TGA Infomaterialien

TGA Ausgabe 10-2015
Bauthermografie-Software

IR-Bilder analysieren und Berichte erstellen


1 Thermografie-Kameras sind in der Haustechnik wirkungsvolle Werkzeuge zur Kontrolle und bei der Instandhaltung.

1  Thermografie-Kameras sind in der Haustechnik wirkungsvolle Werkzeuge zur Kontrolle und bei der Instandhaltung.

Ohne einen begleitenden Bericht sind Thermogramme für Laien nahezu wert-los oder verleiten zu falschen Annahmen. Deshalb sollte man beim Kauf einer Infrarot-Kamera auch auf die Möglichkeiten der vom Hersteller mitgelieferten oder zusätzlich angebotenen Thermografie-Software achten. Sie hilft bei der Wärmebild-Analyse, -Auswertung und der Berichterstellung – und entscheidet darüber, wie schnell man zum Ergebnis kommt.

Kompakt informieren

Thermografie-Software ist herstellerspezifisch und gehört zum Standard-Lieferumfang von IR-Kameras. Zu den Basisfunktionen zählen die Übertragung von Thermogrammen und Digitalfotos auf den PC, die Bearbeitung und Korrektur wichtiger Parameter, die Analyse der Messwerte sowie die Zusammenstellung und die Ausgabe von Thermografie-Berichten.

Zusatzmodule oder erweiterte Versionen bieten Funktionen für die zerstörungsfreie Materialprüfung, die Auswertung von Bildsequenzen oder die Bauthermografie.

Ähnlich wie bei der digitalen Fotobearbeitung lassen sich mit einer der Thermografie-Software Wärmebilder nicht nur korrigieren, sondern auch manipulieren.

So wie Infrarot(IR)- oder Wärmebilder (Thermogramme) direkt aus der Kamera kommen, sind sie nicht immer brauchbar: Mal wurde vor Ort keine passende Temperaturskala gewählt, mal stellt sich die gewählte Farbpalette erst bei näherer Betrachtung als nicht optimal heraus. Deshalb müssen Thermogramme häufig nachbearbeitet werden. Mit herkömmlicher Bildverarbeitungssoftware kommt man dabei nicht weit, da sie die in der Grafikdatei in einem herstellerspezifischen Datenformat hinterlegten radiometrischen Informationen (Wärmestrahlungs-Messdaten) nicht interpretieren kann.

Deshalb ist man auf ein spezielles Auswertungsprogramm des jeweiligen IR-Kameraherstellers angewiesen. Damit lassen sich Thermogramme am PC anzeigen, organisieren, korrigieren, optimieren, analysieren, Digitalfotos gegenüberstellen, respektive mit diesen überlagern und zu einem aussagekräftigen Thermografie-Bericht zusammenstellen.

Ferner können anschauliche Messwertreihen und Diagramme erstellt werden, die einen räumlichen oder zeitlichen Temperaturverlauf dokumentieren. Sind bauphysikalische Kenngrößen, Material- und Klimadaten bekannt, lassen sich potenzielle Kondensationspunkte und damit schimmelgefährdete Bereiche in Räumen lokalisieren. Dadurch werden IR-Kameras bei zahlreichen Anwendungen erst im Zusammenspiel mit einer kompatiblen Auswertungssoftware zu einem wirkungsvollen Kontroll-, Instandhaltungs- und Analysewerkzeug.

Nicht alles kann korrigiert werden

Thermogramme lassen sich vielfältig nachträglich bearbeiten. Lediglich die Fokussierung, der Bildausschnitt und der Temperatur-Messbereich sind später nicht oder nur eingeschränkt modifizierbar. Nachträglich nicht korrigiert werden können auch die Messung verfälschende Randbedingungen, wie etwa Sonneneinstrahlung, Wind, Regen, Schnee, Nebel etc., die man deshalb stets im Messprotokoll dokumentieren sollte.

Stimmen der Bildausschnitt und die Fokussierung, wird mit dem Drücken des Auslöseknopfes das von der Kameraoptik erfasste Wärmebild oder eine Bildsequenz auf einen internen Flash-Speicher oder einen externen Speicher (SD, Mini-SD, MMC) in einem herstellerspezifischen Datenformat abgelegt. Das ist in der Regel ein Pixelgrafikdatenformat (meistens *.JPG oder *.BMP), das zusätzlich die vom Kamera-Detektor erfassten radiometrischen Informationen enthält.

Damit man aus den Tausenden von Temperatur-Messwerten eines Thermogramms überhaupt etwas herauslesen kann, wird der vom Detektor aufgezeichneten Signalstärke ein Temperaturwert zugeordnet und dieser mit einem Grau- oder Farbwert belegt. Damit der Betrachter unmittelbar sieht, welche Temperatur welcher Farbe entspricht, wird im Randbereich des Bilds eine Farbskala eingeblendet. Dadurch lassen sich Temperaturen schnell ablesen.

Über diese Informationen hinaus enthält die Wärmebild-Datei Angaben zur Aufnahmezeit, das Aufnahmedatum, eine individuelle Bildnummer sowie Kamera-Einstelldaten zum Zeitpunkt der Aufnahme (Entfernung Kamera-Objekt, Luft-/Strahlungstemperatur, Kalibrierdaten etc.). Die Wärmebild-Dateien werden entweder per Datenkabel oder Speicherkartenleser auf den Rechner übertragen. Danach können sie in das Auswertungsprogramm geladen werden.

Vor-Ort-Auswertung am Display

Vor der Auswertung mit der Thermografie-Software am PC kann man allerdings auch mit „Bordfunktionen“ direkt am Display der Kamera Messungen und Analysen im aktuellen Wärmebild oder der im Speicher abgelegten Wärmebilder vornehmen. Das hat den Vorteil, dass man Problembereiche schon an Ort und Stelle erkennt und ihnen sofort näher auf den Grund gehen kann. Art und Umfang der Mess- und Analysefunktionen unterscheiden sich je nach Kameramodell und -ausstattung.

Zu den häufig verfügbaren Funktionen gehören diverse Temperaturanzeige-Funktionen, wie eine Cursor-, Minimal- und Maximaltemperatur-Anzeige, frei positionierbare Messpunkt-Markierungen oder eine in ihrer Größe beliebig änderbare und ebenfalls frei positionierbare Messbereichsmarkierung mit Minimal-, Maximal- und Durchschnittswertanzeige. Alarmmarken können für die schnelle Anzeige von Messwertüber- oder -unterschreitungen gesetzt werden. Über Isothermen lassen sich alle Bildteile einer zuvor definierten Temperatur farblich hervorheben. Zum Quasi-Standard gehören die individuelle Einstellung von Farbskalen und Farbpaletten sowie die Justierung des aktuellen Emissionsgrads (siehe unten). Auch Isothermen können angezeigt werden, die alle Bildbereiche einer zuvor definierten Temperatur farblich hervorheben.

Bei Modellen mit Sprachnotiz-Funktion kann man vor Ort Informationen festhalten und später im Büro abhören.

Level, Span und Farbpalette einstellen

Weitaus umfangreicher sind die Analysefunktionen von Wärmebild-Auswertungsprogrammen. Neben den oben genannten Funktionen gehören zahlreiche weitere zum Leistungsumfang. Da am häufigsten Farbskalen und Farbpaletten über das gesamte Bild oder lokal in einem bestimmten Bereich optimiert werden müssen, sind diese Funktionen Standard. Über die Temperatur-Spreizung (auch „Span“ genannt) wird die obere und untere Temperatur auf der Skala eingestellt. Damit lässt sich die zum jeweiligen Messobjekt passende Temperatur-„Spannweite“ und damit der Bildkontrast einstellen.

Die Temperatur in der Mitte der Temperaturskala wird über die „Level“-Funktion eingestellt und bewirkt eine Verschiebung der Farbskala hin zum obersten oder untersten Farbwert der aktuell verwendeten Farbpalette. Teilweise unterstützt auch eine Automatik die Level- und Span-Voreinstellung, die man anschließend mit einer manuellen Feinjustierung optimieren kann. Mit beiden Werten lassen sich zu helle, zu dunkle, zu kontrastarme oder völlig übersteuerte Thermogramme nachträglich korrigieren.

Wärmebilder enthalten, so wie sie der IR-Detektor erfasst, ursprünglich nur Helligkeits- bzw. Temperaturwerte, jedoch keine Farbwerte. Um das „Lesen“ und die Interpretation der Wärmebilder zu erleichtern, lassen sie sich über Farbpaletten „einfärben“. Je nach gewünschter Anwendung und Bildaussage kann man einfache Graustufen, „Glühfarben“ (auch „Eisenfarben“ genannt), Kalt-/Warm-Farben, Regenbogenfarben und weitere Farbpaletten wählen.

Die von Gebäudeenergieberatern bevorzugten Kalt-/Warm-Farben nutzen die psychologische Wirkung von Farbtemperaturen, wonach Rot- und Gelbtöne für warme, Grün- und Blautöne für kalte Temperaturen stehen. Graustufen oder Eisenfarben werden häufig dann verwendet, wenn man bei sehr kontrastreichen Wärmebildern Feinheiten besser erkennen will. All diese Einstellungen können jederzeit wieder rückgängig gemacht werden und haben keine Auswirkungen auf die zum Aufnahmezeitpunkt gemessenen Temperaturwerte.

Wichtig ist, die Farbskala und Farbpalette so einzustellen, dass das Wärmebild den tatsächlichen Verhältnissen auch entspricht und den Betrachter nicht zu Fehlschlüssen verleitet. Denn mit den oben beschriebenen Einstellungen lassen sich Wärmebilder so manipulieren, dass beispielsweise ein und dasselbe Haus im Thermogramm wahlweise als Energieschleuder oder als Passivhaus erscheint. Seriöse Thermografie-Dienstleister halten sich deshalb an grundlegende Regeln der Darstellungsneutralität von Thermogrammen. So sollte man für Thermogramme grundsätzlich dieselbe Farbpalette nutzen. Die Farbpaletten-Skalierung sollte das 0,7-Fache der Temperaturdifferenz zwischen innen und außen betragen. Des Weiteren sollte die Umgebungstemperatur bei Außenaufnahmen etwa 20 %, bei Innenaufnahmen etwa 70 % der Temperaturskala entsprechen.

Auch der Emissionsgrad, das ist der materialspezifische Wärmeabstrahl-Kennwert des im Bild sichtbaren Materials, lässt sich per Software nachträglich global, für definierte Teilbereiche oder pixelweise modifizieren, ohne dass Informationen verloren gehen oder verfälscht werden. Teilweise ermöglichen abrufbare, an der Thermografiepraxis orientierte Emissionsgrad-Korrekturmodelle das Herausfiltern und die Korrektur von Störstrahlungen oder Dämpfungseigenschaften der Messstrecke (Regen, Nebel etc.).

Zahlreiche Auswertungsmöglichkeiten

Zur Visualisierung kritischer Temperaturen können sowohl Über- und Unterschreitungen von Grenzwerten als auch einzelne Pixel in einem bestimmten Temperaturbereich hervorgehoben werden. Ferner lassen sich für beliebige Temperaturen Alarmmarken setzen, die bei einer Unter- oder Überschreitung einen optischen oder akustischen Alarm auslösen.

ROIs (Regions of Interest), das sind im Thermogramm mithilfe von Punkten, Linien oder Flächen definierte Messbereiche, können in Form von Messreihen und Diagrammen ausgewertet werden. 2D- oder 3D-Profildiagramme geben dabei den Temperaturverlauf entlang einer Linie oder einer Fläche an und Histogramme zeigen die Häufigkeitsverteilung von Temperaturwerten.

Zeitbasierte Auswertungen von IR-Bildersequenzen ermöglichen optional das manuelle oder automatisierte Selektieren von Thermografiedaten sowie das Erstellen gefilterter Bilderserien. Zeitdiagramme verdeutlichen den Verlauf von Durchschnitts-, Minimum- und Maximumwerten innerhalb eines bestimmten Zeitabschnitts.

Großformatige Motive, wie Gebäudefassaden oder Photovoltaik-Anlagen lassen sich mithilfe einer Mosaik- oder Panoramafunktion aus mehreren Einzelbildern zusammensetzen. Dabei sucht die Software automatisch nach geometrischen Überschneidungen und führt diese zusammen. Das Ergebnis bleibt ein vollwertiges Thermogramm, das genauso wie die Original-Wärmebilder radiometrisch ausgewertet werden kann. Das gilt auch für die perspektivische Entzerrung: Erscheint beispielsweise eine Fassade im Thermogramm aufgrund eines ungünstigen Aufnahmewinkels extrem verzerrt, kann dies mit einigen Programmen perspektivisch korrigiert werden.

Werden Infrarotaufnahmen parallel aufgenommenen visuellen Digitalfotografien für Vergleiche gegenübergestellt oder mit diesen überlagert, lassen sich Problembereiche besser hervorheben.

Thermografie-Berichte erstellen

Prinzipiell kann man Thermografie-Berichte mit jeder besseren Textverarbeitungs-Software anfertigen. Reporting-Funktionen, Vorlagen und Automatismen von Bauthermografie-Software beschleunigen jedoch die Zusammenstellung von Wärmebildern, Diagrammen, Digitalfotos und Erläuterungstexten zu aussagekräftigen Berichten.

Besonders interessante Bereiche im Thermogramm lassen sich mit Hinweispfeilen oder anderen Markierungen hervorheben und beschriften. Thermogramme, Tabellen und Diagramme können mit Kommentaren versehen werden. Modifizierbare Textvorlagen oder Berechnungsvorschriften für kurze oder ausführliche Dokumentationen in der passiven oder aktiven Gebäude-Thermografie, der Leckagesuche, Blower-Door-Messung, der Thermografie von PV-Anlagen oder der Anlageninstandhaltung vereinfachen die Berichterstellung.

Diverse Layoutfunktionen ermöglichen eine individuelle Gestaltung der Berichtseiten, inklusive eigenem Firmenlogo und Kontaktdaten. Abgeschlossene Berichte können nachträglich geändert und erweitert – oder für neue Berichte als Vorlage verwendet werden. Beispielvorlagen enthalten alles, was ein aussagekräftiger und für Kunden nachvollziehbarer Thermografie-Bericht enthalten sollte.

Inhalt, Struktur und Umfang von Berichten hängen zwar von der jeweiligen Aufgabenstellung ab, dennoch sollte man grundlegende Dinge beachten: So sind alle für die Messung relevanten Parameter genau zu dokumentieren, um eine Reproduzierbarkeit der Messung und der Ergebnisse auch durch Dritte zu ermöglichen. Ferner müssen die Aufgabenstellung, Auftraggeber, Auftragnehmer und die Teilnehmer enthalten sein. Aufgabenspezifisch sind Klimadaten (Innen-/Außentemperatur, reflektierte Temperatur, ggf. relative Luftfeuchte, Wetter, Sonneneinstrahlung, Wind etc.) sowie Objektdaten (Adresse, Gebäudetyp, ein Lageplan mit Himmelsrichtung, die Konstruktionsweise und Materialien der Gebäudehülle, das Gebäudealter, ggf. durchgeführte Renovierungsarbeiten, Heizsystem etc.) zu dokumentieren.

Wichtig sind auch die Kameradaten (Hersteller, Kameramodell, technische Daten), Bildinformationen zu jedem Thermogramm (Datum und Aufnahmezeit, Farbpalette, Temperaturskala, Emissionsgrad etc.). Bei vielen Aufnahmen ist ein im Grundriss eingetragener Aufnahmestandpunkt mit Blickrichtung sinnvoll. Jedes Thermogramm sollte durch ein Digitalkamera-Foto ergänzt werden und zur besseren Vergleichbarkeit im Bericht eine einheitliche Temperaturskalierung aufweisen (siehe auch oben, Stichwort: „Darstellungsneutralität“).

Wesentlich ist natürlich eine Auswertung der Thermogramme mit individueller Erläuterung und Bewertung, wobei der Inhalt so verfasst sein sollte, dass er auch für Laien verständlich ist. Bei Problembereichen (Wärmebrücken, feuchte Stellen etc.) sollten (je nach Aufgabenstellung) Vorschläge zu deren Beseitigung enthalten sein. Abschließend sollte eine Schlussfolgerung und Zusammenfassung, bezogen auf die konkrete Aufgabenstellung, den Thermografie-Bericht abschließen. Längere Berichte sollten ein Inhalts- und Stichwortverzeichnis enthalten.

Darauf kommt es an

Die Anzahl an Thermografie-Programmen ist überschaubar, denn sie deckt sich mit der Anzahl an IR-Kameraherstellern (siehe Anbieterliste). Jeder Hersteller bietet seine eigene Software, teilweise in mehreren Varianten an: Als kostenlos downloadbarer Viewer („Anzeigeprogramm“), als im Lieferumfang einer IR-Kamera enthaltene Basisversion oder als im Funktionsumfang erweiterte, kostenpflichtige Profiversion (z. B. Flir). Teilweise ist die Software modular aufgebaut, sodass man das Grundprogramm um Spezialmodule oder eine Reporting-Software erweitern kann.

Einige Anbieter offerieren auch spezielle Auswertungs- und Reportingsoftware für die Bauthermografie (z. B. Fornax von InfraTec). Damit lassen sich bauphysikalische und energetische Probleme im Detail aufdecken, U-Werte, Wärmeströme oder Energiekosten berechnen, bauphysikalische Simulationen durchführen oder umfangreiche Inspektionsberichte erstellen.

Auf folgende Merkmale sollte man bei Thermografie-Programmen besonders achten: Für welche Einsatzbereiche eignet sich die Software (Bearbeitung, Analyse, Reporting etc.)? Welche Kameramodelle des Anbieters werden von der Software unterstützt (alle oder nur bestimmte Modelle). Zu den wichtigsten Funktionen zählen die nachträgliche Korrektur von Thermogrammen, insbesondere die Modifizierung des Temperaturlevels/-bereichs sowie der Farbpalette.

Wichtig für die Bildbearbeitung sind Werkzeuge wie Drehen, Spiegeln, Entzerren, die Einbindung bzw. Überlagerung von Realbildern sowie die Bildsequenz-Bearbeitung. Bei der Analyse von Thermogrammen sind die Anzeige von Werten wie Emissionsgrad, Transmissionsgrad, Temperatur, Differenzbild, Isothermen oder ROIs von Interesse. Eine Alarm-Funktion sollte auf problematische Taupunkte und damit potenziell schimmelgefährdete Bereiche sowie auf Wärmebrücken hinweisen.

Bei der Erstellung von Berichten sollten die Thermogramme durch aussagekräftige Listen, Skalen, Diagramme und individuelle Kommentare ergänzt werden. Text- und Layout-Vorlagen beschleunigen die Berichterstellung. Schnittstellen, wie ASCII, TXT, DOC, XLS, PDF sowie ein Pixelbild-Export (BMP, JPG, TIF …) ermöglichen die Weiterbearbeitung und den digitalen Austausch von Text- und Bildinformationen.

Auf Darstellungsneutralität achten

Thermografie-Software hilft, ungünstige Kameraeinstellungen im Thermogramm nachträglich zu optimieren. Doch man kann damit Wärmebilder auch manipulieren, der jeweils gewünschten Bildaussage anpassen und den Betrachter unterschwellig beeinflussen. Um die subjektiven Einflüsse zu begrenzen, sollte man Thermogramme deshalb möglichst neutral einfärben. Insbesondere bei der Zuordnung von psychologisch wirkenden Kalt-/Warm-Farbpaletten ist in der passiven Bauthermografie Zurückhaltung geboten.

Darüber hinaus sollte man sich stets bewusst sein, dass Thermografie-Software fachliches Know-how nicht ersetzen kann. Schließlich ist für die Interpretation von Wärmebildern alleine der Thermograf zuständig und verantwortlich. Schon bei der Aufnahme und später auch bei der Auswertung und Interpretation sind Kenntnisse aus den Bereichen Optik, Wärmestrahlung, Wärmeleitung, Materialkunde, aber auch der Bau- und Haustechnik erforderlich. Andernfalls läuft man Gefahr, Thermogramme falsch zu interpretieren und die falschen Schlüsse zu ziehen.Marian Behaneck

Literatur

[1] DIN EN 13 187 Wärmetechnisches Verhalten von Gebäuden – Nachweis von Wärmebrücken in Gebäudehüllen – Infrarot-Verfahren. Berlin: Beuth Verlag, Mai 1999

[2] Dittié, G.: Darstellungsneutralität von Thermogrammen, Thermografie-Kolloquium. Stuttgart, 2013, Download: www.dgzfp.de/Portals/thermo2013/BB/V1.pdf

[3] Fouad, N.A.; Richter T.: Leitfaden Thermografie im Bauwesen. Stuttgart: Fraunhofer IRB Verlag, 2009

[4] Wagner, H.: Thermografie – Sicher einsetzen bei der Energieberatung, Bauüberwachung und Schadensanalyse. Köln: Verlagsgesellschaft Rudolf Müller, 2011

[5] VATh (Hrsg.): VaTh-Richtlinie Bauthermografie, VaTh-Richtlinie Leckortung, Bundesverband für Angewandte Thermografie e.V. Tabarz, 2011, Download: www.vath.de/regelwerke/richtlinien

[6]  www.thech.ch Thermografie Verband Schweiz

[7]  www.thermografie.co.at Österr. Gesellschaft für Thermografie

[8]  www.thermografie.de Thermografie-Praxisinfos

[9]  www.vath.de Bundesverband für angewandte Thermografie

Inhaltsübersicht

  1. Teil: IR-Bilder analysieren und Berichte erstellen
  2. Teil: Anbieter Thermografie-Software*)
  • 2  Die mitgelieferte Software ermöglicht eine rationelle Analyse, Auswertung, Dokumentation …

  • 3  … und die Erstellung von Berichten, die auch für den Auftraggeber nachvollziehbar sind.

  • 4  Zu den zahlreichen Korrektur-, Analyse- und Dokumentations-möglichkeiten gehören Änderungen der Temperaturskalierung oder der Farbpalette.

  • 5  Mit den Funktionen lassen sich Wärmebilder allerdings auch manipulieren, sodass beispielsweise ein ungedämmter Altbau per Mausklick virtuell saniert wird …

  • 6  … oder ein Neubau plötzlich als dringend sanierungsbedürftig erscheint.

  • 7  Layoutvorlagen und Editierfunktionen ermöglichen eine individuelle Gestaltung der Berichtseiten, inklusive eigenem Firmenlogo.

  • 8  Spezielle Bauthermografie-Software verfügt über Zusatzfunktionen, wie bauspezifische Kommentar-Vorlagen oder die Simulation der Oberflächenkondensation an schimmelgefährdeten Stellen.

  • 9  Mithilfe von Bildbearbeitungsfunktionen lassen sich Sachverhalte besser verdeutlichen: Visualisierung der Luftströmung einer Deckenklimaanlage.

  • 1  Durch die Kombination von Infrarotbildern und Digitalfotos lassen sich Problembereiche besser hervorheben.

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