die Wärmebildtechnik im Rahmen der technischen Fehlererkennung und Instandhaltung. Im handwerklichen und industriellen Umfeld liegt der besondere Vorteil darin, dass dies bei laufendem Betrieb einer Anlage passieren kann. Die Infrarot-Thermografie ist eine effektive Methode für die vorbeugende Instandhaltung von Anlagen und Betriebsmitteln. Anhand thermografischer Analysen können, ohne Abschaltung der Anlage, Schäden und Schwachstellen transparent gemacht und frühzeitig erkannt werden. Anlagenausfälle können hierdurch vermieden und Instandhaltungsmaßnahmen rechtzeitig geplant werden (Bild 4).
Neben dem mobilen Einsatz von Wärmebildkameras gewinnt aber auch die stationäre Prozessüberwachung zunehmend an Bedeutung. Ob zur Temperaturüberwachung eines Schmelzofens oder zur vorbeugenden Brandkontrolle einer Mülldeponie, hier überall kann die Infrarot-Messtechnik ihre besonderen Vorteile ausspielen, völlig unabhängig von Tages- und Nachtzeit oder Wetter und auch vollautomatisch arbeitend. Ein entscheidender Vorteil beim Einsatz einer Wärmebildkamera liegt auch darin, dass man ein Messobjekt über große Entfernungen (mehrere hundert Meter) anzeigen kann. Gefährliche Objekte, z.B. rotierende Anlagenteile oder Anlagen unter Hochspannung, können aus sicherer Entfernung gefahrlos vom Thermografen begutachtet werden (Bild 3). 
Hohe Temperaturen z.B. einer Metallschmelze sind mit einer geeigneten Kamera genauso wenig ein Problem, wie die Suche nach Gaslecks in einer Biogasanlage. Da berührungslos gemessen wird, ist die Kontaminierung von Lebensmitteln (z.B. Gefriergut) ausgeschlossen. Empfindliche Oberflächen werden nicht beschädigt, wie dies beim Einsatz eines Kontaktthermometers unvermeidlich wäre. Die IR-Thermografie ist somit eine unverzichtbare Inspektionshilfe und leistet einen wichtigen Beitrag zur Früherkennung von Schäden.
Voraussetzung für eine fachgerechte Thermografie ist eine professionelle Beherrschung der Technik. Ohne einige Grundkenntnisse physikalischer Zusammenhänge erschließt sich die Welt der „bunten Bilder“ nicht wirklich. Die physikalischen Grundlagen stammen dabei von so berühmten Namen wie den Physikern Herschel, Planck, Stefan, Boltzmann und Wien. Ihre Entdeckungen, Forschungen und daraus formulierten Gesetze ermöglichen es, die thermischen Eigenschaften eines Körpers sichtbar zu machen. Und damit zum Anwender der Thermografie, den Thermografen. Leider ist diese Berufsbezeichnung in Deutschland nicht geschützt. Wer glaubt, mit den am Markt angebotenen Geräten nach dem Lesen der Gebrauchsanweisung verlässliche und fundierte Aussagen treffen zu können, der irrt. Ob günstiges Einsteigergerät oder teure Highendkamera, das nötige Fachwissen erst erlaubt eine exakte Kamerabedienung und mehr noch, die fachgerechte Auswertung der thermografischen Bilder.
Wie funktioniert der Mechanismus der Wärmeübertragung in meinem Prüfobjekt? Wieso erkenne ich die Lage des Fachwerks in der eigentlich verputzten Wand? Wie ist meine Maschine oder meine Anlage konstruiert. Sehe ich einen wirklichen „hotspot“ (beispielsweise eine Wärmebrücke) oder die reflektierte Temperatur eines anderen Körpers? Nur mit entsprechenden Fachkenntnissen kann man die in einem Thermogramm erkennbaren thermischen Signaturen korrekt interpretieren (Bilder 5 und 6).
Um die Funktionsweise einer Thermokamera zu verstehen, ist aber ebenso ein Ausflug in die Optik nötig. Wie in jeder (optischen) Digitalkamera sind in einem Strahlungsmessgerät auch Linsensysteme verbaut, nur eben für andere Wellenlängenbereiche, nämlich infrarote Strahlung. Dies erklärt auch die eigenartige kupferfarbene Optik von Wärmebildkameras, die i.d.R. aus speziell vergüteten Germaniumlinsen besteht.
Um gerade im TGA-Bereich eine konkrete Messaufgabe lösen zu können, muss die minimale geometrische Auflösung der Kamera beachtet werden. Die exakte Temperaturmessung an einem Rohr (Bild 7) oder gar an einem Elektrokabel setzt natürlich die Kenntnis dieser Kameraeigenschaften und Einhaltung des korrekten Abstands voraus. Einige Grundkenntnisse über optische Gesetze und die Anwendung des Dreisatzes können also nicht verkehrt sein. So sind in der Praxis immer wieder fehlerhafte Messungen beispielsweise mit Infrarotthermometern zu beobachten. Da die Messfleckgröße eines Infrarotthermometers deutlich größer als der Kabeldurchmesser ist, kann die Temperaturaussage in diesem Fall nur als fahrlässig bezeichnet werden. Die sich ergebende Mischtemperatur aus Kabeltemperatur und Hintergrundtemperatur liefert einen völlig falschen Wert. Dass möglicherweise schon Brandgefahr besteht, kann auf diese Art und Weise der Messung nicht erkannt werden. Durch die Verwendung einer guten Wärmebildkamera mit tausenden von Messpunkten kann dieses Problem in der Praxis gelöst werden. Aber analog gelten diese Aussagen selbstverständlich auch für die Anwendung mit einer Wärmebildkamera.
Info

Infrarot-Thermographie

Wer sich weiterführend mit dem Thema Infrarot-Thermografie befassen möchte, dem sei das Buch „Einführung in die praktische Thermografie“ (Shaker-Verlag; ISBN 978-3-8440-0784-8) zum Thema empfohlen.

Zum Inhalt des Buches gehört deshalb auch eine Besprechung einiger grundlegender Begriffe der Thermodynamik. Der größte Teil widmet sich der speziellen Gerätetechnik einer IR-Kamera. Viele Abbildungen mit erklärenden Texten erläutern die Anwendung der Infrarot-Thermografie.

Info

Fachleute und Weiterbildung

Wer auf der Suche nach einem fachkundigen Thermografen ist, sollte sich die Zertifizierung nachweisen lassen, bevor ein Auftrag vergeben wird. Hilfestellung kann dazu der „Bundesverband für Angewandte Thermografie“ (VATh) geben. Neben verschiedenen Richtlinien zum Herunterladen (z.B. Bauthermografie, Elektrothermografie) findet sich auf den Internetseiten des Verbands (www.vath.de) auch eine Mitgliederliste mit den vorhandenen Qualifikationen. Für die eigene Qualifizierung in der Thermographie werden Zertifizierungskurse in verschiedenen Stufen angeboten. Dieses Ausbildungsangebot gibt es zudem von den Herstellern und einigen Distributoren der Kameratechnik.

Autor:

Dipl.-Ing. Päd. (TU), Dipl.-Informationswirt (FH) Dietrich Schneider 

Fakultät Ingenieurwissenschaften, Hochschule Ansbach

Thematisch passende Beiträge

  • Visuelle Infrarot-Thermometer

    Fluke hat mit dem visuellen IR-Thermometer „Fluke VT02“ ein Werkzeug zur Fehlersuche auf Basis einer IR-Wärmekarte im Angebot. Bislang hatten Elektriker und HLK-Techniker die Wahl zwischen Einpunkt-Infrarot-Thermometern und hochauflösenden Wärmebildkameras. Das visuelle IR-Thermometer „Fluke VT02“ schließt diese Lücke, denn in vielen Situationen ist eine Einpunkt-Temperaturmessung nicht...

  • Thermografie – Schwachstellen aufdecken

    Das Interesse an der Thermografie, einem zerstörungsfreien Prüf- und Messverfahren auf Basis der Infrarotstrahlung, wächst mit den Einsatzmöglichkeiten der Kameras. Mit Hilfe der Thermografie können u.a. Schwachstellen von Gebäuden, wie Wärmebrücken, Undicht­heiten, Mängel in der Dämmung und Feuchteschäden in der Gebäudehülle festgestellt werden. Gerade hinsichtlich der politischen Vorgaben aus...

  • Thermografiekurse

    Um mit hochentwickelten Thermografiekameras mehr als bunte Bildchen zu produzieren, benötigen Anwender einiges an Know-how. Das können Interessierte gebündelt in Seminaren des Flir-Schulungscenters ITC erwerben. Gemeinsam mit zehn Trainingspartnern bietet das ITC im Jahr 2014 über 100 Kurse an. Die Einführung kann man in eintägigen Thermografie-Einführungskursen oder zweitä­gigen...

  • Vier Wärmebildkameras

    Testo bringt mit den Modellen „testo 865“, „testo 868“, „testo 871“ und“ testo 872“ vier neue Wärmebildkameras auf den Markt. Die hohe Auflösung bis zu 320 x 240 Pixel garantiert beste Bildqualität, die sich mit der „testo SuperResolution“-Technologie sogar auf 640 x 480 Pixel erhöhen lässt. Mit der „testo Thermography App“ wird das Smartphone oder Tablet des Benutzers zum zweiten Display und zur...

  • Für die Hausautomation

    Mit neuen Komponenten, u.a. zwei HD-Kameras und ein Bewegungsmelder, erweitert Rademacher sein System „HomePilot“ für die Hausautomation. Mit der HD-Kamera für den Innenbereich haben die Bewohner ihr Zuhause jederzeit im Blick. Die Bilder der Kamera werden sowohl in der Bedienoberfläche als auch in der „HomePilot-App“ angezeigt. Aufgrund der Schwenk- bzw. Neigefunktion von 355° horizontal und 120°...

alle News

News der SHK- und Kältebranche

Top 5 - Meistgelesen

Inhalte der nächsten Heftausgaben

  • Heft 12 / 2017

    Klimatisierung in Veranstaltungshallen – Lüftungskonzepte für Behaglichkeit und Raumluftqualität

    Thermischer Komfort, optimale Außenluftversorgung und eine wirtschaftliche Betriebsweise stehen im Fokus der Raumklimatisierung in Veranstaltungshallen. Je nach Größe, Nutzungsart und Personenaufkommen eignen sich hierfür sowohl Mischlüftungs- als auch Quelllüftungskonzepte. Spezielle Luftdurchlässe stellen dabei eine zugfreie Zuluftvolumenstromverteilung, ausreichende senkrechte Eindringtiefen im Heizfall sowie ein behagliches Temperaturniveau im gesamten Aufenthaltsbereich sicher und sorgen in Kombination mit einer intelligenten Ansteuerung für eine bedarfsorientierte und effiziente Hallenklimatisierung.

    (Foto: emco Klima)

  • Heft 01 / 2018

    Eine effiziente Kombination – Wärmepumpe, Sonnenstrom und Batteriespeicher

    Das angedachte Gebäudeenergiegesetz (GEG) wird Energieeinsparverordnung (EnEV) und ErneuerbarenEnergienWärmeGesetz (EEWärmeG) sowie EnergieEinsparGesetz (EnEG) vereinen. Absehbar ist schon jetzt, dass dem Primärenergiefaktor eine höhere Bedeutung zukommen wird. Neubauten brauchen effiziente Kombinationen, etwa aus Wärmepumpe, PV-Strom und eventuell einen Batteriespeicher. Doch wie marktfähig ist diese Variante?

    (Foto: Urbansky)

Einkaufsführer Bau

A | B | C | D | E | F | G | H | I | J | K | L | M | N 
O | P | Q | R | S | T | U | V | W | X | Y | Z | 0-9 | 

Suchbegriff


tab @ Twitter

Branchenbuch der Kälte- und Klimatechnik

Branchenbuch der Kälte- und Klimatechnik

Branchenbuch der Kälte- und Klimatechnik

Das Branchenbuch der Kälte- und Klimatechnik bietet ausführliche Informationen rund um die Anbieter von Kälte- und Klimatechnik.
Hier geht's zur Online-Recherche