Einige Prinzipien und Grundsätze bauthermografischer Untersuchungen

Dabei werden an Wohnräume, Büros, Bibliotheken, Museen, Werkstätten oder Fertigungshallen sehr unterschiedliche Anforderungen gestellt Zumindest darf sich das Klima jedoch nicht schädigend auf die Gebäudesubstanz auswirken Zu einem gesunden Raumklima gehört auch die regelmäßige Erneuerung der Innenluft Für die Einhaltung der Raumklimabedingungen ist im Wesentlichen die Außenhülle eines Hauses verantwortlich, unterstützend können Zwangslüftungen oder Klimaanlagen wirken Die Hülle und die Zusatzeinrichtungen müssen diese Aufgaben im Sommer wie im Winter erfüllen Dabei sollten die energetischen Aufwendungen für die Einhaltung des gewünschten Raumklimas minimal sein nicht schädigend auf die Gebäudesubstanz auswirken. Zu einem gesunden Raumklima gehört auch die regelmäßige Erneuerung der Innenluft. Für die Einhaltung der Raumklimabedingungen ist im Wesentlichen die Außenhülle eines Hauses verantwortlich, unterstützend können Zwangslüftungen oder Klimaanlagen wirken. Die Hülle und die Zusatzeinrichtungen müssen diese Aufgaben im Sommer wie im Winter erfüllen. Dabei sollten die energetischen Aufwendungen für die Einhaltung des gewünschten Raumklimas minimal sein.

thermografie

Professionelle Gebäudethermographie: Holzhaus, bedeckter Himmel, Außentemperatur -14°C, Innentemperatur 21°C, maximale Temperatur im Feld 1 (unten) 13,1°C und im Feld 2 (oben) 9,3°C, Fotos: Thermografie-Pöllinger.

Wärme- und Winddurchlässigkeit der Außenhülle eines Hauses beeinflussen insbesondere im Winter die Energiebilanz negativ. Die Thermografie ist ein hervorragendes Diagnoseverfahren zur Aufdeckung und Bewertung von Wärmedämmfehlern und von Winddurchlässigkeiten in der Außenhülle. Sie ist ein bildgebendes Verfahren zur Bestimmung von Temperaturen und Temperaturdifferenzen auf Oberflächen. Bei der Aufdeckung von Wärmedämmungsfehlern in der Außenhülle ist es theoretisch egal, ob man von innen oder außen thermografiert. Es müssen lediglich auf beiden Seiten bestimmte gleiche Randbedingungen eingehalten werden: Konstante Temperatur, Temperaturdifferenz größer 15 K, kein Wind, kein Regen, keine Emissionsgradunterschiede, keine punktuelle Erwärmung, homogener Wandaufbau, keine inneren Luftschichten in der Wand wie hinterlüftetes Mauerwerk oder schlecht gedämmtes Ständerbauwerk, kein Luftströmung in der Zwischendecke und vieles mehr!

Die Randbedingungen gilt es, so günstig wie möglich zu gestalten

Damit wird schnell klar, dass sich ideale Randbedingungen bei keiner thermografischen Untersuchung einhalten lassen. Die Frage ist deshalb nur, wie gut man sich diesen Idealbedingungen annähren kann. Zusätzlich erschwerend wirkt, dass Mauerwerk auch noch über Wärmespeicherfähigkeit verfügt und Außentemperaturänderung erst mit Verzögerung und Abschwächung auf der anderen Seite erscheinen. In der Praxis sind zwei Fälle von besonderem Interesse, nämlich Messungen an einer Außenwand im stationären, eingeschwungenen Zustand und unter instationären Bedingungen im Winter. Unter stationären Bedingungen ist der Wärmestrom in die Wand gleich dem Wärmestrom aus der Wand. Seine Größe hängt vom Wärmeleitwert des Wandmaterials, also der Isolierung, ab. Verändert sich der Wärmeleitwert der Wand, etwa durch Wärmedämmungsfehler oder Durchfeuchtung, dann ändert sich auch die Temperatur der Wandoberflächen, innen wie außen.

Man kann die Wirkung der Wärmestromänderung auf die Oberflächentemperaturänderungen sehr leicht überprüfen, thermografie2indem man in die Gleichungen für den Wärmeübergang an beiden Wandoberflächen gemäß der Energiesparverordnung die Wärmeübergangskoeffizienten αi = 5 W/(m²·K) und αa = 25 W/ m²·K)einsetzt. So ergibt sich, dass die Temperaturänderung auf der Innenwand um den Faktor 5 größer ist als auf der Außenwand. In der Praxis wird der Faktor 3,2 angenommen.

Die Temperaturunterschiede sind auf der Innenwand immer größer

Das bedeutet, Unterschiede des Wärmeleitwertes in der Wand, die durch Inhomogenitäten des Wandmaterials auftreten, wirken sich auf die Temperatur der Innenwand 3-5 mal stärker aus als auf die der Außenwand. Der thermische Kontrast ist um diesen Faktor größer. Aus messtechnischer Sicht soll die Messgröße möglichst groß sein, um den Fehlereinfluss klein zu halten. Da nun die Temperaturunterschiede etwa zwischen gut und schlecht gedämmten Bereichen innen größer sind als außen, ist die Innenthermografie immer vorzuziehen! Allerdings befindet sich die Gebäudehülle nur selten in einem thermisch stationären Zustand. Während die Temperatur auf der Innenseite konstant gehalten werden kann, ändert sich das Klima auf der Außenseite ständig und unvorhersehbar. Für den Thermografen stellt sich nun die Frage, wie sich die Außentemperaturänderungen auf den Verlauf der Oberflächentemperaturen auf der Außenfläche und der Innenfläche der Gebäudehülle auswirken.

Im Gegensatz zur stationären Wärmeleitung kommen bei der instationären Wärmeleitung noch die spezifische Wärmekapazität des Wandmaterials, die Materialdichte und die Änderungsgeschwindigkeit der Temperatur hinzu. Im vereinfachten instationären Fall verändert sich die Außentemperatur mit dem Tagesgang, der im Winter nicht so ausgeprägt ist wie im Sommer. Diese periodische Temperaturänderung lässt sich als Sinusschwingung mit einer Periode von 24 h um einen konstanten Mittelwert approximieren. Noch langwelligere Temperaturänderungen entstehen durch die Wetteränderungen. Diese Temperaturwelle wird in der Wand stark gedämpft. Je größer die Periodendauer, desto tiefer dringt die Welle in die Wand ein. Bei großen Perioden kann die sehr stark gedämpft Temperaturwelle auf der Innenseite austreten. Das Verhältnis zwischen der Innenwandamplitude und der Außenwandamplitude wird als Temperatur– amplitudenverhältnis bezeichnet. Da meist nicht bekannt ist, in welcher Phasenlage der Schwingung sich die Temperatur der Außenwandoberfläche gerade befindet, bietet die Innenthermografie eine sichere Lösung, denn hier sind die Änderungen der absoluten Temperatur wesentlich geringer.

Thermografen sehen sich oft damit konfrontiert, dass eine Wand aus zwei / (oder mehreren) Materialien besteht, beispielsweise aus Beton mit einer Polystyrolbeschichtung innen oder außen. Tritt nun eine Temperaturerhöhung auf der Außenseite auf, dann wird bei Innenbeschichtung die Wärme vom Beton sehr schnell abgeleitet. Diese Oberfläche bleibt damit vorerst kalt. In einer Polystyrolschicht findet hingegen nur geringe Wärmeleitung statt. Im Thermogramm erscheint deshalb eine Außenbeschichtung aus Polystyrol bis zum thermischen Ausgleich wärmer als die Betonoberfläche, obwohl einen innenbeschichtete Wand den selben Wärmedurchgangskoeffizienten aufweist wie eine außenbeschichtete. Da auf der Innenseite die Temperatur konstant ist, tritt hier dieser Effekt nicht auf. Eine typische Anwendung dieses Effektes ist die Ortung von Fachwerk unter verputzten Fassaden.

Außenbeschichtungen erscheinen wärmer als Innenbeschichtungen

Aber auch die Außenthermografie ist in bestimmten Fällen von Vorteil. So entsteht bei großer Differenz zwischen Innen- und Außentemperatur im Gebäude ein erhöhter Luftdruck, ähnlich wie in einem Heißluftballon. Insbesondere in den oberen Etagen ist dieser Druck erheblich. Diese warme Luft dringt dann durch alle Öffnungen in der Gebäudehülle nach außen, und die Austrittsöffnungen sind sehr gut zu orten. Deshalb werden Undichtigkeiten, im Gegensatz zur schlechteren Wärmedämmung, ohne Blower Door, besser von außen erfasst.

Dr. Jürgen Schoof

Beispiel – Wohnungsthermografie

Altbau, Küchenecke, Raumtemperatur 20°C, Außentemperatur -5°C. In der Innenecke liegt die minimale Temperatur bei 6,5 °C, auf der Außenecke sind keine thermischen Auffälligkeiten feststellbar.

Altbau, Küchenecke, Raumtemperatur 20°C, Außentemperatur -5°C. In der Innenecke liegt die minimale Temperatur bei 6,5 °C, auf der Außenecke sind keine thermischen Auffälligkeiten feststellbar.

In einer Wohnung herrscht konstantes Klima ohne Wind und Regen; die Wände haben in der Regel einen unveränderlichen Emissionsgrad. Infolge des geringeren Wärmeübergangskoeffizienten an der Innenwandseite entsteht ein höherer thermischer Kontrast als an der Außenwandseite. Außerdem ist im Voraus bekannt, wo man suchen muss. Man ist auch nicht so stark an die Tageszeit gebunden. Es empfiehlt sich eine Innenthermografie, bei der die Temperaturunterschiede größer sind. Die Wohnung muss dazu vorbereitet werden: kritische Ecken frei räumen, gleichmäßige Temperatur einregeln, Fenster geschlossen, Innentüren offen; Näheres dazu auch unter: http://www.vath.de