Chancen der Aero-Thermographie

Die Erfassung von Wärmeemissionen mit Hilfe der Aero-Thermographie ist ein technisch ausgereiftes Verfahren, das insbesondere für großflächige Messungen interessant ist. Das Unternehmen GeoFly hat erstmals Magdeburg beflogen.

Welchen Beitrag leisten Gebäude für den Energieverbrauch und wo liegen Optimierungspotenziale? Diesen Fragen geht die Firma GeoFly im Rahmen eines Gemeinschaftsprojekts mit Aerodata nach, bei dem das Verfahren der Aero-Thermographie eingesetzt wird. Bei dieser noch relativ jungen Technik wird die Wärmeabstrahlung von Gebäuden vom Flugzeug aus mit einer genauen Kamera erfasst, um daraus großflächige Energie-Diagnosen von urbanen Gebieten zu erstellen.


Welchen Beitrag leisten Gebäude für den Energieverbrauch und wo liegen Optimierungspotenziale? Diesen Fragen geht die Firma GeoFly im Rahmen eines Gemeinschaftsprojekts mit Aerodata nach, bei dem das Verfahren der Aero-Thermographie eingesetzt wird. Bei dieser noch relativ jungen Technik wird die Wärmeabstrahlung von Gebäuden vom Flugzeug aus mit einer genauen Kamera erfasst, um daraus großflächige Energie-Diagnosen von urbanen Gebieten zu erstellen. Die technische Umsetzung basiert auf den physikalischen Gesetzen der Thermodynamik, hierbei werden aus größerer Entfernung Oberflächentemperaturen gemessen. „Die Analyse dieser Temperaturmessungen ermöglicht Aussagen über die Wärmeverluste der Gebäude“, sagt Aike Damrau, Geschäftsführer von GeoFly. Mit diesen Informationen sollen Eigentümer und Mieter von Gebäuden für Energieeinsparmaßnahmen sensibilisiert werden. Ebenso können Leitungsbetreiber etwaige Lecks erkennen, beispielsweise bei Fernwärmeleitungen.

Mit der Aero-Thermographie ist es möglich, eine globale Analyse der Energiebilanz von Gebäudegruppen in der Größenordnung einer Stadt oder eines Stadtteils durchzuführen. Diese Analyse erfolgt durch eine vergleichende Betrachtung der Wärmeverluste der Gebäude. Fassaden werden bei der Aero- Thermographie vernachlässigt. „Das Ergebnis ist ein Orthothermoplan, der die gemessenen Oberflächentemperaturen wiedergibt“, beschreibt Damrau.

In einem zweiten Schritt kann der Anwender die Karte verwenden, um detailliert thermische Verluste hinsichtlich ihrer Art und Verteilung zu erkennen. „Diese zweite Ebene hat den Vorteil, durch Hervorhebung der Punkte, auch schwache lokale Wärmeverluste zu erkennen“, so der Informatiker. Allerdings sei dies keineswegs ausreichend, um eine Gebäude-Energie-Diagnose zu erstellen. Wegen der vielen Variablen und einiger thermischer Anomalien kann dies nur durch Feldbeobachtungen gelöst werden. Die thermographischen Auswertungen lassen sich aber bei gezielten Detailbetrachtungen und daraus folgenden Sanierungsmaßnahmen heranziehen.

Thermographie-Messungen aus der Luft werden mittels einer Kamera, im mittleren Infrarot-Wärme-Spektrum durchgeführt. Dieses Wellenlängenband im Bereich von drei bis fünf Mikrometer hat die Eigenschaft, die maximale Emission eines „Schwarzen Körpers“ (also eines idealen Körpers ohne Emissionen, den es in der Natur nicht gibt) bei Raumtemperatur wiederzugeben. Diese Strahlung breitet sich mit sehr geringer Dämpfung in der Atmosphäre aus. „Die Aufnahme muss unter ganz bestimmten Wetterbedingungen durchgeführt werden“, sagt Damrau. Dazu gehören eine Außentemperatur von weniger als plus fünf Grad Celsius, eine möglichst geringe Verdunstung von Wasser auf der Oberfläche der Objekte, keine Niederschläge in den letzten 36 Stunden und bestenfalls geringer, besser gar kein Wind, der den Temperaturaustausch (Konvektion) zu stark beschleunigen könnte. Störend sind zudem Sonnenlicht-Absorptionen, die Objekte stark erwärmen können. Das heißt konkret: „Es gibt nicht viele Zeitfenster zur Erfassung der Messwerte“, so der Vermessungsexperte. Diese Zeitfenster sind im Winter, in der Nacht, am frühen Morgen (sechs Uhr bis neun Uhr) oder am späten Abend (zwischen 20 Uhr und 23 Uhr), um die Messungen durchzuführen.

Aus technischer Sicht muss bei der Kartierung von Temperaturen auf großen Oberflächen die klassische Aufzeichnungstechnik und die photogrammetrische Behandlung angepasst werden. Einschränkungen entstehen zum einen durch den betrachteten Spektral-Bereich und die mittlere infrarote Wärmestrahlung sowie zum anderen durch den verwendeten Sensor und die Geometrie.

Auch wenn die Matrix, die bei der eingesetzten Thermalkamera zur Verfügung steht, größer ist, sollte eine Pixelzahl von 640 mal 512 nicht überschritten werden. „Die hohe räumliche Auflösung, in der Regel zwischen 30 und 50 Zentimetern, erfordert es, die Bilder zu überlappen, um flächendeckend die betreffenden Gebiete darzustellen“, sagt Matthieu Lefebvre von Aerodata France. Das Unternehmen hat in Frankreich bereits einige urbane Regionen mit der Technik beflogen und ausgewertet.

Ziel ist es, Indikatoren zu entwickeln, die den Energieverlust von Gebäuden charakterisieren. Dies sind, so die Erfahrungen aus den französischen Projekten, einfach gehalten, die Ergebnisse der Aero-Thermographie für die Öffentlichkeit transparent zu gestalten.

Bei der Auswertung der aufgezeichneten Daten kann die theoretisch abgegebene Energie der Gebäude bestimmt werden, um auf diese Weise die Temperatur abzuleiten. Dabei können die atmosphärischen Einflüsse nicht vollständig vernachlässigt werden. Da die thermische Infrarotmessung im Wellenlängenbereich zwischen drei und fünf Mikrometer jedoch relativ schmalbandig ist, wird so die Störgröße reduziert. In den Auswertemodellen der Daten werden zudem komplexe, thermophysikalische Zusammenhänge berücksichtigt, um so vor allem externe Faktoren, die meist durch Atmosphäre und Umwelt beeinflusst werden, zu korrigieren.

Für die Auswertungen müssen jedenfalls einige Eigenschaften des zu beobachtenden Objekts bekannt sein. Dazu gehören beispielsweise Nutzung der Gebäude, taktuelle Innentemperatur und Heizzeit. Der Erkenntnisgewinn im Zuge zyklischer Befliegungen und der Erstellung chronologischer Messreihen ist dadurch nicht möglich, da sich alleine der Parameter „Innentemperatur“ je nach Jahres- und Tageszeit zu stark differenziert.

GeoFly hat kürzlich die Stadt Magdeburg beflogen um ein Wärmebildkataster zu erstellen. „Das Interesse in Deutschland ist hoch“, sagt Damrau. Die positiven Erfahrungen aus Frankreich hätten sich in den Kommunen schon herumgesprochen. Demnach werden sich mittelfristig einige Referenzprojekte ergeben. Schließlich nehmen Treibhausgas-Emissionen bei Gebäuden einen besonderen Stellenwert ein. Im Jahr 2005 waren sie für rund 23,7 Prozent aller Emissionen verantwortlich. Der größte Teil davon ist auf die Beheizung zurückzuführen. (sg)

www.geofly.eu