Differenzdruck-Thermografie: Leckagen lokalisieren und dokumentieren

Die Differenzdruck-Messtechnik ist nicht nur ein bewährtes Werkzeug zur Bestimmung der Luftwechselrate und damit der Luftdichtheit von Gebäuden, sondern dient in Verbindung mit der Thermografie auch zur Ortung von Luftleckagen. Dabei wird zunächst über ein Gebläse ein konstanter Unterdruck von ca. 50 Pa eingestellt.

Die an den Leckagestellen einströmende Außenluft lässt sich dann raumseitig anhand der geänderten Oberflächentemperaturen thermografisch nachweisen und dokumentieren. Bei der technischen Ausstattung, Durchführung und Auswertung sollte man jedoch auf einiges achten.

Messprinzip und Einsatzbereiche

Undichtigkeiten in der Gebäudehülle sind per Thermografiekamera nicht ohne Weiteres erkennbar, da sich die ins Gebäude einströmende Luft unter Normalbedingungen zuvor erwärmt. Wird die Wärmebildtechnik mit dem Differenzdruck-Messverfahren kombiniert, lassen sich Lecks in der Gebäudehülle schnell, berührungs- und zerstörungsfrei lokalisieren und dokumentieren, weil sie sich als Temperaturunterschiede zu erkennen geben.

Die Luftleckageortung per Thermografiekamera basiert darauf, dass die Luftdurchströmung im Leckagebereich eine Abkühlung der unmittelbar umgebenden Bauteiloberflächen bewirkt und diese als Temperaturunterschiede auf dem Display der Infrarotkamera sichtbar werden.

Die Luftdurchströmung wird in der Regel mit einem Gebläse erzeugt, das mithilfe eines verstellbaren Metallrahmens und einer Plane luftdicht in eine Tür- oder Fensteröffnung eingesetzt wird. Für Thermografie-Aufnahmen von innen wird ein Unterdruck erzeugt, sodass kalte Außenluft durch vorhandene Leckagen in das Gebäude strömt und dabei die Randbereiche der Leckagestelle abkühlt.

Da schon geringe Temperaturdifferenzen zwischen innen und außen ausreichen (ab 5 K), lässt sich die Differenzdruck-Thermografie nahezu ganzjährig einsetzen. Ist etwa im Hochsommer die Temperatur außen höher als innen, erwärmen sich die Strömungswege entsprechend und sind dann ebenfalls thermografisch sichtbar.

Zwar kann auch durch einen im Gebäudeinneren erzeugten Überdruck eine Durchströmung der Konstruktion von innen nach außen mit warmer Luft erzeugt werden. Aufgrund des höheren Wärmeübergangs an der Außenluft und einer Abkühlung durch Wind erwärmen sich Außenbauteile allerdings kaum.

Äußere Temperaturunterschiede fallen dadurch geringer aus als bei der Leckageortung von innen, weshalb die Methode Leckageortung von außen nur in Ausnahmefällen genutzt wird [7].

Insgesamt sind die Einsatzmöglichkeiten der Differenzdruck-Thermografie sehr vielfältig: Leckagen an Dampfbremsen, Sperrschichten oder Bauteilübergängen lassen sich ebenso lokalisieren und dokumentieren, wie Konstruktions- und Ausführungsfehler.

Auch Ausführungsqualitäten lassen sich überprüfen oder notwendige Sanierungsmaßnahmen eingrenzen. In Streitfällen kann die Leckagedokumentation Klarheit schaffen – etwa bei Mietminderungsforderungen wegen Zugerscheinungen.

Das Verfahren ist prinzipiell bei allen Gebäudekategorien einsetzbar, besonders effizient ist es bei großen Gebäuden, wie Turnhallen, Hallenbädern und Gewerbe- oder Industriehallen. Große Gebäude mit wenigen, hohen Räumen lassen sich mit relativ wenig Aufwand kostengünstig überprüften und zugleich dokumentieren.

Eine alternative Überprüfung der Leckagestellen mit einem Nebelgenerator, Rauchröhrchen oder Anemometer (Strömungsmessgerät) ist ungleich aufwendiger. Mit der Verbesserung der Luftdichtheit lassen sich oft auch Belästigungen durch Gerüche minimieren oder der Schallschutz verbessern. Diese Probleme treten insbesondere zwischen verschiedenen Wohnungen innerhalb eines Gebäudes oder gewerblich genutzten Räumen und benachbarten Wohnungen auf.

Wie werden Leckagestellen sichtbar?

Entsteht bei der Differenzdruckmessung eine Temperaturdifferenz zwischen innen und außen von mindestens 5 K, ist sie auf dem Kameradisplay erkennbar – je höher der Temperaturunterschied ist, desto besser.

Die Ränder der abgekühlten Bereiche erscheinen infolge der Luftdurchströmung auf dem Kameradisplay nicht scharf umrissen, sondern „ausgefranst“ als „Schleier“. Ist dies der Fall, kann relativ zuverlässig auf vorhandene Luftleckagen geschlossen werden. Nicht immer lässt sich jedoch anhand einzelner Thermogramme sicher beurteilen, ob die Temperaturunterschiede aufgrund von Leckagen auftreten oder andere Gründe wie Wärmebrücken haben und welcher Effekt überwiegt.

Hinzu kommt, dass Wärmebrücken an Bauteilübergängen oder Durchdringungen zugleich oft auch Luftleckagen aufweisen, sodass sich beide Effekte häufig überlagern.

Diesen unbestimmten Bereichen kann man mit der Differenzmethode auf den Grund gehen: Dabei werden mithilfe eines Stativs vom fraglichen Bereich jeweils zwei Thermogramme mit demselben Bildausschnitt erstellt: ein Thermogramm wird ohne, das andere mit Druckdifferenz erstellt.

Beide Thermogramme werden anschließend übereinander gelegt und voneinander „abgezogen“. Auf dem daraus entstehenden Differenzbild sind dann nur die durch die Luftdurchströmung bedingten Temperaturdifferenzen sichtbar. Eine entsprechende Differenzbild-Funktion ist in den meisten Auswertungsprogrammen der Thermografiekamera-Hersteller enthalten.

Eine sichere Leckagenerkennung auch bei sehr kleinen Temperaturdifferenzen verspricht auch die Software Bau.Tools von BlowerDoor. Fehlstellen, die aufgrund sehr geringer Temperaturunterschiede im Thermogramm kaum oder gar nicht zu erfassen sind, werden präzise berechnet und visualisiert.

Dabei werden alle im Untersuchungszeitraum aufgenommenen Thermogramme rechnerisch ausgewertet und nur die Veränderungen anschließend bildlich dargestellt. Laut Anbieter lassen sich so Luftleckagen und Lufthinterströmungen sicher erkennen und von anderen Problemen abgrenzen.

Allerdings ist die Software nur mit spezieller BlowerDoor-Messtechnik und einer Wärmebildkamera von Flir einsetzbar.

Welches Equipment ist erforderlich?

Mit der aktuellen DIN EN ISO 9972 [1] wurde die Genauigkeitsanforderungen an die Differenzdruckmesstechnik gegenüber der alten DIN EN 13 829 [2] verschärft. So muss das Druckmessgerät Druckdifferenzen mit einer Genauigkeit von ± 1 Pa im Bereich von 0 bis 100 Pa (früher: ± 2 Pa im Bereich von 0 bis 60 Pa) messen können.

Das Thermometer muss eine Genauigkeit von ± 0,5 K (früher: ± 1 K) aufweisen. Wichtig bei der Auswahl ist auch der Förderbereich des Ventilators, der mit etwa 19 bis 7200 m³/h sowohl Messungen luftdichter Wohnungen als auch undichter Hallen ermöglichen sollte.

Wurden für die Lokalisierung von Luftlecks bisher Rauchgeneratoren eingesetzt, werden inzwischen die schneller und einfacher einsetzbaren Wärmebildkameras bevorzugt, die Leckagen gleichzeitig auch dokumentieren können. Mit einem Thermo-Anemometer kann bei Bedarf zusätzlich die Temperatur und Geschwindigkeit der Luftströmung im Leckagenbereich gemessen werden.

Sollen mit der Thermografiekamera auch Wärmebrücken lokalisiert werden, sollte sie gemäß VATh-Richtlinie Bauthermografie [8] für Gebäudeanalysen geeignet sein, d.h. beispielsweise über eine Detektorauflösung von mindestens 320 × 240 IR-Bildpunkten sowie eine thermische Auflösung (NETD-Wert) von mindestens 0,06 K (bei 30°C) verfügen.

Für die Differenzdruck-Leckageortung genügen aufgrund der höheren Temperaturunterschiede auch einfachere Kameradaten: mindestens 160 × 120 IR-Bildpunkte, empfohlen 320 × 240 IR-Bildpunkte, NETD < 0,1 K. Um einen möglichst großen Raumausschnitt zu erfassen, ist ein Weitwinkel-Objektiv empfehlenswert.

Die in der Regel kostenfrei mitgelieferte Auswertungssoftware sollte die Erstellung aussagekräftiger Berichte ermöglichen. Auch an das Messpersonal stellt die Differenzdruck-Thermografie Anforderungen: Es sollte gemäß VATh-Richtlinie mindestens über eine dreitägige Grundausbildung zum Thermografie-Messtechniker verfügen.

Über die Gerätebedienung hinaus sollte sich das Messpersonal auch mögliche mit Fehlerquellen und Grenzen der Differenzdruck- und Thermografie-Messtechnik auskennen und Messergebnisse korrekt interpretieren können.

Das setzt sowohl bei der Aufnahme als auch bei der Auswertung Kenntnisse aus den Bereichen Bauphysik, Optik, Wärmestrahlung, Wärmeleitung, Messtechnik, Materialkunde und Baukonstruktion voraus.

Kenntnisse über verwendete Materialien und den konstruktiven Aufbau des jeweiligen Messobjekts sind ebenso wichtig, denn sie helfen bei der Deutung thermischer Auffälligkeiten. Auch die Gebäudeausrichtung, Hauptwindrichtung oder das Nutzungsprofil können bei der Bewertung und Interpretation hilfreich sein. Daher ist es von Vorteil, wenn beispielsweise der Eigentümer/Mieter bei der Messung dabei ist, respektive für Fragen zur Verfügung steht.

Ferner sollten aktuelle Bestandsgrundrisse, Schnitte, Detailpläne und Baubeschreibungen in Form von Kopien für den Thermografie-Bericht verfügbar sein.

Was gehört in einen Leckagebericht?

Ein Leckagebericht macht Messungen, deren Auswertung und Interpretationen transparent, nachvollziehbar und für Laien verständlich sind. Folgende Rahmendaten sollte er enthalten:

• die Aufgabenstellung,
• den Auftraggeber und -nehmer und die Teilnehmer,
• Klimadaten (Innen-/Außentemperatur, Wetter, Sonneneinstrahlung, Wind etc.),
• Objektdaten (Adresse, Gebäudetyp, einen Lageplan mit Himmelsrichtung, die Konstruktionsweise und Materialien der Gebäudehülle, das Gebäudealter, ggf. durchgeführte Renovierungsarbeiten, Heizsystem),
• Messgeräte-Daten (Hersteller, Gerätemodell, Serien-Nummer, wichtige technische Daten),
• Bildinformationen zu jedem Thermogramm (Datum und Aufnahmezeit, Farbpalette mit Temperaturskala, Emissionsgrad, die reflektierte Temperatur, Objektentfernung etc.)

Inhaltlich sollten sich Leckageberichte an den Vorgaben von DIN EN ISO 9972 orientieren und zusätzlich zu den Messreihen für die Luftwechselrate, der Flächen- und Volumenberechnung und der Randbedingungen wie Temperatur, Feuchte, Windgeschwindigkeit auch die kommentierte Dokumentation der lokalisierten Leckagen enthalten, beispielsweise durch ein Thermogramm und ein paralleles Digitalfoto.

Zur besseren Orientierung ist insbesondere bei zahlreichen Aufnahmen ein im Grundriss eingetragener Aufnahmestandpunkt mit Blickrichtung sinnvoll. Problembeschreibungen (Leckagestellen, Wärmebrücken, feuchte Stellen etc.) sollten mit passenden Vorschlägen zu deren Beseitigung ergänzt werden.

Eine auf die konkrete Aufgabenstellung bezogene Schlussfolgerung und Zusammenfassung sollte den Bericht abschließen. Bei längeren Berichten ist ein Inhalts- und Stichwortverzeichnis sinnvoll.

Fazit: Ein ideales Team

Neben der Bestimmung der Luftwechselrate oder der Überprüfung der Qualität der Gebäudehülle, kann die Differenzdruck-Methode in Verbindung mit der Thermografietechnik auch für die Luftleckage-Ortung nahezu ganzjährig und sehr effizient eingesetzt werden, weil sich Leckagestellen schneller orten und gleichzeitig dokumentieren lassen.

Beide Messverfahren ergänzen sich also in idealer Weise: Sowohl die Möglichkeiten als auch die Einsatzdauer wird erweitert und auch die Anschaffungskosten für das technische Equipment amortisieren sich schneller. Die Temperaturunterschiede im Wärmebild korrekt zu interpretieren setzt jedoch Fachwissen aus den Bereichen Differenzdruck- und Thermografie-Messtechnik sowie Erfahrung voraus.

Dieser Artikel von Marian Behaneck ist zuerst erschienen in TGA Ausgabe 02-2018.

Was muss man bei der Differenzdruck-Thermografie beachten?

Rulle: Sofern ein Temperaturunterschied von mindestens 5 K zwischen innen und außen vorhanden ist, ist die Ortung von Luftlecks mit der Kombination aus Differenzdruck-Messung und Thermografie problemlos möglich. Im Gegensatz zur normalen passiven Bauthermografie kann die IR-Kamera also über das ganze Jahr eingesetzt werden. Die thermische Auflösung der Kamera sollte allerdings deutlich unter 0,1 K liegen.

Welches Equipment ist erforderlich?

Rulle: Neben dem Ventilator und dem Einbaurahmen ist ein sehr genaues Druckmesssystem erforderlich. Der Markt bietet aktuell noch Geräte, die die Anforderungen der neuen DIN EN ISO 9972 nicht einhalten. Hier ist beim Neu- oder Gebrauchtkauf also Vorsicht geboten. Wichtig sind dabei auch der Förderbereich des Ventilators und dessen Genauigkeiten. Gute Systeme erreichen die geforderten Genauigkeiten bei einem Volumen von knapp 20 bis über 7000 m³/h und ermöglichen sowohl Messungen in modernen, luftdichten Wohnungen, über Ein- und Mehrfamilienhäuser, bis hin zu größeren Bürogebäuden oder kleinen Hallen mit demselben Ventilator. Die Nebelmaschine wird heute immer öfter durch die Wärmebildkamera ersetzt. Notwendig sind dann noch Abdichtblasen mit passender Pumpe, Malerkrepp und Malerfolie für die provisorische Abdichtung.

Was kostet eine Komplettausstattung?

Rulle: Ein sinnvoller Einstieg beginnt bei 4400 Euro mit einem Standardsystem, das die obigen Anforderungen erfüllt. Hinzu kommen etwa 260 Euro für einen eintägigen Einführungskurs und Abdichtblasen nebst Pumpe, sodass man mit insgesamt rund 4700 Euro, zuzüglich Mehrwertsteuer hinkommt. Wer auch die Wärmebildkamera nutzen möchte, sollte hierfür mindestens 700 Euro, wenn auch Gutachten oder Gebäudeanalysen geplant sind, etwa 2700 Euro einplanen.

Welche Praxistipps können Sie den Lesern geben?

Rulle: Die erste Messung unbedingt mit dem Baufortschritt so frühzeitig durchführen, dass Verklebungen, Fenstereindichtungen, Kabeldurchführungen und Wandanschlüsse noch sichtbar und leicht reparierbar sind. Stellt man unzulässige Leckagen erst bei der Endabnahme fest, lassen sich diese normalerweise nur mit großem finanziellen und zeitlichen Aufwand beseitigen. Vor der ersten Messung beim Kunden sollte neben der Einführungsschulung unbedingt Messerfahrungen im Bekanntenkreis gesammelt werden. Routine ist bei Messungen im Beisein des Kunden und der Baubeteiligten wichtig, ansonsten blamiert man sich schnell.

Wo werden Schulungen angeboten?

Rulle: Einführungsschulungen kann jeder Händler vermitteln. Dabei sollte man darauf achten, dass nicht nur der Geräteaufbau, sondern auch ein theoretischer Teil enthalten ist, der die Anforderungen der Messnorm erläutert. Sonst sind fehlerhafte Messberichte und Ärger vorprogrammiert. Sobald erste Erfahrungen gesammelt wurden, ist eine international einheitliche und von der Deutschen Akkreditierungsstelle (DAkkS) anerkannte Zertifizierung zu empfehlen. Schulungen und Prüfungen hierzu findet man bei uns oder über die Zertifizierungsstellen Kiwa International Cert und teilweise Sector Cert.

Was sollte man noch beachten?

Rulle: Neben guten, also genauen und leicht zu bedienenden Geräten ist die Ausbildung das A und O. Bei fehlerhaften Berichten sind Schadenersatzforderungen bis zu zehn Jahre nach der Erstellung des Berichtes möglich. Auch vor Gefälligkeitsgutachten sollte man sich hüten, da der Luftdichtheitsprüfer für die abgegebenen Werte einschließlich der zugrunde liegenden Flächen- und Volumenberechnungen vollumfänglich haftet.