EINES RAUMES

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur berührungslosen Bestimmung von Wärmedurchgangskoeffizienten an Wänden eines Raumes sowie ein entspre- chendes System .

Gebäudeenergieberatungen basieren meist auf der Erfahrung von Energieberatern mit punktueller Unterstützung von Messtechnik. Diese Beratungen sind teuer, da für die Messung ein Experte vor Ort benötigt wird. Das Vorgehen, die Dokumenta- tion und das Ergebnis sind nicht standardisiert und von stark schwankender Qua- lität und daher zumeist nicht miteinander vergleichbar. Eine einfache Einschätzung des energetischen Zustands eines Raumes ohne Vor-Ort-Analyse ist derzeit nicht umsetzbar.

Ein Parameter für die Analyse eines Raumes sind die Wärmedurchgangskoeffizien- ten der Wände, die sogenannten U-Werte.

Aus EP 1 684 065 Al ist beispielsweise eine Vorrichtung zur Ermittlung des U-Wer- tes bekannt, bei der ein Thermoelement an der Wand befestigt wird. Ein ähnlicher Ansatz wird bei EP 2 938 980 Bl verfolgt, wobei ein Wärmeflusssensor verwendet wird . Die Messung erfolgt somit punktuell und berührend . Mittels der Wärmefluss- sensoren wird der Wärmefluss üblicherweise über einen langen Zeitraum gemes- sen . Die Position der Anbringung der Sensoren ist essentiell, um eine Abschätzung auf die gesamte Wand durchführen zu können . Daher können die Systeme übli- cherweise nicht von Laien verwendet werden .

Es ist ferner bekannt, dass über eine Infrarotkamera von der zu untersuchenden Wand eine Aufnahme erfolgt, um mittels der Infrarotbilddaten die punktuellen Messungen mittels Wärmeflusssensoren an der Wand auf die gesamte Fläche zu übertragen.

Sämtliche bekannten Verfahren haben den Nachteil, dass diese zumindest eine Messung berührend vornehmen, wobei die Position der Messung Fachwissen be- nötigt. Da das Messergebnis stark von der Position der Punktmessung abhängt, sind zumeist keine vergleichbaren Messungen mit der Punktmessung durchführ- bar. Ferner führen die bekannten Verfahren zumeist zu einem hohen experimen- tellen und zeitlichen Aufwand.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Bestim- mung von Wärmedurchgangskoeffizienten an Wänden zu schaffen, das berüh- rungslos erfolgt, wobei ein genaues Messergebnis auch unabhängig von der Posi- tion einer Punktmessung erreicht werden kann. Ferner soll das erfindungsgemäße Verfahren einfach und mit geringem Zeitaufwand durchführbar sein. Es ist ferner Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein entsprechendes System zur Verfügung zu stellen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist definiert durch die Merkmale des Anspruch 1.

Das erfindungsgemäße System ist definiert durch die Merkmale des Anspruch 9.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur berührungslosen Bestimmung von Wärme- durchgangskoeffizienten U an einer Wand eines Raumes weist folgende Schritte auf:

- Messung der Lufttemperatur T, in den Raum,

- Bereitstellen einer weiteren Lufttemperatur T _ei eines an die Wand angren- zenden weiteren Raumes oder von Außenlufttemperaturen T _e 2,

- Erstellen mindestens eines Panorama-Infrarotbildes des Raumes von einem beliebigen Punkt in dem Raum aus, wobei das Panorama-Infrarotbild zu- mindest ein sich horizontal erstreckendes 360°-Panorama umfasst,

- Auswerten des Panorama-Infrarotbildes und Bestimmung einer räumlich aufgelösten Wandtemperatur T _s aus dem Panorama-Infrarotbild sowie Be- stimmung der räumlich aufgelösten reflektierten Temperatur T _ref , - Bestimmung der Wärmedurchgangskoeffizienten U der Wand über die Luft- temperatur T,, der weiteren Lufttemperatur T _ei oder der Außenlufttempe- ratur T _e2 , der räumlich aufgelösten Wandtemperatur T _s sowie der räumlich aufgelösten reflektierten Temperatur T _ref .

Da mittels des Panorama-Infrarotbildes neben Temperaturdaten der Wand auch Flächen, die im Strahlungsaustausch mit der Wand stehen, vermessen werden, lässt sich in vorteilhafter Weise die reflektierte Temperatur T _ref bestimmen. In Kombination mit der bestimmten Wandtemperatur T _s , der Lufttemperatur T, und der in dem an die Wand angrenzenden Bereich herrschenden Temperatur lassen sich in vorteilhafter Weise Wärmedurchgangskoeffizienten U der Wand bestimmen. Dabei wird die Lufttemperatur eines angrenzenden weiteren Raumes der Wand verwendet, wenn die Wand eine Innenwand des Hauses ist. Im Falle, dass die Wand die Außenwand eines Hauses ist, wird die Außenlufttemperatur verwendet.

Zur Bestimmung des Wärmedurchgangskoeffizienten kann in vorteilhafter Weise die folgende Gleichung verwendet werden :

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit auf einfache Art und Weise, den Wärmedurchgangskoeffizienten U zu bestimmen, ohne dass eine berührende Messung vorgenommen werden muss. Darüber hinaus ist die durch das Panorama- Infrarotbild eine räumliche Auflösung der Wandtemperaturdaten und der reflek- tierten Temperatur möglich, so dass der Wärmedurchgangskoeffizient U ebenfalls räumlich aufgelöst bestimmt werden kann.

Dadurch, dass eine räumlich aufgelöste Messung erfolgen kann, ist die Messquali- tät im Gegensatz zu der berührenden Punktmessung des Standes der Technik un- abhängig von dem Messort. Die für die Erstellung des Panorama-Infrarotbildes verwendete Kamera kann an einem nahezu beliebigen Ort innerhalb des Raumes aufgestellt werden, so dass eine Person, die das Verfahren durchführt nahezu keine Vorkenntnisse aufweisen muss und dennoch ein zuverlässiges Ergebnis erhält. Das erfindungsgemäße Verfahren ist darüber hinaus mit vorrichtungstechnisch einfachem Aufbau durchführbar, da neben einer Kamera zur Aufnahme des Pano- rama-Infrarotbildes lediglich Vorrichtungen zur Messung der Lufttemperatur in dem Raum und zur Bestimmung der Lufttemperatur in dem weiteren Raum oder zur Außenlufttemperatur notwendig sind. Ferner wird eine Auswerteinheit für die Auswertung der Panoramabilder und der Bestimmung des Wärmedurchgangskoef- fizienten verwendet.

Bei der Bestimmung der Außentemperatur T _e2 können auch Wetterdaten verwen- det werden oder Temperaturverläufe. Dadurch lässt sich die Präzision erhöhen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorzugsweise vorgesehen, dass bei der Bestimmung einer räumlich aufgelösten Wandtemperatur T _s aus dem Panorama- Infrarotbild und/oder bei der Bestimmung der räumlich aufgelösten reflektierten Temperatur T _ref Abweichungen aufgrund von Reflektionen eines Gegenstandes o- der einer Person im Raum korrigiert werden, wobei Infrarotbilddaten, die vorzugs- weise aus dem Panorama-Infrarotbild stammen, zumindest einer gegenüberlie- genden Wand verwendet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht so- mit eine sehr genaue Messung, da Reflektionen der Gegenstände oder der Person im Raum herausgerechnet werden können. Hierzu können Infrarotbilddaten der gegenüberliegenden Wand bzw. anderer Wände verwendet werden. Die Reflektio- nen der Wärmestrahlung von beispielsweise einer in dem Raum befindlichen Per- son sind an mehreren Wänden vorhanden. Dadurch können diese relativ einfach erkannt und korrigiert werden, indem Abweichungen der Wärmestrahlung der Wand mit entsprechenden Stellen an anderen Wänden verglichen werden. Dadurch ist eine sehr genaue Bestimmung des Wärmedurchgangskoeffizienten möglich. Auch sind andere Störfaktoren auf diese Weise korrigierbar, wie beispielsweise erhöhte Wandtemperaturen aufgrund von Sonneneinstrahlung durch ein gegen- überliegendes Fenster oder beispielsweise ein Dachfenster.

Da mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auf einfache Art und Weise Störfakto- ren berücksichtig bzw. korrigiert werden können, indem diese beispielsweise her- ausgerechnet werden, lassen sich in vorteilhafter Weise auch Langzeitmessungen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren durchführen. Vorzugsweise ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, dass bereit- gestellte Geometriedaten des Raumes bei der Korrektur der Abweichungen auf- grund von Reflektionen von Gegenständen oder Personen im Raum und/oder bei der Bestimmung der räumlich aufgelösten reflektierten Temperatur T _ref verwendet werden. Dadurch wird die Präzision der Bestimmung der räumlich aufgelösten Wandtemperatur sowie der räumlich aufgelösten reflektierten Temperatur erhöht, wodurch die Genauigkeit der Bestimmung des Wärmedurchgangskoeffizienten ebenfalls verbessert ist.

Dabei kann vorgesehen sein, dass die Geometriedaten des Raumes über das Pa- norama-Infrarotbild bestimmt werden. Dies kann durch eine entsprechende Aus- wertung des Panorama-Infrarotbildes erfolgen. Zusätzlich oder alternativ können die Geometriedaten des Raumes auch durch Vermessen des Raumen bestimmt werden. Dies kann einmalig vor einer Messung erfolgen. Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, dass über eine Laserentfernungsmessung die Raumgeomet- rie bestimmt wird. Auf diese Weise ist eine sehr genaue Bestimmung von Geomet- riedaten des Raumes möglich.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann ferner folgender Schritt vorgesehen sein :

- Messung der Luftfeuchtigkeit in dem Raum.

Durch die Bestimmung der Luftfeuchtigkeit in dem Raum lässt sich die Bestimmung des Wärmedurchgangskoeffizienten unabhängig von der Innenraumfeuchtigkeit durchführen, da sich diese durch den bestimmten Luftfeuchtigkeitswert im Raum herausrechnen lässt. Über die Luftfeuchtigkeitsdaten kann auch auf Ursprünge von Abweichungen des Wärmedurchgangskoeffizienten an der Wand bestimmen, die beispielsweise durch Wärmebrücken, Wasserrohrbrüche oder Ähnlichem hervorge- rufen werden. Hierzu können beispielsweise mittels der gemessenen Luftfeuchtig- keit, der gemessenen Lufttemperatur sowie der räumlich aufgelösten Wandtem- peratur Taupunktanalysen der Wand durchgeführt werden, indem auf die Feuch- tigkeit aufgrund von Kondensation von Raumluft an der Wand geschlossen wird. Das 360°-Panoramabild kann aus einzelnen Infrarotbildern zusammengesetzt sein. Diese können durch mehrere Infrarotsensoren aufgenommen werden. Auch besteht die Möglichkeit, dass das 360°-Panoramabild beispielsweise durch Ver- schwenken einer Infrarotkamera aufgenommen wird. Das Panorama-Infrarotbild kann zusätzlich zu dem sich horizontal erstreckenden 360°-Panorama auch ein sich vertikal erstreckendes 360°-Panorama umfassen, so dass beispielsweise das Panorama-Infrarotbild ein Vollsphärenbild ist.

Vorzugsweise erfolgt das Erstellen des Panorama-Infrarotbildes des Raumes mit- tels einer VIS-IR-Kamera, wobei ein Infrarotbild über den vollen Raumwinkel er- stellt wird.

Die Erfindung kann ferner vorsehen, dass die Luftaustausch rate des Raumes ge- messen wird. Dies kann beispielsweise über eine Tracergasmessung erfolgen. Da- bei kann außerhalb des Raumes ein Tracergas ausgestoßen werden, das in dem Raum detektiert wird. Über die Luftaustauschrate des Raumes kann beispielsweise auf das Lüftungsverhalten des Raumes geschlossen werden. Dadurch können un- gewöhnliche Abweichungen bei der Bestimmung des Wärmeübergangskoeffizien- ten der Wand erkannt und ausgeschlossen werden, wie sie beispielsweise durch starke Luftzüge während der Aufnahme des Panorama-Infrarotbildes vorliegen können. Zusätzlich oder alternativ kann hierzu auch die Luftgeschwindigkeit in dem Raum gemessen werden.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens lässt sich aufgrund der Kombination der Raumgeometrie mit den bestimmten Wärmedurchgangskoeffizienten ein ener- getisches Gebäudemodell erstellen, indem die Wärmedurchgangskoeffizienten an mehreren Wänden bestimmt werden. Über das energetische Gebäudemodell kann beispielsweise eine Jahresbedarfsanalyse und Optimierung der Sanierung eines Gebäudes ohne die Anwesenheit von Gutachtern durchgeführt werden.

Grundsätzlich hat das erfindungsgemäße Verfahren auch den Vorteil, dass die mit- tels des Verfahrens ermittelten Daten von einem Gutachter ausgewertet werden können, ohne dass der Gutachter sich vor Ort befinden muss. Durch die Bestimmung der räumlich aufgelösten Wandtemperatur kann man eine quantitative Bestimmung der Temperatur für den gesamten Raum auf einfache Art und Weise durchführen, da nicht entschieden werden muss, an welcher Stelle im Raum eine Messung durchgeführt werden soll. Somit erfolgt eine objektive Bestim- mung der Temperatur, die ohne Fachkenntnisse erfolgreich durchgeführt werden kann.

Die Erfindung sieht ferner ein System zur berührungslosen Bestimmung von Wär- medurchgangskoeffizienten U an einer Wand eines Raumes vor. Das System weist einen Lufttemperatursensor, eine System zur Bereitstellung einer weiteren Luft- temperatur T _ei eines an der Wand angrenzenden weiteren Raumes oder eine Au- ßenlufttemperatur T _e 2, mindesten eine vorzugsweise zumindest in eine Richtung um 360° verschwenkbare Infrarotkamera und/oder mehrere Infrarotsensoren zur Erstellung eines Panorama-Infrarotbildes und eine Bildverarbeitungseinrichtung zur Auswertung des Panorama-Infrarotbildes und Bestimmung einer räumlich auf- gelösten Wandtemperatur T _s aus dem Panorama-Infrarotbild und zur Bestimmung der räumlich aufgelösten reflektierten Temperatur T _ref .

Mittels des erfindungsgemäßen Systems lässt sich somit in vorteilhafter Weise das erfindungsgemäße Verfahren durchführen. Die einzelnen Komponenten des Sys- tems können automatisch arbeiten, so dass das System auch von einem Laien ohne Vorkenntnis in vorteilhafter Weise bedienbar ist. Die Infrarotkamera kann beispielsweise einen Antrieb aufweisen, so dass das Panorama-Infrarotbild eben- falls automatisch und ohne weiteres Zutun eines Benutzers erstellt werden kann. Bei einem erfindungsgemäßen System mit mehreren Infrarotsensoren können mehrere Infrarotbilder erzeugt werden, die zu dem Panorama-Infrarotbild zusam- mengesetzt werden. Durch die Aufnahme eines Panorama-Infrarotbildes ist dar- über hinaus der Aufstellungsort des Systems im Raum nahezu beliebig wählbar und es ist auch keine genaue Ausrichtung zu beachten.

Die Infrarotkamera kann auch noch in andere Richtungen, beispielsweise in einer vertikalen Ebene verschwenkt werden, so dass auch Vollsphärenaufnahmen mög- lich sind. Das erfindungsgemäße System kann auch als ein mobiles System, das von dem Benutzer per Hand tragbar ist und bei der Vornahme der Messung in der Hand gehalten wird, verwendet werden.

Vorzugsweise weist die Bildverarbeitungseinrichtung des erfindungsgemäßen Sys- tems eine Geometriebestimmungseinrichtung zur Bestimmung der Geometrieda- ten des Raumes aus dem Panorama-Infrarotbild auf. Somit kann das erfindungs- gemäße System in vorteilhafter Weise aus den aufgenommenen Daten die Geo- metrie des Raumes, in dem das System eingesetzt wird, ermitteln. Über die Geo- metriedaten können gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren beispielsweise in vorteilhafter Weise Abweichungen in dem Panorama-Infrarotbild, die durch Reflek- tionen hervorgerufen werden, ermittelt und korrigiert werden.

Das erfindungsgemäße System kann auch eine Entfernungsmesseinrichtung auf- weisen, mittels der ebenfalls Geometriedaten des Raumes ermittelt werden kön- nen.

Ferner kann das erfindungsgemäße System einen Tracergassensor zur Bestim- mung einer Luftaustausch rate des Raumes aufweisen.

Das System zur Bereitstellung einer weiteren Lufttemperatur eines an der Wand angrenzenden weiteren Raumes oder der Außenlufttemperatur kann beispiels- weise einen mobilen Temperatursensor umfassen, der in dem angrenzenden Raum oder außen angeordnet ist und beispielsweise drahtlos Temperaturdaten an das System überträgt.

Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Figuren die Erfindung näher erläutert. Es zeigen

Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Systems mit drehbarer Infrarotkamera und

Figur 2 ein tragbares System mit mehreren Infrarotsensoren. In Figur 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Systems 1 zur berührungslosen Bestimmung von Wärmedurchgangskoeffizienten U an einer Wand eines Raumes in einer schematischen Darstellung. Das erfindungsgemäße System 1 weist einen Temperatursensor 2 zur Bestimmung der Temperatur der Luft in dem Raum auf. Ferner weist das System einen Luftfeuchtigkeitssensor 4 auf, über den die Luftfeuchtigkeit in dem Raum bestimmbar ist. Das System 1 weist darüber hinaus eine in eine Richtung um 360° verschwenkbare Infrarotka- mera 3 auf. Die Infrarotkamera 3 dient zur Erstellung eines Panorama-Infrarotbil- des. Die Infrarotkamera 3 ist auf einem Gehäuse 5 angeordnet. Ferner weist die Infrarotkamera 3 einen Antrieb 7 auf, über den ein automatisches Verschwenken der Infrarotkamera erfolgen kann. Auf diese Weise lassen sich in vorteilhafter Weise Panorama-Infrarotbilder des Raumes erstellen.

In dem Gehäuse 5 ist eine Bildverarbeitungseinrichtung 9 angeordnet, die das Pa- norama-Infrarotbild auswertet. Hierbei wird aus dem Panorama-Infrarotbild eine räumlich aufgelöste Wandtemperatur bestimmt. Ferner kann die Bildverarbei- tungseinrichtung 9 Reflexionen an den Wänden, die von Objekten im Raum oder einer oder einer gegenüberliegenden Wand hervorgerufen werden, erkennen und bei der Auswertung korrigieren. Die Bildverarbeitungseinrichtung 9 kann auch eine Geometriebestimmungseinrichtung aufweisen, mittels der aus dem Panorama-Inf- rarotbild Geometriedaten des Raumes ermittelt werden. Diese können beispiels- weise bei der Erkennung der Reflektionen verwendet werden.

Die Bilderverarbeitungseinrichtung 9 kann auch eine Wandtemperaturbestim- mungseinrichtung aufweisen, wobei aus dem Panorama-Infrarotbild eine räumlich aufgelöste Wandtemperatur bestimmt wird. Ferner kann die Bildverarbeitungsein- richtung 9 auch die räumlich aufgelöste reflektierte Temperatur bestimmen.

Das erfindungsgemäße System 1 kann ferner einen Tracergassensor 10 zur Be- stimmung einer Luftaustauschrate des Raumes aufweisen. Für die Abgabe des Tra- cergases, das von dem Tracergassensor 10 sensiert wird, kann eine mobile Tra- cergasabgabevorrichtung 13 vorgesehen sein, über die außerhalb des Raumes Tra- cergas abgegeben werden kann. Das erfindungsgemäße System 1 weist ferner ein System 19 zur Bereitstellung einer weiteren Lufttemperatur oder einer Außenlufttemperatur auf. Das System 19 weist hierfür einen mobilen Temperatursensor auf, über den die weitere Lufttem- peratur oder die Außenlufttemperatur an das System 1 drahtlos übertragbar ist.

Das System 1 weist ferner eine optische Entfernungsmesseinrichtung 15 auf, über die die Geometrie des Raumes bestimmbar ist. Die optische Entfernungsmessein- richtung 15, die beispielsweise eine Laserentfernungsmessung durchführen kann, ist vorzugsweise an der verschwenkbaren Infrarotkamera angeordnet, so dass die optische Entfernungsmesseinrichtung 15 ebenfalls um 360° verschwenkbar ist.

Das erfindungsgemäße System 1 kann ferner eine nicht dargestellte Rechenein- richtung aufweisen oder mit einer Recheneinrichtung verbunden sein, mittels der die Berechnung der Wärmedurchgangskoeffizienten U der Wand durchgeführt wer- den.

Grundsätzlich kann das System 1 eine um 360° verschwenkbare Infrarotkamera aufweisen. Zusätzlich oder alternativ können auch mehrere Infrarotsensoren vor- gesehen sein, die an dem System 1 angeordnet sind und in unterschiedliche Rich- tungen blicken.

In Figur 2 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sys- tems 1 gezeigt. Das in Figur 2 gezeigte System 1 entspricht im Wesentlichen dem in Figur 1 dargestellten System mit dem Unterschied, dass keine über einen An- trieb verschwenkbare Infrarotkamera vorgesehen ist. Anstelle der Infrarotkamera zeigt das in Figur 2 dargestellte Ausführungsbeispiel mehrere Infrarotsensoren 12. Ferner handelt es sich bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel um ein tragbares System, wobei an der Unterseite ein Griff 14 angeordnet ist, über den das System 1 von dem Benutzer getragen werden kann.

An dem Griff 14 können auch nicht dargestellte Bedieneinheiten, wie beispiels- weise eine Betätigungstaste, angeordnet sein.

Die erfindungsgemäßen Systeme 1 können in vorteilhafter Weise das erfindungs- gemäße Verfahren durchführen.