So interpretieren Sie Wärmebilder richtig

Wo werden Wärmebildkameras eingesetzt?

Wärmebildkameras sind wertvolle Werkzeuge für viele Anwendungsbereiche, von privat über öffentliche Stellen bis Industrie und Wirtschaft. Einige Beispiele sind:

• Gebäudetechnik und Baubranche (Dämmung/Energieeffizienz, HLK-Systemen/Heizung, Lüftung, Klimatechnik etc.).
• Sicherheit (Feuerwehren, Rettungsdienste, Überwachung allgemein, speziell Transportüberwachung E-Fahrzeuge/Batterien).
• Umwelttechnik, erneuerbare Energien, Landwirtschaft, Wildtier-Überwachung.
• Industrielle Wartung, Reparatur, Inspektion von Maschinen, Anlagen, elektrischen Systemen, Energie-Effizienz in der Metallurgie.
• Lebensmittelindustrie.
• Medizin.
• Forschung, Entwicklung, Automotive, Aerospace.

Das Prinzip

Die Funktionsweise von Wärmebildkameras ähnelt der von Digital-Kameras. Allerdings empfangen Wärmebildkameras kein sichtbares Licht, sondern Infrarotstrahlung (mittleres und langwelliges Infrarot im Spektralbereich von ungefähr 3,5 bis 14 µm). Deshalb auch häufig die Bezeichnung IR-/Infrarot-, Thermal- oder Thermografie-Kamera. Die von Oberflächen abgestrahlte, thermische Strahlung wird in der Kamera in sichtbares Licht umgewandelt und als Bild der aufgenommenen Objekte (Wärmebild) wiedergegeben. Hier liegt auch der Gegensatz zu einem Pyrometer/IR-Thermometer, das nicht mit einem bildgebenden Verfahren arbeitet, sondern wie ein Thermometer die punktuelle Temperatur einer anvisierten Stelle (ein Pixel!) numerisch anzeigt.

Wärmebildkamera und Pyrometer/IR-Thermometer

Die Bilddarstellung bei der Wärmebildkamera erfolgt meist in Falschfarben, wobei üblicherweise verschiedene Paletten ausgewählt werden können. In einer gängigen Darstellung (Eisenpalette) stehen Farben in Richtung Blau für weniger Wärmeabstrahlung, Rot-, Orange-, Gelb-, bis hin zu weiß symbolisieren viel Wärmeabstrahlung. Moderne Wärmebildkameras können dieses Wärmebild mit einem foto-optischen Bild überlagern, so dass auch eventuell zusätzlich benötigte "fotografische" Informationen und Details vorhanden sind.

Wärmebild in Falschfarben-Darstellung, Beispiele für einige Paletten

FLIR MSX-Technologie "überlagert" Wärmebild mit Details von der visuellen Kamera und fügt Tiefe und Perspektive hinzu für mehr Details.

Wichtigste Eckdaten einer Wärmebildkamera

Zu den wichtigsten technischen Daten einer Wärmebildkamera gehören unter anderem geometrische Auflösung, Reichweite und thermische Auflösung. Je höher die Auflösung, umso detaillierter das Wärmebild. Angegeben wird die Auflösung als Anzahl der Pixel, die auf dem Bildschirm angezeigt werden. Die Reichweite gibt die maximale Distanz an, aus der ein Wärmebild erzeugt werden kann. Die Reichweite hängt von mehreren Faktoren wie Größe des Objektivs oder der Empfindlichkeit der Kamera ab. Die thermische Auflösung gibt an, wie genau Temperaturunterschiede von der Kamera ermittelt werden können.

Wärmebilder interpretieren

Die Interpretation eines Wärmebildes scheint auf den ersten Blick sehr intuitiv, erfordert jedoch etwas Erfahrung und Wissen.

Ganz grundsätzlich ist eine gewisse Kenntnis der Oberflächenbeschaffenheit verschiedener Materialien erforderlich und kann potenzielle Fehler vermeiden: Verschiedene Materialien geben Wärmestrahlung unterschiedlich stark ab. Das präzise Thermografieren und Ermitteln der Temperaturen verschiedener Materialien erfordert daher eine korrekte Einstellung der Kamera.

Im Unterschied zu optischen Digital-Kameras können Wärmebildkameras nicht durch Glas sehen. Glas lässt zwar Licht im sichtbaren Spektrum durch, reflektiert aber den größten Teil der Infrarotstrahlung: Glas blockiert die thermische Strahlung. Auch blanke Metalle sind schwer zu bewerten: Sie haben einen sehr geringer Emissionsgrad und verursachen oft einen großen Anteil an Stör- bzw. Hintergrundstrahlung durch Reflexion und erzeugen dadurch Messfehler. Ganz allgemein stören Reflexionen die Genauigkeit der Thermografie.

Da Wärmebildkameras die Oberflächentemperatur von Objekten erfassen (von Oberflächen abgestrahlte thermische Strahlung), können sie nicht "durch Wände hindurchsehen".

Wichtig ist auch die Wahl eines geeigneten Bildausschnittes, am besten mit möglichst kurzer Distanz zum Messobjekt statt einem "Panorama-Bild". Auch der Kamerawinkel verändert das Ergebnis. Bei Gebäuden sollen höhere Stockwerke daher nicht einfach von einem Standpunkt unten oder in Komplettansicht des Gebäudes aufgenommen werden, sondern abschnittsweise, z.B. mit einer Hebebühne.

Eine Wärmebildkamera ist nicht auf sichtbares Licht angewiesen. Sie kann daher auch bei Dunkelheit eingesetzt werden. Insbesondere im Bereich der Gebäudetechnik ist zu beachten, dass viele Faktoren wie Sonneneinstrahlung/Bewölkung, Jahres- und Tageszeit, Außentemperatur sowie Objekte in der Umgebung das Ergebnis beeinflussen können. Mit der Jahres- und Tageszeit verändert sich der Kontrast. Nachts sind Umgebungs- und Kerntemperatur vieler (unbeheizter) Objekte meistens signifikant niedriger als am Tag. Daher können die warmen Bereiche, die von den Wärmebildsensoren der Kamera erfasst werden mit höherem Kontrast dargestellt werden. Kleine Temperaturunterschiede sind bei niedrigen Umgebungstemperaturen sehr viel deutlicher zu erkennen als bei hohen Temperaturen. Daher empfiehlt sich eine Gebäude-Thermografie eher in den kalten Monaten, in den Morgenstunden und bei bewölktem Himmel.

Bei der Falschfarbendarstellung mit der gängigen Palette "Eisen" bedeutet eine Farbe in Richtung blau weniger Wärmeabstrahlung. Bei Gebäuden also: weniger Wärmeverlust. Umgekehrt stehen Gelb-, Orange- und Rottöne für viel Wärmeabstrahlung. Bei Gebäuden also: potenzielle Verluste. Allerding lauern auch hier Quellen für Fehlinterpretationen. Hat ein Gebäude zum Beispiel Dachüberstände, kann sich dort aufsteigende Warmluft stauen. Rot muss in diesem Fall also nicht unbedingt einen Wärmeverlust an dieser Stelle bedeuten. Umgekehrt werden geneigte Dächer oder hinterlüftete Fassaden oft blau angezeigt: Anscheinend kein Wärmeverlust. Allerding können hier Wärmeverluste eventuell nicht sichtbar sein, da die Wärmebildkamera nur Abstrahlung von außen sieht. Bei Gebäuden ist daher immer eine Messung sowohl außen als auch innen erforderlich. Auch oberflächennahen Luftströmungen wie Wind sowie Feuchtigkeit und Nebel können die Messung beeinflussen.

Fazit

Mit den Wärmebildkameras und Kombi-Produkten (wie Digital-Multimeter mit Wärmebild-Funktion) von Teledyne Flir stehen dem Techniker, Handwerker oder Sachverständigen hochpräzise Werkzeuge für die Thermografie zur Verfügung. Die Bedienung ist intuitiv, die Interpretation der Wärmebilder in der alltäglichen Anwendung erfordern jedoch ein gewisses Know-How.