Thermografie von Wärmeanlagen – was lässt sich erkennen und wie sind die Ergebnisse richtig zu interpretieren?

Thermografische Untersuchungen von Wärmeanlagen sind besonders dort nützlich, wo Bereiche mit ungewöhnlicher Temperaturverteilung schnell gefunden werden müssen, ohne die gesamte Anlage abzustellen und ohne eine heiße Oberfläche zu berühren. Eine Wärmebildkamera kann beschädigte Dämmung, ungedämmte Armaturen, lokale Wärmebrücken, überhitzte Bauteile, Unterschiede zwischen vergleichbaren Anlagenzweigen oder Bereiche anzeigen, in denen nach Leckagen gesucht werden sollte. Entscheidend ist jedoch die richtige Interpretation: Ein Thermogramm zeigt die thermische Wirkung an der Oberfläche, nicht bereits die fertige Diagnose der Problemursache.

Aus Sicht eines Auditors lautet die wichtigste Frage daher nicht „Ist auf dem Bild ein roter Bereich zu sehen?“, sondern „Warum hat dieses Bauteil unter den gegebenen Betriebsbedingungen eine andere Temperatur als erwartet, und welche technische Entscheidung folgt aus diesem Unterschied?“

Was zeigt eine Wärmebildkamera eigentlich?

Eine Wärmebildkamera erfasst die Infrarotstrahlung, die den Detektor erreicht. Unter Berücksichtigung der Messparameter kann daraus die Oberflächentemperatur des untersuchten Objekts bestimmt werden. Das Ergebnis hängt jedoch nicht nur von der tatsächlichen Oberflächentemperatur ab, sondern unter anderem auch vom Emissionsgrad, von der aus der Umgebung reflektierten Strahlung, vom Abstand und von den atmosphärischen Bedingungen.

Ein Farbbild ist daher keine direkte Karte der Energieverluste. Farbpalette und automatisch gewählter Temperaturbereich können selbst geringe Temperaturunterschiede sehr auffällig erscheinen lassen. Für die technische Analyse sind die Temperaturwerte, die Abweichungen von einem Referenzpunkt, die Geometrie der Anomalie, die Betriebsbedingungen der Anlage und die Reproduzierbarkeit der Beobachtung wichtiger als die Farbe selbst.

Die Normen ISO 18434-1 und ISO 18434-2 beschreiben die Thermografie als Werkzeug für die Zustandsüberwachung und Diagnose von Maschinen und Hilfseinrichtungen, darunter Armaturen, Strömungsmaschinen und Wärmetauscher. Sie behandeln außerdem die Durchführung von Messungen, Kriterien zur Bewertung von Anomalien, die Bildinterpretation, die Berichterstattung sowie die Kompensation von Parametern wie Emissionsgrad und reflektierter Temperatur.

Was lässt sich bei thermografischen Untersuchungen von Wärmeanlagen erkennen?

Schäden, Fehlstellen und Unterbrechungen der Wärmedämmung

Dies ist eine der naheliegendsten Anwendungen der Thermografie bei Anlagen mit heißem Wasser, Dampf oder einem anderen Wärmeträger. Ist die Dämmung lokal beschädigt, zusammengedrückt, unterbrochen oder fehlt sie ganz, kann sich die Temperatur der Außenoberfläche deutlich von benachbarten Bereichen mit vergleichbarem Aufbau und ähnlicher Belastung unterscheiden.

Besondere Aufmerksamkeit verdienen:

• Ventile, Flansche, Filter und Kondensatableiter,
• Pumpengehäuse und Armaturenbauteile,
• Übergänge zwischen einzelnen Dämmabschnitten,
• Rohrhalterungen und -aufhängungen,
• Durchführungen durch Bauteile,
• Stellen früherer Reparaturen,
• Bereiche, die Feuchtigkeit oder mechanischen Beschädigungen ausgesetzt sind.

In der Praxis muss das Problem nicht in vollständig fehlender Dämmung bestehen. Eine Anomalie kann auch durch eine lokal geringere Dämmstärke, verschlechterte Materialeigenschaften, einen undichten Schutzmantel oder eine Wärmebrücke über ein metallisches Konstruktionselement verursacht werden.

Potenzielle Bereiche mit erhöhten Wärmeverlusten

Führt eine Rohrleitung ein heißes Medium, kann eine lokal erhöhte Oberflächentemperatur auf eine stärkere Wärmeabgabe an die Umgebung hinweisen. Thermografie eignet sich sehr gut für das Screening: Damit lässt sich schnell feststellen, welche Bauteile zuerst genauer analysiert werden sollten.

Das bedeutet jedoch nicht, dass sich Wärmeverluste in kW oder MWh direkt aus einem Thermogramm ablesen lassen. Für eine Abschätzung sind mindestens Angaben zur Geometrie des Bauteils, zur Temperatur des Mediums und der Umgebung, zu Aufbau und Zustand der Dämmung, zur Betriebszeit sowie zu den Bedingungen des Wärmeübergangs erforderlich. Das Thermogramm hilft, die Stelle zu lokalisieren und die Oberflächentemperatur zu bestimmen; für die Energiebilanz ist ein weiterer Berechnungsschritt nötig.

Überhitzte Bauteile und ungewöhnliche Hotspots

Eine erhöhte Temperatur an einem Pumpengehäuse, einer Lagerung, einem Ventil, einem Stellantrieb, einem Wärmetauscher oder einem anderen Bauteil kann auf einen ungewöhnlichen Betriebszustand hinweisen. Ein hoher Wert allein belegt noch keinen Defekt — manche Geräte arbeiten konstruktionsbedingt bei hohen Temperaturen. Wesentlich aussagekräftiger ist ein Vergleich:

• mit einem baugleichen Gerät unter ähnlichen Betriebsbedingungen,
• mit einer früheren Messung desselben Bauteils,
• mit der Temperatur aus der Dokumentation oder den Prozessbedingungen,
• mit anderen Messpunkten derselben Baugruppe.

Auf diese Weise kann die Thermografie helfen, ein Bauteil für eine weiterführende Kontrolle auszuwählen, bevor über Demontage oder Reparatur entschieden wird.

Ungleichmäßiger Betrieb der Anlage

Ein Thermogramm kann Unterschiede zwischen parallelen Zweigen, Wärmetauschern, Wärmeabnehmern oder Rohrleitungsabschnitten zeigen, die theoretisch ähnlich arbeiten sollten. Eine ungewöhnliche Temperaturverteilung kann beispielsweise mit einem anderen Volumenstrom, einer abweichenden Ventilstellung, Lufteinschlüssen, Ablagerungen, einer fehlerhaften Regelung oder einer veränderten Belastung des Abnehmers zusammenhängen.

Dies ist ein gutes Beispiel für eine Situation, in der das Wärmebild zeigt, wo gesucht werden sollte, aber noch nicht beantwortet, was die Ursache ist. Zur Klärung können Messungen von Durchfluss, Druck und Medientemperatur vor und nach dem Bauteil, ein Messwert aus der Leittechnik oder eine Kontrolle der Armatureneinstellung erforderlich sein.

Thermografische Untersuchung von Rauchgaskanälen

In Industrieanlagen kann Thermografie auch zur Beurteilung der Außenflächen von Rauchgaskanälen und heißen Prozessleitungen eingesetzt werden. Ein lokaler Hotspot am Mantel kann auf ein Problem mit der Dämmung, der feuerfesten Auskleidung, einer Segmentverbindung oder eine andere lokale Unterbrechung des Wärmeschutzes hinweisen.

Ein Schaden sollte jedoch nicht allein anhand der Farbe des Thermogramms diagnostiziert werden. Zu berücksichtigen sind der Aufbau des Kanals, Prozesstemperatur und -last sowie frühere Messungen; bei einer relevanten Anomalie sollte der Zustand zudem im Rahmen einer technischen Inspektion bestätigt werden.

Unterirdische Rohrleitungen und Wärmenetze

Thermografie der Geländeoberfläche oder Messungen aus der Luft können dabei helfen, thermische Anomalien über dem Verlauf unterirdischer Netze zu lokalisieren. Es handelt sich um eine Screening-Methode, deren Wirksamkeit von zahlreichen Faktoren abhängt: Tiefe und Aufbau der Rohrleitung, Art von Oberfläche und Boden, Umgebungstemperatur, Wetter, Sonneneinstrahlung sowie andere Wärmequellen in der Nähe.

Aktuelle Untersuchungen zur Analyse thermischer Luftbilder von Fernwärmenetzen zeigen, dass die klassische Erkennung heißer Stellen sowohl falsch positive Ergebnisse als auch übersehene Anomalien liefern kann. Die Zuverlässigkeit steigt erst, wenn die Temperatur entlang der Netzachse mit der Umgebung verglichen und der Kontext geprüft wird. Ein warmer Bereich über einer Rohrtrasse sollte daher als Ansatzpunkt für weitere Diagnostik und nicht als automatischer Nachweis einer Leckage behandelt werden.

Ein Thermogramm ist keine Diagnose. Wie gelangt man von der Beobachtung zur Entscheidung?

Den größten Nutzen liefert die Verbindung des Wärmebilds mit Informationen über die Anlage. Die folgenden Beispiele zeigen ein sinnvolles Vorgehen.

Aus Sicht eines Auditors: Am sichersten ist es, Thermografie als Werkzeug zur Hypothesenbildung zu behandeln. Eine belastbare Diagnose entsteht erst dann, wenn die Anomalie im Thermogramm zu den Betriebsbedingungen der Anlage, den Prozessdaten und — falls erforderlich — einer zusätzlichen Messung passt.

Emissionsgrad der Oberfläche — häufigste Ursache fehlerhafter Temperaturwerte

Der Emissionsgrad beschreibt die Fähigkeit einer Oberfläche, Wärmestrahlung abzugeben. Er ist ein zentraler Parameter bei der Temperaturmessung mit einer Wärmebildkamera. Besonders problematisch sind saubere, glänzende Metalle mit niedrigem Emissionsgrad, die Strahlung aus der Umgebung stark reflektieren.

In der Praxis kann poliertes Metall im Thermogramm wärmer oder kälter erscheinen, nicht weil es tatsächlich diese Temperatur hat, sondern weil es ein heißes Anlagenbauteil, den Himmel, den Bediener oder eine andere Strahlungsquelle reflektiert. FLIR weist darauf hin, dass polierte Kupfer- und Aluminiumoberflächen einen Emissionsgrad von unter 0,10 haben können, während oxidierte oder raue Oberflächen in der Regel deutlich höhere Werte aufweisen.

Daher sollte nicht automatisch für alle Bauteile derselbe Emissionsgrad eingetragen werden. Wenn auf einer Oberfläche mit niedrigem Emissionsgrad eine genauere Temperaturmessung erforderlich ist, kann — sofern Bedingungen und Sicherheit dies zulassen — eine Markierung oder ein Material mit bekanntem hohen Emissionsgrad aufgebracht und nach Temperaturangleichung gemessen werden.

Wie beeinflussen die Messbedingungen das Ergebnis?

Umgebungstemperatur und Betriebszustand der Anlage

Ein Vergleich ist nur dann sinnvoll, wenn bekannt ist, unter welchen Bedingungen die Anlage arbeitet. Anfahren, Abstellen, Laständerungen oder kurzfristige Veränderungen der Medientemperatur können Temperaturverteilungen erzeugen, die im normalen stationären Betrieb nicht auftreten. Im Bericht sollten mindestens die Umgebungstemperatur und die grundlegenden Prozessparameter zum Zeitpunkt der Untersuchung dokumentiert werden.

Wind, Regen und Sonneneinstrahlung

Wind verstärkt die Abkühlung der Oberfläche, Niederschlag verändert ihre Temperatur und Strahlungseigenschaften, und Sonneneinstrahlung kann ein Bauteil unabhängig vom Medium im Inneren erwärmen. Dies ist besonders bei Außenmessungen und bei der Beurteilung unterirdischer Rohrleitungen anhand der Oberflächentemperatur relevant. Sollen mehrere Untersuchungen miteinander verglichen werden, sollten die Bedingungen möglichst ähnlich sein.

Abstand, Auflösung und Schärfe

Dass ein kleines Bauteil auf dem Display sichtbar ist, bedeutet noch nicht, dass seine Temperatur genau gemessen werden kann. Mit zunehmendem Abstand erfasst ein Pixel einen immer größeren Bereich des Objekts. Für eine genaue Messung eines kleinen Ziels müssen die räumliche Auflösung und das Verhältnis zwischen Abstand und Zielgröße geprüft werden; FLIR nennt als praktische Faustregel für das Messziel mindestens eine Fläche von 3 × 3 Pixeln.

Digitales Zoomen stellt fehlende Messdaten nicht wieder her. Ist ein Detail zu klein, muss der Abstand sicher reduziert, eine geeignete Optik eingesetzt oder eine Kamera mit höherer Auflösung verwendet werden.

Reflektierte Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Atmosphäre

Bei genaueren radiometrischen Messungen spielen auch die reflektierte scheinbare Temperatur, die Atmosphärentemperatur, die relative Luftfeuchtigkeit und der Abstand eine Rolle. Die Messdokumentation von FLIR führt diese Parameter als Bestandteile der Messkonfiguration auf; der Einfluss einiger davon nimmt mit größerem Abstand zu. Erfolgt die Messung durch ein Infrarotfenster oder ein anderes Medium, ist auch dessen Transmissionsgrad zu berücksichtigen.

Beobachtungswinkel und Oberflächengeometrie

Ein glänzendes zylindrisches Rohr kann die Umgebung je nach Beobachtungswinkel unterschiedlich reflektieren. Durch eine Veränderung der Kameraposition und die Beobachtung, ob sich ein verdächtiger Punkt mit der Reflexion „mitbewegt“, lassen sich einige Artefakte einfach erkennen. Messungen sollten möglichst reproduzierbar durchgeführt und sowohl das Thermogramm als auch ein sichtbares Referenzbild dokumentiert werden.

Wie führt man ein Thermografie-Audit an einer Anlage korrekt durch — Schritt für Schritt?

Das bloße Sammeln einer großen Zahl von Bildern liefert nur selten eine gute Antwort. Deutlich besser ist es, mit der Entscheidung zu beginnen, die durch die Messung unterstützt werden soll.

1. Diagnostische Fragestellung festlegen. Suchen wir Wärmeverluste über die Dämmung, eine vermutete Leckage, einen ungleichmäßig arbeitenden Anlagenzweig oder ein überhitztes Bauteil?
2. Basisdaten erfassen. Anlagenschema, Medium, typische Temperaturen und Drücke, Durchmesser, Angaben zur Dämmung, Betriebszeit und Belastung.
3. Repräsentativen Betriebszustand wählen. Für Vergleiche sollte die Anlage möglichst unter stabiler und typischer Last arbeiten.
4. Untersuchungsbedingungen und Kameraparameter dokumentieren. Umgebungstemperatur, Wetterbedingungen, Abstand, Emissionsgrad, reflektierte Temperatur und weitere für die jeweilige Messung relevante Parameter.
5. Referenzaufnahmen erstellen. Sinnvoll sind sowohl ein Thermogramm als auch ein sichtbares Bild; bei wichtigen Bauteilen zusätzlich eine Übersicht und eine Detailaufnahme.
6. Vergleichbares mit Vergleichbarem vergleichen. Der Unterschied zwischen zwei ähnlichen Ventilen unter derselben Last sagt deutlich mehr aus als die bloße Information, dass eines davon eine bestimmte Temperatur hat.
7. Anomalie und Hypothese trennen. Der Bericht sollte unterscheiden, was gemessen wurde, was die Ursache sein könnte und was geprüft werden muss, um sie zu bestätigen.
8. Maßnahme zuordnen. Kleine Dämmreparatur, Armaturenkontrolle, Durchflussmessung, Gerätediagnostik oder Beobachtung bei der nächsten Inspektion.
9. Nach der Reparatur verifizieren. Eine Wiederholungsaufnahme unter ähnlichen Bedingungen zeigt, ob die Anomalie tatsächlich verschwunden ist.

Welche zusätzlichen Daten werden zur Interpretation eines Thermogramms benötigt?

Je nach Problem können folgende Angaben hilfreich sein:

• Medientemperatur im Vor- und Rücklauf,
• Druck und Durchfluss,
• Ventilstellungen und Reglereinstellungen,
• Durchmesser, Werkstoff und Geometrie der Rohrleitung,
• Art, Dicke und Zustand der Dämmung,
• Betriebszeit der Anlage und Lastprofil,
• Gerätedokumentation und zulässige Temperaturen,
• Kontaktmessung an einem Referenzpunkt,
• Historie früherer Thermogramme,
• Daten zu Medienverlusten oder zur Netzbilanz,
• Ergebnisse anderer Diagnoseverfahren, z. B. Ultraschall-, Durchfluss- oder Druckmessungen oder mechanische Inspektionen.

Soll der wirtschaftliche Effekt einer Dämmungsreparatur berechnet werden, ist das Wärmebild nur der Ausgangspunkt der Berechnungen. In einem vereinfachten Schema:

jährlich vermiedene Energie [kWh/Jahr] = (Wärmeverlust vor der Reparatur [kW] − Wärmeverlust nach der Reparatur [kW]) × Betriebszeit [h/Jahr]

jährliche Kosteneinsparung [zł/Jahr] = vermiedene Energie [kWh/Jahr] × angesetzte Energiekosten [zł/kWh]

einfache Amortisationszeit [Jahre] = Investitionsaufwand [zł] / jährliche Kosteneinsparung [zł/Jahr]

Ist der Energiepreis in zł/MWh oder zł/GJ angegeben, müssen die Einheiten vor der Berechnung vereinheitlicht werden. Entscheidend ist außerdem, dass die Werte der Wärmeverluste aus einer ingenieurtechnischen Berechnung oder aus geeigneten Messungen und Anlagendaten stammen. Sie sollten nicht allein aus der Farbe einer Oberfläche im Thermogramm abgeleitet werden.

Wann reicht Thermografie nicht aus?

Thermografie ist ein sehr gutes Screening-Werkzeug, hat aber Grenzen. Eine Wärmebildkamera allein sollte nicht die einzige Grundlage sein für:

• die Bestimmung des genauen Leckagestroms,
• die Bestimmung der Energieverluste eines gesamten Bauteils ohne geometrische und betriebliche Daten,
• die Bestätigung der Ursache eines unter der Dämmung verborgenen Schadens,
• die Beurteilung des inneren Zustands einer Rohrleitung,
• die Feststellung, ob der Aufbau der Dämmung einer bestimmten Norm oder Planung entspricht,
• eine kostspielige Sanierungsentscheidung, wenn eine Anomalie mehrere unterschiedliche Ursachen haben kann.

In solchen Fällen sollte das Ergebnis zu einer weiteren, gezielteren Messung führen. Dadurch sinkt das Risiko, ein Bauteil zu reparieren, das im Thermogramm ungewöhnlich aussieht, tatsächlich aber ordnungsgemäß arbeitet.

Thermografische Untersuchung und Thermografie-Audit — ist das dasselbe?

Die Begriffe werden häufig synonym verwendet, praktisch ist eine Unterscheidung jedoch sinnvoll. Eine thermografische Untersuchung kann eine einzelne Messung oder die Prüfung eines konkreten Problems bezeichnen. Ein Thermografie-Audit sollte einer umfassenderen Logik folgen: Ziel, Umfang, Referenzbedingungen, Bewertungskriterien, Dokumentation der Anomalien, Priorisierung, Verifizierung durch zusätzliche Daten und Empfehlungen.

Bei einer Industrieanlage endet ein fachgerecht durchgeführtes Thermografie-Audit daher nicht mit einer Sammlung farbiger Bilder. Das Ergebnis sollte erläutern, welche Beobachtungen relevant sind, wodurch das Problem verursacht sein könnte, wie sicher diese Interpretation ist und was als Nächstes zu tun ist.

Wie plant man eine Untersuchung, damit das Ergebnis wirklich nützlich ist?

Vor der Beauftragung der Messungen lohnt es sich, eine kurze Informationsliste vorzubereiten:

• welche Anlagen und Geräte aus Kosten- oder Prozesssicht am wichtigsten sind,
• welche Stellen bereits repariert wurden oder früher Probleme verursacht haben,
• wann die Anlage mit typischer Last arbeitet,
• welche Temperaturen und Durchflüsse als normal gelten,
• ob Schemata, Automatisierungsdaten und Dämmungsdokumentation verfügbar sind,
• welche Anomalien eine sofortige Entscheidung erfordern und welche über einen längeren Zeitraum beobachtet werden können.

So lässt sich die Untersuchung nicht als zufälliger Rundgang mit der Kamera, sondern als geplante Diagnostik durchführen, die auf konkrete technische Entscheidungen ausgerichtet ist.

Zusammenfassung

Thermografische Untersuchungen von Wärmeanlagen ermöglichen es, Bereiche schnell zu lokalisieren, in denen die Temperaturverteilung vom erwarteten Zustand abweicht. Sie können Dämmprobleme, Wärmebrücken, ungewöhnlich heiße Bauteile, einen ungleichmäßigen Anlagenbetrieb oder Bereiche aufzeigen, die auf mögliche Leckagen geprüft werden sollten. Ihren größten Nutzen entfalten sie jedoch erst, wenn das Thermogramm mit Prozesswissen und zusätzlichen Messdaten verknüpft wird.

Soll die Analyse zu einer Investitions- oder Reparaturentscheidung führen, empfiehlt es sich, die Thermografie mit dem breiteren Spektrum von Energieaudits und Messungen und — bei Verlusten von Prozesswärme — mit einer Analyse der Möglichkeiten zur Wärmerückgewinnung zu verbinden. Ziel ist nicht, möglichst viele Bilder aufzunehmen, sondern Maßnahmen zu identifizieren, deren technische und wirtschaftliche Wirkung tatsächlich überprüft werden kann.

Quellen

• ISO 18434-1:2008 — Condition monitoring and diagnostics of machines — Thermography — Part 1: General procedures
• ISO 18434-2:2019 — Condition monitoring and diagnostics of machine systems — Thermography — Part 2: Image interpretation and diagnostics
• Teledyne FLIR — Measuring temperatures
• Teledyne FLIR — How Does Emissivity Affect Thermal Imaging?
• Teledyne FLIR — How Far Can You Measure with a Thermal Camera?
• Risch T., Weidauer A., Hadavand A. — Guided Leak Detection in District Heating Networks from Aerial Thermal Imagery, ISPRS Annals, 2026