Die Bestimmung der thermischen Leistung eines Gebäudes (U-Wert) mit einer Wärmeflussplatte und einem Datenlogger erfordert das Anhaften von Sensoren in Untersetzergröße an der Innenfläche einer Wand und das Belassen dieser Sensoren in der Regel für 3-7 Tage (je nach thermischer Masse der Struktur). Sonden sind auch erforderlich, um die internen und externen Luft- und Wandoberflächentemperaturen zu messen. Der Prozess ist störend, zeitaufwändig, kostspielig und misst letztlich nur den Wärmefluss durch den spezifischen Punkt der Sensorbefestigung. Wände sind von Natur aus inhomogen, und der Sensor könnte über einem Mörtelgelenk oder Wandbinder platziert werden, zum Beispiel, um anschließend nicht repräsentative Daten bereitzustellen.

Eine schnellere, genauere Methode zur Messung von U-Werten mit Infrarottechnologie

Heat3D wurde von BTS gemeinsam entwickelt, um die Zeit und Kosten für die Durchführung einer Vermessung sowie die Notwendigkeit der Messung des Wärmeverlusts durch den gesamten Wandabschnitt, nicht isolierte Punkte, zu berücksichtigen. Es folgt der ISO 9869-2, die die In-situ-Messung des thermischen Widerstands und der thermischen Transmission von Bauelementen abdeckt. Teil 2 bezieht sich insbesondere auf den Einsatz der Infrarottechnologie.

Obwohl Baugutachter seit vielen Jahren die Infrarot-Thermokameras von Flir hauptsächlich für Inspektionszwecke nutzen, hat Heat3D BTS einen potenziellen neuen Anwendungsfall für diese innovative Technologie entdeckt. Durch die Kopplung eines Flir One® Pro mit anderer maßgeschneiderter Hardware und einer proprietären mobilen App wäre es nicht nur möglich, die Temperatur über die Wandoberfläche abzuleiten, sondern auch die tatsächliche Wärmeübertragungsrate durch die Wand. 

„Word verbreitet sich schnell über das Potenzial dieser patentierten neuen Technologie“, berichtet Luke Smith, Geschäftsführer von BTS. „Eine Reihe von Grundstücken und Anwesen haben bereits genutzt, wobei das architektonische und kulturelle Wahrzeichen Westminster Abbey zu den bemerkenswertesten zählt.“ 

Westminster Abbey testet Heat3D auf Energieeffizienzverbesserungen

Das Westminster Abbey umfasst eine Vielzahl von Gebäuden, die derzeit energieeffizienter werden, um die CO2-Auswirkungen zu reduzieren und die Widerstandsfähigkeit für zukünftige Generationen zu gewährleisten. Die Klasse I unterlistete Deanery, von der Teile aus dem 13. Jahrhundert stammen, zeichnete sich durch ihren hohen Energieverbrauch aus. Mit seinen dicken Mauerwerkswänden, Holzvertäfelungen und originalen Metallrahmenfenstern war es ein guter Ausgangspunkt für eine datengesteuerte Bewertung.  

Um die thermische Leistung des Gebäudes zu verstehen und eine detaillierte Bewertung durchzuführen, ernannte Westminster Abbey den multidisziplinären Immobilien- und Bauberater Keegans, der in Heat3D-Technologie von BTS investierte, um den U-Wert der Ziegelwände des Hauptgebäudes sowie der steinmauern Erweiterung zu messen. 

Die Ergebnisse waren überraschend. Die U-Werte der Wand waren viel niedriger [besser] als angenommen. Der vorhergesagte U-Wert für die Hauptwand (gerenderter massiver Ziegelstein) betrug beispielsweise 1,7 W/m2K. Der Ist-Messwert lag nur bei 0,8 W/m2K, ca. 53% besser als erwartet. Ebenso betrug der prognostizierte Wert für die 13. Jahrhundert-Flächensteinwand der Erweiterung 2 W/m2K, während der tatsächliche Wert 0,9 W/m2K betrug, eine Differenz von 55 %. 

Präzise U-Wert-Daten fördern intelligentere Nachrüstungs- und Erhaltungsentscheidungen

Durch die Erfassung genauerer Messungen von U-Werten (und Luftdurchlässigkeit) können Vermessungsexperten Kunden genauere Schätzungen der jährlichen Energiekosten liefern. Im Falle des Deanery in Westminster Abbey lieferte das kalibrierte Modell auf der Grundlage tatsächlicher Messungen einen um 16 % genaueren Wert für die jährlichen Energiekosten, was einer finanziellen Differenz der prognostizierten Einsparungen von mehr als 1.000 £ entspricht. Das ist nur für ein Gebäude. Westminster Abbey plant nun, ähnliche Tests in seinem gesamten Nachlass anzuwenden. 

Entscheidend ist, dass die Erkenntnis Westminster Abbey die Gewissheit gegeben hat, dass die Investition in Upgrades wie Sekundärverglasung, bessere Heizungssteuerungen und gezielte Zugsicherung eine kostengünstige und dennoch ausreichende Option im Vergleich zur Installation einer internen Isolierung darstellen würde, was durch die bestätigten Messungen unnötig war. 

„Es ermöglichte dem Management-Team im Wesentlichen, die Effizienz zu steigern, ohne die historische Integrität des Deanery zu beeinträchtigen“, erklärt Luke Smith. „Ohne diese Daten wäre es einfach gewesen, teure, störende und unnötige Änderungen zu empfehlen. Mit seinen aufwendigen Innenverkleidungen, Korn- und Schürzen sowie der verzierten Steinaußenseite hätte es Zehntausende von Pfund kosten können, wenn es darum ging, das Gewebe des Gebäudes nach der Installation der Isolierung zu überarbeiten.“ 

Wie Heat3D U-Werte mit dem Flir One® Pro misst

Heat3D berechnet U-Werte mit maßgeschneiderter Hardware und einer iOS-App. Ein mobiles Gerät wie ein iPhone oder iPad wird auf einem Stativ montiert, wobei die tragbare Kamera Flir One® Pro angebracht ist und aus einer Entfernung von etwa 2 m auf die Wand zeigt.

Um die Genauigkeit der absoluten Temperaturmesswerte des Systems zu maximieren, werden zwei Kalibrierungsziele von einem Monopod aufgehängt, der innerhalb der Aufnahme der Kamera an die Wand lehnt. Eines ist ein (mattes) schwarzes Körpertemperaturziel, das einen Bluetooth-Sensor mit einer Genauigkeit von 0,1 °C beinhaltet. Es ist ausreichend dimensioniert, um eine große Anzahl von Pixeln darzustellen, die die Kamera erkennen kann. Das zweite ist ein Strahlungstemperaturziel - ein isotroper Reflektor - der repräsentativ für die Strahlungstemperatur ist, die die Wandoberfläche von anderen Stellen im Raum empfangen könnte.

Der Flir One® Pro macht eine Stunde lang jede Minute ein Infrarotbild. Anhand dieser Messungen berechnet die App die Wärmeübertragung über die gesamte Innenfläche von Außenwänden. Es erstellt eine 3D-Wärmeübertragungskarte, die nicht nur die Quantifizierung von Wärmeverlusten ermöglicht, sondern auch die Identifizierung von thermischen Brücken oder Defekten, was zu nachfolgenden Maßnahmen führt.

Die Vorteile dieser völlig einzigartigen kommerziellen Technologie sind im Vergleich zur etablierten Wärmeflussplattenmethode umfangreich: schnelle Einrichtung innerhalb von 15 Minuten; kein Potenzial für Sensorablösung; Wärmeverlustmessung über einen viel größeren Wandabschnitt; Ergebnisse in einer Stunde verfügbar; und alle Daten, die in die Online-Cloud von BTS hochgeladen und sicher für Diagnose und Datenanalyse gespeichert werden.

„Mit dieser kostengünstigen, schnellen und nicht-invasiven Methode zur Messung des Wärmeflusses und der U-Werte von Bauelementen können Vermessungsteilnehmer die Kosten ihrer Umfragen mehr als halbieren“, sagt Luke Smith. „Es ist einfach, eine Umfrage bei einem Besuchstermin im Prüfzentrum auszufüllen, während die Wärmeflussmethode mindestens zwei Besuchstermine über zwei Wochen erfordert. Es sollte auch darauf hingewiesen werden, dass der Preis von Heat3D etwa 20 % niedriger ist als der des von uns angebotenen Wärmeflussplattensystems.“

Validiert und bewährt: die Wissenschaft hinter der Infrarot-U-Wertmessung von Heat3D

Heat3D ist das Produkt jahrelanger Forschung und Praxistests in quantitativen Infrarotthermographietechniken. Umfangreiche Validierungsarbeiten mit über 500 Messvergleichen zwischen Heat3D und der Wärmeflussplattenmethode belegen, dass die Technologie robust und wiederholbar ist. Ein Großteil der Forschung wurde mit seriösen britischen Partnern wie der Energy House-Einrichtung an der Salford University und dem National Physical Laboratory durchgeführt. Die Entwicklung erfolgte von Anfang an auf Basis des Flir One® Pro.

„Wir haben uns für iOS entschieden, weil es unserem Projekt durch die Verwendung des Apple [augmented Reality] ARKit förderlich war“, erklärt Luke Smith. „Im Gegenzug ermöglicht das Flir Mobile SDK iOS-Entwicklern die Erstellung von Apps, die die Wärmebild- und Sensorfunktionen von Flir nutzen. Dies hat uns dazu veranlasst, die Flir-Technologie zu nutzen, und es ist eine Partnerschaft, die wir sehr gerne beibehalten.“

Das Potenzial für diese neue Technologie ist wirklich groß. Weit entfernt von der Erhaltung traditioneller Eigenschaften ist Heat3D auch ideal für Neubaueigenschaften und prüft, ob das Haus die vom Bauherrn spezifizierte thermische Leistung erfüllt. Das Heat3D Infrarot-Thermographie-Kit und die damit verbundene Schulung sind bei BTS erhältlich, das auch Kundendienst und Kalibrierung bietet.