EP4649294A1 - Akustik-thermisches verfahren und vorrichtung zur bestimmung von undichtigkeiten in einer gebäudehülle - Google Patents

Akustik-thermisches verfahren und vorrichtung zur bestimmung von undichtigkeiten in einer gebäudehülle

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Publication number
EP4649294A1
EP4649294A1 EP24700195.1A EP24700195A EP4649294A1 EP 4649294 A1 EP4649294 A1 EP 4649294A1 EP 24700195 A EP24700195 A EP 24700195A EP 4649294 A1 EP4649294 A1 EP 4649294A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
image
building
acoustic
thermographic
microphones
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24700195.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Benedikt Kölsch
Björn SCHIRICKE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Original Assignee
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
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Filing date
Publication date
Application filed by Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV filed Critical Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Publication of EP4649294A1 publication Critical patent/EP4649294A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
    • G01M3/002—Investigating fluid-tightness of structures by using thermal means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
    • G01M3/02—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum
    • G01M3/04—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point
    • G01M3/24—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point using infrasonic, sonic or ultrasonic vibrations
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
    • G01M3/38—Investigating fluid-tightness of structures by using light

Definitions

  • the present invention relates to a method for determining leaks in a building envelope of a building. Furthermore, the present invention relates to a device for carrying out the method.
  • the most commonly used measurement technique to assess the airtightness of a building is the pressure difference measurement method (known as the "blower door test").
  • This measurement method serves the purpose of measuring the airtightness of buildings in order to meet the requirements of energy standards, to compare the airtightness of different buildings or to determine the reduction in air permeability after renovation measures.
  • this method only determines the integral air exchange rate of a room or building. Since identifying leakage points and prioritizing sealing of larger leaks increases the airtightness of buildings, quick and easy localization is of great importance. Leaks can currently be identified using smoke sticks or anemometers in conjunction with a blower door test or trace gases, for example. However, these methods are very complex and time-consuming.
  • thermography Infrared thermography
  • DIN EN 13187: 1998) measurement method to display temperatures of building surfaces and thus enable the visualization of leaks and thermal bridges in the building envelope.
  • the surface temperatures near leaks are significantly influenced by the air flow through this opening and therefore allow the easy identification of these leaks.
  • a pressure difference in addition to a temperature difference (min. 10°C), is necessary to clearly distinguish leaks from thermal bridges.
  • This so-called differential thermography also takes about half an hour per measurement.
  • the object of the present invention is to provide a method and a device for improved detection of leaks in a building envelope.
  • the object is achieved by a method according to claim 1 and a device according to claim 10.
  • Methods according to the invention for determining leaks in a building envelope of a building comprise the following steps:
  • thermographic image of at least part of the building envelope Acquiring a thermographic image of at least part of the building envelope
  • thermographic image and the acoustic image Overlaying the thermographic image and the acoustic image to locate leaks in the building envelope.
  • the building envelope includes, for example, the external walls, glazing, roof or any other structural elements that separate the interior of the building from the environment.
  • a sound signal is then generated inside the building.
  • a thermographic image is created of at least part of the building envelope.
  • a thermographic image is created of the same part of the An acoustic image is created from the building envelope.
  • the part of the building envelope for which the thermographic image was created and the part of the building envelope for which the acoustic image was captured overlap, at least partially.
  • the method is based on locating noises or the sound signal generated that spreads through leaks in the building envelope.
  • One way of locating sound sources is so-called beamforming.
  • beamforming is a signal processing technique that enables an array of microphones to distinguish sound sources from different directions.
  • the measurement principle is based on the microphone array targeting different measuring points on a measurement object.
  • the time signals from the individual microphones in the array are superimposed with a time delay that corresponds to the time it takes for the sound wave to travel from the measured focal point to the microphone. These time-corrected signals from all microphones are summed, resulting in a time signal assigned to the respective focal point.
  • the method is also called an "acoustic camera" because the result of a scanning process over a range of viewing angles produces an image of the most intense constructive interference of the acoustic waves.
  • the advantage for a variety of applications is the visual result, which can be overlaid with a visible image of the same scene.
  • Such an acoustic camera is known, for example, from WO2013/024926 Al.
  • thermographic image and the acoustic image are then superimposed to determine the leakage of the building envelope.
  • the information of the thermography image and the acoustic image are combined and can thus increase the accuracy of determining the leakiness of the building envelope.
  • Sources of error when creating the thermography image do not influence the creation of the acoustic image.
  • errors when creating the acoustic image do not influence the capture of the thermography image.
  • an external sound source which would lead to errors when creating the acoustic image, has no influence on the capture of the thermography image.
  • the thermography image can, for example, show temperature differences.
  • the acoustic image can contain spatially resolved acoustic amplitudes.
  • the overlay of the thermography image and the acoustic image can be carried out, for example, by maximum value/minimum value selection of the amplitudes of the acoustic image or the temperature differences of the thermography image.
  • thermographic image and the acoustic image are recorded from outside
  • this can of course also be reversed so that the sound signal is generated outside the building and both the thermographic image and the acoustic image are recorded and recorded from inside the building.
  • it has proven to be advantageous to record the thermographic image from outside, as this allows a larger area to be recorded at the same time.
  • thermographic image is captured before the acoustic image.
  • thermographic image is captured after the acoustic image.
  • thermographic image and the acoustic image are captured simultaneously.
  • the entire part of the building envelope is recorded using a thermographic image and/or an acoustic image.
  • a thermographic image and/or an acoustic image are captured using only sides or parts of a side of a building, whereby for each side of the building, for example, a separate thermographic image and acoustic image are captured.
  • the acoustic image and/or the thermographic image is superimposed on a visible image of the same scene or the same part of the building envelope.
  • the result of the superimposition of the thermographic image and the acoustic image is superimposed on a visible image of the same scene or, for example, the overlap between the thermographic image and the acoustic image. This makes it easy to visually locate the leaks in the building envelope.
  • thermographic image and the acoustic image are captured from the same location. This ensures that the alignment of the thermographic image and the acoustic image match and, in particular, that no distortion needs to be taken into account when superimposing the thermographic image and the acoustic image.
  • the acoustic image is recorded at different frequencies. This allows different propagation characteristics of the generated sound signal to be taken into account. Noise at certain frequencies can also be suppressed or not present at other frequencies and thus no longer influence the creation of an acoustic image.
  • the acoustic images are superimposed at different frequencies, for example by averaging or maximum/minimum value selection.
  • one or more acoustic images can be selected, provided they are not disturbed by background noise and/or allow a clear localization of the sound signal.
  • the acoustic images are recorded in a frequency range between 20 Hz and 100 kHz.
  • the acoustic images are recorded in a range between 400 Hz and 40 kHz
  • the sound signal is generated once, periodically or continuously.
  • the sound signal is noise, in particular white noise, in the specified frequency range.
  • one or more loudspeakers are positioned inside or outside the building to generate the sound signal.
  • the loudspeaker can be a dodecahedral loudspeaker or an omnidirectional loudspeaker, for example, so that the sound signal is generated as evenly as possible in all directions within the building.
  • an overpressure or negative pressure is created in the building to generate the sound signal.
  • the overpressure or negative pressure causes air to flow through the leaks in the building shell.
  • the sound signal generated by the flowing air can be used to detect the leaks.
  • the temperature difference is increased, for example by warm air flowing out of the building into the colder environment or vice versa, so that the signal of the thermographic image and in particular the difference in temperature recorded by the thermographic image is further increased.
  • the method is carried out with a device as described below.
  • the present invention relates to a device for capturing a thermographic image and an acoustic image for the determination of Leaks in a building shell.
  • the device has a thermographic camera and a microphone array with a large number of microphones.
  • the microphones are arranged at a fixed distance from one another and preferably at a fixed distance relative to the thermographic camera.
  • the acoustic image is recorded using the microphone array.
  • the device thus has a combined option for recording the thermographic image and the acoustic image. Due to the fixed relative position between the microphone array and the thermographic camera, the thermographic image and the acoustic image can be superimposed in a particularly simple manner. Unwanted offset and/or distortion of the thermographic image and the acoustic image when superimposed, which would lead to inaccuracies in the detection of leaks, can be minimized or corrected. Only calibration is required before the device is used for the first time.
  • thermographic camera is positioned centrally or essentially centrally of the microphone array.
  • the microphone array thus surrounds the thermographic camera, which ensures an essentially identical image section of the building envelope through the thermographic camera and the microphone array when creating the acoustic image.
  • the microphones are arranged in a circle.
  • the circular arrangement of the microphones ensures that the microphones are arranged particularly efficiently.
  • the specific advantage of a circular arrangement is that it is not sensitive to errors in determining the distance between the measuring system and the wall or to unevenness in the wall.
  • the microphone array comprises more than ten and in particular more than twenty microphones.
  • the microphone array preferably has an extension of between 40 cm and 200 cm, preferably between 50 cm and 120 cm and particularly preferably between 50 cm and 100 cm.
  • the extension defines the maximum distance between two microphones. If the microphones are arranged in a circle, the extension defines the diameter of the selected circle. The extension is an indicator of the lowest measurable frequency. The greater the extension, the lower frequencies can be used to localize a noise source.
  • the microphones are connected to an evaluation device, wherein the evaluation device is designed to generate an acoustic image from the signals received by the microphones.
  • the evaluation device can delay the received acoustic signals from the individual microphones using appropriate delay elements and then superimpose them to determine the noise amplitude with spatial resolution.
  • each pixel of the thermographic image is assigned a noise amplitude of the acoustic image. This makes it easy to overlay the thermographic image with the acoustic image.
  • the thermographic image and the acoustic image have different resolutions, whereby a mathematical assignment of the values to the locations on the building shell is possible, for example by extrapolation or averaging.
  • thermographic camera is an infrared thermographic camera, which captures the thermographic image using infrared radiation.
  • Fig. 1 is a schematic flow chart of the method according to the present invention
  • Fig. 2 shows a first embodiment of the device according to the present invention
  • Fig. 3A and 3B show a detailed representation of the acoustic image capture
  • Fig. 4A-4C is an illustration of the method according to the present invention.
  • Fig. 5 Measurement results according to the method of the present invention.
  • FIG. 1 shows a process diagram according to the present invention.
  • a sound signal is generated. This sound signal can be generated, for example, inside the building.
  • step S02 a thermographic image of at least part of the building envelope is captured.
  • step S03 an acoustic image of the same part of the building envelope or at least in an overlap with the part of the building envelope captured by the thermographic image is captured.
  • step S04 the thermographic image and the acoustic image are superimposed to locate leaks in the building envelope.
  • Figure 1 shows the capture of the thermographic image in step S02 before the capture of the acoustic image in step S03
  • the timing is not limited to this and the capture of the thermographic image can be done after, before or simultaneously with the acquisition of the acoustic image.
  • FIG. 2 shows the device according to the present invention.
  • Device 10 has a thermographic camera 12. Furthermore, device 10 has a plurality of microphones 14 which are arranged in an array. The microphones 14 are at a fixed and unchangeable distance from each other and from the thermographic camera 12. In the example in Figure 2, the microphones 14 are arranged in a circle in the array, with the thermographic camera 12 arranged in the middle of the microphone array. Other geometries of the array are also possible.
  • the acoustic image can be generated by setting the distance between the microphones. By setting the distance between the microphone array and the thermographic camera 12, the acoustic image and the thermographic image can be superimposed in a simple manner and, in particular, distortion or other image errors or inaccuracies in the alignment can be avoided.
  • the circle has a diameter of between 40 cm and 200 cm and preferably between 50 cm and 120 cm.
  • sixteen microphones 14 are shown as an example.
  • the device 10 can have more or fewer microphones and in particular has more than twenty and preferably more than forty microphones 14.
  • Figure 3A shows the device 10 with eight microphones 14, which record noise amplitudes / sound amplitudes in a grid pattern over a building shell. This is shown schematically in Figure 3B.
  • a noise from a noise source 16 reaches the respective microphones 14 via the propagation paths 18. The length of the respective propagation paths 18 differs, whereby the same noise from the noise source 16 can be heard at different times at the respective microphones 14. microphones 14.
  • An evaluation device which is connected to the microphones then has delay elements 20 which suitably delay the signals from the microphones 14. The respective delay is changed by the delay elements 20, whereby the area of the building shell can be scanned.
  • the location of the noise source 16 is determined from the set delays and the combined signal from the respective microphones 14 is converted into a pixel of the acoustic image.
  • the delays of the delay elements 20 are then adjusted such that the respective delays correspond to the propagation times of the corresponding transmission paths 18 of the new pixel and the signals from the microphones 14 are again superimposed. This creates an acoustic image. This process is also described as beamforming.
  • Figures 4A - 4C show different excitation options for detecting possible leaks in the building envelope of the building 26.
  • the device 10 is arranged outside the building.
  • a loudspeaker 28 is set up, through which the sound signal is generated. The sound signal is then received by the device 10, whereby leaks through which the sound waves can pass can be identified.
  • FIG 4B shows an example in which an overpressure is generated in the building by means of a fan 29.
  • Escaping air 30, which flows out through leaks in the building shell, generates a flow noise, which is used by the device 10 to locate leaks in the building shell.
  • the escaping air 30 can increase the temperature difference at the location of the leak if warm or cold air is present.
  • cold air (depending on the weather conditions or regionally in air-conditioned rooms) flows from the inside of the building through the leaks to the outside.
  • the example of Figure 4C combines the generation of the sound signal by means of a loudspeaker 28 and the generation of an overpressure in the building by means of a fan 29.
  • Figure 5a shows a thermographic image of a window front of a building. This results in an increased temperature difference in the area of the window frame.
  • Figure 5b shows an example of an acoustic image, the acoustic image also implies a leak in the area of the window frame.
  • the thermographic image of Figure 5a and the acoustic image of Figure 5b are combined so that a leak can be identified, shown in Figure 5c.

Landscapes

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Abstract

Verfahren zur Bestimmung von Undichtigkeiten in einer Gebäudehülle eines Gebäudes, mit den Schritten: Erzeugen eines Schallsignals, Erfassen eines Thermographiebildes zumindest eines Teils der Gebäudehülle; Erfassen eines Akustikbildes desselben Teils der Gebäudehülle; und Überlagern des Thermographiebildes und des Akustikbildes zur Bestimmung der Undichtigkeit der Gebäudehülle.

Description

Akustik-thermisches Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung von Undichtigkeiten in einer Gebäudehülle
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von Undichtigkeiten in einer Gebäudehülle eines Gebäudes. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Die am häufigsten verwendete Messtechnik zur Beurteilung der Luftdichtheit eines Gebäudes ist die Druckdifferenz-Messmethode (bekannt als "Blower-Door- Test"). Diese Messmethode dient dem Zweck, die Luftdichtheit von Gebäuden zu messen, um die Anforderungen von Energiestandards zu erfüllen, die Luftdichtheit verschiedener Gebäude zu vergleichen oder die Verringerung der Luftdurchlässigkeit nach Sanierungsmaßnahmen zu bestimmen. Diese Methode ermittelt allerdings ausschließlich die integrale Luftwechsel rate eines Raumes oder Gebäudes. Da eine Identifizierung von Leckage-Stellen und eine priorisierte Abdichtung größerer Leckagen die Luftdichtheit von Gebäuden erhöht, ist die schnelle und einfache Lokalisierung von hoher Relevanz. Leckagen können derzeit z.B. mit Hilfe von Rauchstäbchen oder Anemometern in Verbindung mit einem Blower-Door-Test oder Spurengasen identifiziert werden. Diese Methoden sind allerdings sehr aufwändig und zeitintensiv.
Infrarotthermografie (IR-Thermografie) ist ein kontaktloses, zerstörungsfreies und standardisiertes (DIN EN 13187: 1998) Messverfahren, um Temperaturen von Gebäudeoberflächen darzustellen und damit die Visualisierung von Leckagen und Wärmebrücken der Gebäudehülle zu ermöglichen. Die Oberflächentemperaturen in der Nähe von Leckagen werden signifikant durch den Luftfluss durch diese Öffnung beeinflusst und erlauben daher die einfache Identifikation dieser Undichtigkeiten. Allerdings ist bisher meistens eine signifikante Druckdifferenz, zusätzlich zu einer Temperaturdifferenz (min. 10°C), nötig, um Leckagen zweifelsfrei von Wärmebrücken zu unterscheiden. Diese sogenannte Differenzthermografie nimmt zudem ca. eine halbe Stunde Zeit pro Messung in Anspruch.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen zur verbesserten Detektion von Undichtigkeiten in einer Gebäudehülle.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung gemäß Anspruch 10.
Erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung von Undichtigkeiten in einer Gebäudehülle eines Gebäudes weisen die Schritte auf:
Erzeugen eines Schallsignals,
Erfassen eines Thermographiebildes zumindest eines Teils der Gebäudehülle;
Erfassen eines Akustikbildes desselben Teils der Gebäudehülle durch ortsaufgelöste Detektion des Schallsignals; und
Überlagern des Thermographiebildes und des Akustikbildes zur Ortung der Undichtigkeit der Gebäudehülle.
Bei der Gebäudehülle handelt es sich beispielsweise um die Außenwände, Verglasung, Dach oder jegliche andere Bauelemente, welche das Innere des Gebäudes von der Umgebung abtrennen. Sodann wird innerhalb des Gebäudes ein Schallsignal erzeugt. Von außen wird zumindest von einem Teil der Gebäudehülle ein Thermographiebild erstellt. Ebenso wird von demselben Teil der Gebäudehülle ein Akustikbild erstellt. Hierbei überlappen sich der Teil der Gebäudehülle, für den das Thermographiebild erstellt wurde, und der Teil, der Gebäudehülle für den das Akustikbild erfasst wurde, zumindest teilweise.
Das Verfahren basiert darauf, Geräusche bzw. das erzeugte Schallsignal zu orten, die sich durch undichte Stellen in der Gebäudehülle ausbreiten. Eine Möglichkeit Schallquellen zu Orten ist das sogenannte Beamforming. Im Allgemeinen ist Beamforming eine Technik der Signalverarbeitung, die es einem Array von Mikrofonen ermöglicht, Schallquellen aus verschiedenen Richtungen zu unterscheiden. Das Messprinzip beruht darauf, dass das Mikrofonarray verschiedene Messpunkte auf einem Messobjekt anvisiert. Bei der Auswertung werden die Zeitsignale der einzelnen Mikrofone des Arrays mit einer Zeitverzögerung überlagert, die der Zeit entspricht, die die Schallwelle vom gemessenen Fokuspunkt zum Mikrofon benötigt. Diese zeitkorrigierten Signale aller Mikrofone werden summiert, was ein dem jeweiligen Fokuspunkt zugeordnetes Zeitsignal ergibt. Befindet sich der Ursprung einer Geräuschkomponente an diesem Punkt, so ergibt sich eine positive Interferenz für alle Mikrofonsignale nach der entsprechenden Zeitverschiebung und damit ein maximaler Signalwert. Stimmt der Betrachtungswinkel jedoch nicht mit dem Einfallswinkel der Schallwellen überein, kommt es zu einer teilweisen Auslöschung der Signale. Daher werden Geräuschquellen außerhalb der Fokusrichtung der akustischen Kamera reduziert.
Das Verfahren wird auch "akustische Kamera" genannt, weil das Ergebnis eines Abtastvorgangs über einen Bereich von Betrachtungswinkeln ein Bild der intensivsten konstruktiven Interferenzen der akustischen Wellen ergibt. Der Vorteil für eine Vielzahl von Anwendungen ist das visuelle Ergebnis, das mit einem sichtbaren Bild der gleichen Szene überlagert werden kann. Solch eine akustische Kamera ist beispielsweise aus WO2013/024926 Al bekannt.
Sodann werden das Thermographiebild und das Akustikbild zur Bestimmung der Undichtigkeit der Gebäudehülle überlagert. Aus der Überlagerung des Thermographiebildes und des Akustikbildes werden die Informationen des Thermographiebildes und des Akustikbildes kombiniert und können somit die Genauigkeit zur Bestimmung der Undichtigkeit der Gebäudehülle erhöhen. Fehlerquellen bei der Erstellung des Thermographiebildes beeinflussen nicht die Erstellung des Akustikbildes. Ebenso beeinflussen Fehler bei der Erstellung des Akustikbildes nicht die Erfassung des Thermographiebildes. Beispielsweise hat eine externe Schallquelle, welche zu Fehlern bei Erstellung des Akustikbildes führen würde, keinen Einfluss auf die Erfassung des Thermographiebildes. Somit können durch die Überlagerung der erfassten Information Undichtigkeiten der Gebäudehülle mit hoher Genauigkeit bestimmt werden. Dabei kann das Thermographiebild beispielsweise Temperaturunterschiede/Temperaturdifferenzen aufweisen. Weiterhin kann das Akustikbild ortsaufgelöste akustische Amplituden beinhalten. Vorzugsweise kann die Überlagerung des Thermographiebildes und des Akustikbildes beispielsweise durch Maximalwert-/Minimalwertselektion der Amplituden des Akustikbildes bzw. der Temperaturdifferenzen des Thermographiebildes erfolgen.
Auch wenn vorstehend beschrieben ist, dass bei dem Verfahren das Schallsignal innerhalb des Gebäudes erzeugt wird und das Thermographiebild sowie das Akustikbild von außen erfasst werden, so kann selbstverständlich dies auch umgekehrt werden, sodass das Schallsignal außerhalb des Gebäudes erzeugt wird und sowohl das Thermographiebild und das Akustikbild von innerhalb des Gebäudes aufgenommen und erfasst werden. Jedoch hat es sich als vorteilhaft erwiesen, das Thermographiebild von außen zu erfassen, da hier gleichzeitig eine größere Fläche erfasst werden kann.
Vorzugsweise wird das Thermographiebild zeitlich vor dem Akustikbild erfasst. Alternativ wird das Thermographiebild zeitlich nach dem Akustikbild erfasst. Alternativ werden das Thermographiebild und das Akustikbild gleichzeitig erfasst.
Vorzugsweise wird der gesamte Teil der Gebäudehülle erfasst mittels eines Thermographiebildes oder/und eines Akustikbildes. Alternativ hierzu können lediglich Seiten oder Teile einer Seite eines Gebäudes mittels eines Thermographiebildes und eines Akustikbildes erfasst werden, wobei für jede Seite des Gebäudes beispielsweise ein eigenes Thermographiebild und Akustikbild erfasst wird.
Vorzugsweise wird das Akustikbild und/oder das Thermographiebild mit einem sichtbaren Bild der gleichen Szene bzw. dem gleichen Teil der Gebäudehülle überlagert. Alternativ oder zusätzlich hierzu wird das Ergebnis aus der Überlagerung des Thermographiebildes und des Akustikbildes mit einem sichtbaren Bild der gleichen Szene oder beispielsweise dem Überlapp zwischen dem Thermographiebild und dem Akustikbild überlagert. Somit kann auf einfache Weise optisch die Lokalisierung der Undichtigkeiten der Gebäudehülle erfolgen.
Vorzugsweise werden das Thermographiebild und das Akustikbild vom selben Ort aus erfasst. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Ausrichtung des Thermographiebildes und des Akustikbildes übereinstimmen und insbesondere bei der Überlagerung des Thermographiebildes und des Akustikbildes keine Verzerrung berücksichtigt werden müssen.
Vorzugsweise wird das Akustikbild bei unterschiedlichen Frequenzen erfasst. So können unterschiedliche Ausbreitungscharakteristika des erzeugten Schallsignals berücksichtigt werden. Auch Störgeräusche bei bestimmten Frequenzen können bei anderen Frequenzen unterdrückt oder nicht vorhanden sein und somit eine Erstellung eines Akustikbildes nicht mehr beeinflussen.
Vorzugsweise werden die Akustikbilder bei unterschiedlichen Frequenzen überlagert, beispielsweise durch Mittelwertbildung oder Maximalwert-/Minimalwert- selektion. Alternativ hierzu können eines oder mehrere Akustikbilder ausgewählt werden, sofern diese keine Störung durch Störgeräusche aufweisen und/oder eine klare Lokalisierung des Schallsignals zulassen. Vorzugsweise werden die Akustikbilder in einem Frequenzbereich zwischen 20 Hz und 100 kHz erfasst. Besonders bevorzugt werden die Akustikbilder in einem Bereich zwischen 400 Hz und 40 kHz
Vorzugsweise wird das Schallsignal einmalig, periodisch oder kontinuierlich erzeugt.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Schallsignal um Rauschen und insbesondere weißes Rauschen in dem vorgegebenen Frequenzbereich.
Vorzugsweise wird zur Erzeugung des Schallsignals ein oder mehrere Lautsprecher innerhalb oder außerhalb des Gebäudes positioniert. Bei dem Lautsprecher kann es sich beispielsweise um einen Dodekaeder-Lautsprecher handeln oder um einen omnidirektionalen Lautsprecher, sodass das Schallsignal möglichst gleichmäßig in alle Richtungen innerhalb des Gebäudes erzeugt wird.
Vorzugsweise wird zur Erzeugung des Schallsignals ein Überdruck oder Unterdrück im Gebäude erzeugt. Durch den Überdruck oder Unterdrück strömt Luft, welche durch die Undichtigkeiten in der Gebäudehülle hindurchtritt. Das durch die strömende Luft erzeugte Schallsignal kann herangezogen werden zur Detektion der Undichtigkeiten. Hierbei wird gleichzeitigt die Temperaturdifferenz erhöht, beispielsweise durch Ausströmen warmer Luft aus dem Gebäude in die kältere Umgebung oder andersherum, sodass das Signal des Thermographiebildes und insbesondere die von dem Thermographiebild erfasste Differenztemperatur weiter erhöht wird.
Weiterhin wird das Verfahren durchgeführt mit einer Vorrichtung wie nachstehend beschrieben.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Erfassung eines Thermographiebildes und eines Akustikbildes für die Bestimmung von Undichtigkeiten einer Gebäudehülle. Dabei weist die Vorrichtung eine Thermographiekamera auf sowie ein Mikrofon-Array mit einer Vielzahl von Mikrofonen. Dabei sind die Mikrofone in einem festen Abstand untereinander und vorzugsweise in einem festen Abstand relativ zu der Thermographiekamera angeordnet. Mittels dem Mikrofon-Array wird das Akustikbild erfasst. Somit weist die Vorrichtung eine kombinierte Möglichkeit zur Erfassung des Thermographiebildes und des Akustikbildes auf. Aufgrund der festen relativen Position zwischen dem Mikrofon- Array und der Thermographiekamera kann die Überlagerung des Thermographiebildes und des Akustikbildes auf besonders einfache Weise erfolgen. Ungewollter Versatz und/oder Verzerrung des Thermographiebildes und des Akustikbildes bei Überlagerung, welche zu Ungenauigkeiten bei der Detektion der Undichtigkeiten führen würden, können hierbei minimiert oder korrigiert werden. Es ist lediglich eine Kalibrierung vor der ersten Benutzung der Vorrichtung erforderlich.
Vorzugsweise ist die Thermographiekamera mittig oder im Wesentlichen mittig von dem Mikrofon-Array angeordnet. Somit umgibt das Mikrofon-Array die Thermographiekamera, wodurch ein im Wesentlichen identischer Bildausschnitt der Gebäudehülle durch die Thermographiekamera sowie dem Mikrofon-Array bei der Erstellung des Akustikbildes gewährleistet ist.
Vorzugsweise sind die Mikrofone kreisförmig angeordnet. Durch die kreisförmige Anordnung der Mikrofone wird eine besonders effiziente Anordnung der Mikrofone gewährleistet. Um die Kartierung der Schallquelle auf der Gebäudehülle optimal berechnen zu können, ist es nötig den Abstand zwischen Messsystem und Wand zu messen oder zu schätzen. Der konkrete Vorteil bei kreisförmiger Anordnung ist eine gute Unempfindlichkeit gegenüber einem Fehler in der Abstandbestimmung von Messsystem zur Wand oder von Unebenheiten in der Wand. Vorzugsweise weist das Mikrofon-Array mehr als zehn und insbesondere mehr als zwanzig Mikrofone auf.
Vorzugsweise weist das Mikrofon-Array eine Erstreckung auf von zwischen 40 cm und 200 cm, bevorzugt zwischen 50 cm und 120 cm und besonders bevorzugt zwischen 50 cm und 100 cm. Hierbei definiert die Erstreckung den maximalen Abstand zwischen zwei Mikrofonen. Sind die Mikrofone kreisförmig angeordnet, so definiert die Erstreckung den Durchmesser des dabei gewählten Kreises. Die Erstreckung ist hierbei ein Indikator für die tiefste messbare Frequenz. Je größter die Erstreckung ist, desto tiefere Frequenzen können verwendet werden zur Lokalisation einer Geräuschquelle.
Vorzugsweise sind die Mikrofone mit einer Auswertevorrichtung verbunden, wobei die Auswertevorrichtung ausgebildet ist aus den von den Mikrofonen empfangenen Signalen ein Akustikbild zu erzeugen. Hierzu kann die Auswertevorrichtung die empfangenen akustischen Signale der einzelnen Mikrofone durch entsprechende Verzögerungsglieder verzögern und sodann überlagern zur ortsaufgelösten Bestimmung der Geräuschamplitude.
Vorzugsweise ist jedem Pixel des Thermographiebildes eine Geräuschamplitude des Akustikbildes zugeordnet. Somit kann auf einfache Weise eine Überlagerung des Thermographiebildes mit dem Akustikbild erfolgen. Alternativ hierzu haben das Thermographiebild und das Akustikbild eine unterschiedliche Auflösung, wobei eine rechnerische Zuordnung der Werte zu den Orten auf der Gebäudehülle möglich ist beispielsweise durch Extrapolation oder Mittelwertbildung.
Vorzugsweise handelt es sich bei der Thermographiekamera um eine Infrarot- Thermographiekamera, welche das Thermographiebild anhand der Infratotstrahlung erfasst. Nachfolgend wird die Erfindung an einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein schematischer Ablauf des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 eine erste Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 3A und 3B eine Detaildarstellung zur Erfassung des Akustikbildes,
Fig. 4A-4C eine Darstellung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung und
Fig. 5 Messergebnisse gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung.
Figur 1 zeigt ein Verfahrensdiagram gemäß der vorliegenden Erfindung. In Schritt SOI wird ein Schallsignal erzeugt. Dieses Schallsignal kann beispielsweise innerhalb des Gebäudes erzeugt werden.
In Schritt S02 wird ein Thermographiebild erfasst zumindest eines Teils der Gebäudehülle.
In Schritt S03 wird ein Akustikbild desselben Teils der Gebäudehülle oder zumindest in einem Überlapp mit dem durch das Thermographiebild erfassten Teil der Gebäudehülle erfasst.
In Schritt S04 wird das Thermographiebild und das Akustikbild überlagert zur Ortung der Leckagen der Gebäudehülle.
Auch wenn in der Figur 1 die Erfassung des Thermographiebild in Schritt S02 vor der Erfassung des Akustikbildes in Schritt S03 dargestellt ist, ist der zeitliche Ablauf hierauf nicht beschränkt und die Erfassung des Thermographiebildes kann nach oder vor oder gleichzeitig mit der Erfassung des Akustikbildes erfolgen.
Die Figur 2 zeigt die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Vorrichtung 10 weist eine Thermographiekamera 12 auf. Weiterhin weist die Vorrichtung 10 eine Vielzahl von Mikrofonen 14 auf, welche in einem Array angeordnet sind. Hierbei weisen die Mikrofone 14 zueinander und zu der Thermographiekamera 12 einen festen und unveränderbaren Abstand auf. Im Beispiel der Figur 2 sind die Mikrofone 14 kreisförmig in dem Array angeordnet, wobei die Thermographiekamera 12 mittig in dem Mikrofon-Array angeordnet ist. Andere Geometrien des Arrays sind ebenfalls möglich. Dadurch, dass der Abstand zwischen den Mikrofonen festgelegt ist, kann das Akustikbild erzeugt werden. Durch die Festlegung des Abstands zwischen dem Mikrofon-Array und der Thermographiekamera 12, kann die Überlagerung des Akustikbildes und des Thermographiebildes auf einfache Weise erfolgen und insbesondere eine Verzerrung oder sonstige Bildfehler oder Ungenauigkeiten bei der Ausrichtung vermieden werden. Im Beispiel der Figur 2 weist dabei der Kreis einen Durchmesser zwischen 40 cm und 200 cm und bevorzugt zwischen 50 cm und 120 cm auf. Weiterhin sind im Beispiel der Figur 2 sechzehn Mikrofone 14 exemplarisch dargestellt. Selbstverständlich kann die Vorrichtung 10 mehr oder weniger Mikrofone aufweisen und weist insbesondere mehr als zwanzig und bevorzugt mehr als vierzig Mikrofone 14 auf.
Es wird Bezug genommen auf die Figuren 3A und 3B welche den allgemeinen Prozess zur Erstellung des Akustikbildes schematisch wiedergibt. Figur 3A zeigt die Vorrichtung 10 mit acht Mikrofonen 14, welche über eine Gebäudehülle gerastert Geräuschamplituden / Schallamplituden erfassen. Schematisch ist dies in der Figur 3B dargestellt. Ein Geräusch von einer Geräuschquelle 16 gelangt über die Ausbreitungspfade 18 zu den jeweiligen Mikrofonen 14. Hierbei unterscheidet sich die Länge der jeweiligen Ausbreitungspfade 18, wodurch dasselbe Geräusch der Geräuschquelle 16 zu unterschiedlichen Zeiten an den jeweiligen Mikrofonen 14 ankommen. Dies ist in der Figur 3B unten dargestellt. Sodann weist eine Auswertungsvorrichtung, welche mit den Mikrofonen verbunden ist, Verzögerungsglieder 20 auf, durch die die Signale der Mikrofone 14 geeignet verzögert werden. Hierbei wird die jeweilige Verzögerung durch die Verzögerungsglieder 20 verändert, wodurch die Fläche der Gebäudehülle abgerastert werden kann. Überlagert sich aufgrund der eingestellten Verzögerung durch die Verzögerungsglieder 20 das Signal der Mikrofone 14 wird aus den eingestellten Verzögerungen der Ort der Geräuschquelle 16 ermittelt und das kombinierte Signal der jeweiligen Mikrofone 14 in einen Bildpunkt des Akustikbildes umgewandelt. Nachfolgend werden die Verzögerungen der Verzögerungsglieder 20 derart angepasst, dass die jeweiligen Verzögerungen den Laufzeiten der entsprechenden Übertragungswege 18 des neuen Bildpunktes entsprechen und erneut die Signale der Mikrofonen 14 überlagert. Hieraus entsteht ein Akustikbild. Dieses Verfahren wird auch als Beamforming beschrieben.
Nachfolgend wird Bezug genommen auf die Figur 4A - 4C. Die Figuren 4A - 4C zeigen unterschiedliche Anregungsmöglichkeiten zur Erfassung möglicher Undichtigkeiten in der Gebäudehülle des Gebäudes 26. Hierzu ist die Vorrichtung 10 außerhalb des Gebäudes angeordnet. In dem Beispiel der Figur 4A ist ein Lautsprecher 28 aufgestellt, durch den das Schallsignal erzeugt wird. Das Schallsignal wird sodann von der Vorrichtung 10 empfangen, wodurch Undichtigkeiten, durch die die Schallwellen hindurchtreten können, identifizierbar werden.
Figur 4B zeig ein Beispiel bei dem mittels eines Gebläses 29 ein Überdruck im Gebäude erzeugt wird. Austretende Luft 30, welche durch Undichtigkeiten in der Gebäudehülle nach außen strömt, erzeugen ein Strömungsgeräusch, welches von der Vorrichtung 10 verwendet wird, um Undichtigkeiten in der Gebäudehülle zu lokalisieren. Gleichzeitig kann auf Grund der austretenden Luft 30 der Temperaturunterschied am Ort der Undichtigkeit erhöht werden, falls warme bzw. kalte Luft (je nach Wetterlage oder auch regional bei klimatisierten Räumen) aus dem Inneren des Gebäudes durch die Undichtigkeiten nach außen strömt.
Das Beispiel der Figur 4C kombiniert die Erzeugung des Schallsignals mittels eines Lautsprechers 28, sowie die Erzeugung eines Überdrucks im Gebäude mittels eines Gebläses 29.
Im Folgenden wird Bezug genommen auf die Figur 5. Figur 5a zeigt ein Thermographiebild einer Fensterfront eines Gebäudes. Hierbei ergibt sich eine erhöhte Temperaturdifferenz im Bereich des Fensterrahmens. In der Figur 5b ist ein Beispiel für ein Akustikbild ersichtlich, das Akustikbild impliziert ebenfalls eine Undichtigkeit im Bereich des Fensterrahmens. Das Thermographiebild der Figur 5a und das Akustikbild der Figur 5b wird miteinander kombiniert, sodass, gezeigt in der Figur 5c, eine undichte Stelle identifiziert werden kann.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Bestimmung der Orte von Undichtigkeiten in einer Gebäudehülle eines Gebäudes, mit den Schritten:
Erzeugen eines Schallsignals,
Erfassen eines Thermographiebildes zumindest eines Teils der Gebäudehülle;
Erfassen eines Akustikbildes desselben Teils der Gebäudehülle durch ortsaufgelöste Detektion des Schallsignals; und
Überlagern des Thermographiebildes und des Akustikbildes zur Ortung der Undichtigkeit der Gebäudehülle.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Thermographiebild und das Akustikbild vom selben Ort aus erfasst werden oder von unterschiedlichen Orten aus.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem das Akustikbild bei unterschiedlichen Frequenzen erfasst wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem die Akustikbilder bei unterschiedlichen Frequenzen überlagert werden oder eines oder mehrere der Akustikbilder ausgewählt werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem das Schallsignal einmalig, periodisch oder kontinuierlich ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welchem zur Erzeugung des Schallsignals ein Lautsprecher innerhalb oder außerhalb des Gebäudes positioniert wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welchem zur Erzeugung des Schallsignals ein Überdruck oder Unterdrück im Gebäude erzeugt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welchem das Schallsignal innerhalb oder außerhalb des Gebäudes erzeugt werden und entsprechend das Thermographiebild und das Akustikbild von außerhalb oder von innerhalb des Gebäudes erfasst werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welchem das Akustikbild und das Thermographiebild mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16 erfasst werden.
10. Vorrichtung zur Erfassung eines Thermographiebildes und eines Akustikbildes für die Bestimmung der Orte von Undichtigkeiten einer Gebäudehülle mit einer Thermographiekamera zur Erfassung des Thermographiebildes und einem Mikrofon-Array mit einer Vielzahl von Mikrofonen, wobei die Mikrofone in einem festen Abstand untereinander und vorzugsweise einem festen Abstand relativ zu der Thermographiekamera angeordnet sind, wobei mittels dem Mikrofon-Array das Akustikbild erfasst wird.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Thermographiekamera mittig oder im Wesentlichen mittig im Mikrofon-Array angeordnet ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrofone kreisförmig angeordnet sind.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikrofon-Array mehr als 10 und insbesondere mehr als 20 Mikrofone aufweist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikrofon-Array eine Erstreckung aufweist von zwischen 40cm und 200cm, bevorzugt zwischen 50cm und 120cm und besonders bevorzugt zwischen 50cm und 100cm.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrofone mit einer Auswertevorrichtung verbunden sind, wobei die Auswertevorrichtung ausgebildet ist aus den empfangenen Signalen der einzelnen Mikrofone ein Akustikbild zu erzeugen.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Pixel des Thermographiebildes eine Geräuschamplitude des Akustikbildes zugeordnet ist.
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