Die Suche nach Sanie­rungs­poten­zialen bei Gebäuden ist auf eine gross­flächige und detail­lierte Gebäude-Energie­beur­teilung auf Basis hoch­auf­gelöster Thermal­auf­nah­men ange­wiesen. Solche Ther­mal­auf­nah­men ermög­lichen nun die Erstel­lung von Energie­ver­brauchs­karten und Wärme­katas­tern in Stadt-, Gemeinde- und Energie­ver­sor­gungs­gebieten

Battaglia, Mattia

Bleisch, Susanne

Comi, Ennio

Lack, Natalie

Landtwing, Emese

Seiffert, Urs

Tiefenbacher, Fiona

ZHAW digitalcollection

Bulletin  Electrosuisse 7/2023 49M E S S T E C H N I K  |  PA N O R A M AD ie Energiewende im Gebäude ist beschlossen, bleibt aber eine Herausforderung, denn entsprechende Investitionsentscheide, wie klimafreundliche Heizungssys­teme oder energetische Gebäudesanie­rungen benötigen eine gute Grund­lage. Das von Innosuisse geförderte, laufende Forschungsprojekt Thermo­Planer3D, hat zum Ziel, Informationen zur Wärmeverbrauchsdichte effizient zu erarbeiten und so fundierte Grund­lagen für Investitionsentscheide bereitzustellen. Considerate AG und BSF Swissphoto AG arbeiten mit dem Institut Geomatik der Fachhochschule Nordwestschweiz (FHNW) und dem Institute of Computational Physics der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften (ZHAW) zusammen, um hochaufgelöste Thermalaufnah­men aus der Luft zukünftig automa­tisch zu verarbeiten und relevante Informationen über die Gebäude­dächer und Fassaden abzuleiten. Diese werden dann zu Aussagen über das Gesamtgebäude zusammengefasst. Damit stehen Liegenschaftsbesitzern detaillierte Informationen über ihre Gebäude zur Verfügung, die sie zukünftig auch mit eigenem Wissen ergänzen können. Energieversor­gungsunternehmen nutzen die Über­sichten über grössere Gebiete für die räumliche und zeitliche Priorisierung von Fernwärme­Netzausbauten oder die Planung von Wärme­Contrac­ting­Angeboten. Betreiber von Fern­wärmenetzen können die erfassten Daten verwenden, um Schwachstellen an der Isolation oder Leckagen der Lei­tungen ausfindig zu machen.Hochaufgelöste 3D-Thermal­luftbilder als GrundlageHeutzutage werden Analysen der aktu­ellen Wärmeverbrauchsdichte oft auf­wendig aus lückenhaften und allenfalls veralteten Verbrauchs­ und Gebäude­daten erstellt. Das kanadische Unter­nehmen MyHeat (myheat.ca) hat schon vor einigen Jahren begonnen, Ther­malluftbilder von Dachlandschaften zu analysieren und die Gebäude bezüg­lich ihres Wärmeverlusts auf einer achtstufigen Skala zu beurteilen. Die Karten der analysierten Städte ermög­Daten für Investitionsentscheide | Die Suche nach Sanierungspotenzialen bei Gebäuden ist auf eine grossflächige und detaillierte Gebäude-Energiebeurteilung auf Basis hochaufgelöster Thermalaufnahmen angewiesen. Solche Thermal-aufnahmen ermöglichen nun die Erstellung von Energieverbrauchskarten und Wärmekatastern in Stadt-, Gemeinde- und Energieversorgungsgebieten.Wärmedurchblick mit dem ThermoPlaner3DS U S A N N E  B L E I S C HBilder: FHNW Institut GeomatikDarstellung der Mikro­klimate eines Projektteil­gebiets (Isolinien).07_2307_Bleisch.indd   49 12.10.23   10:5650 Bulletin  Electrosuisse 7/2023PA N O R A M A  |  M E S S T E C H N I Klichen es, die Dachanalyse der eigenen Liegenschaft anzuschauen sowie diese mit ähnlichen Dächern in der Nachbar­schaft zu vergleichen und Energiespar­tipps zu erhalten. ThermoPlaner3D nutzt als Grundlage zudem mit einem Vermessungsflugzeug erfasste Thermalaufnahmen (Bild  1). Zusätzlich zu den hochauf gelösten Senkrecht­Aufnahmen der Dächer (mittlere Bodenauflösung von 25  cm) werden während der Befliegung gleich­zeitig mit zusätzlichen schräg eingebau­ten Thermalkameras die Fassaden der Gebäude erfasst (Bild  2). Die Thermal­aufnahmen müssen während der Heiz­periode und idealerweise in den Nacht­stunden durchgeführt werden, damit sich die Gebäude nicht einseitig durch die Sonneneinstrahlung aufheizen und somit die Daten verfälschen. Für die grossflächige, hochaufgelöste und effi­ziente Datenerfassung in kurzen Zeit­fenstern ist die Thermalaufnahme aus dem Flugzeug den heute vielfach für die Beurteilung von Einzelgebäuden einge­setzten Drohnenaufnahmen überlegen.Einflüsse der lokalen MikroklimateLokale Charakteristiken einer Siedlung haben einen Einfluss auf die erfassten Dach­ und Fassadentemperaturen. So kann zum Beispiel ein von Mehrfamili­enhäusern umschlossener grüner Spiel­platz mit Bäumen die umliegenden Fas­saden kühlen, während die lokale Wär­meinsel einer gros sen Strassenkreu­zung die umliegenden Gebäudefassa­den erwärmt. Mikroklimate müssen bei der Evaluation der Gebäudetemperatu­ren berücksichtigt werden, damit auch Dächer und Fassaden von verschiede­nen Stadtgebieten mit unterschied­lichem Mikroklima miteinander vergli­chen werden können. Die Mikroklimate eines Aufnahmegebiets wurden im ThermoPlaner3D-Projekt auf der Basis des Turn­Algorithmus [1] berechnet und detektiert. Grundsätzlich wird angenommen, dass das Strassennetz­werk gleiche oder zumindest sehr ähn­liche Eigenschaften über das ganze Gebiet aufweist. Wird nun an zufällig verteilten Orten auf den Strassen die erfasste Temperatur verglichen, kann davon ausgegangen werden, dass Unterschiede in der Temperatur auf lokale Kälte­ oder Wärmeinseln zurück­zuführen sind. Mit diesem Verfahren lassen sich Mikroklimate eines Gebiets zum Aufnahmezeitpunkt ermitteln (Einstiegsbild). Die Methode kann verwendet werden, um die abgestrahl­ten Temperaturen der Dächer und Fas­saden zu Vergleichszwecken zu korri­gieren.Auswertung der Gebäude­thermalaufnahmenDie erfassten Thermalaufnahmen der Gebäudedächer und ­fassaden zeigen die abgestrahlte Temperatur der jeweili­gen Oberfläche zum Aufnahmezeit­punkt. Diese indirekt durch Infrarot­strahlung gemessene Temperatur setzt sich aber nicht nur aus der Strahlung der Gebäude, sondern beispielsweise auch aus der Atmosphärentemperatur und Reflektionen der Umgebung zusammen. Einen erheblichen Einfluss auf die abge­strahlte Temperatur der Gebäude hat insbesondere die Materialeigenschaft der erfassten Oberfläche. So reflektieren z. B. metallische Oberflächen mehrheit­lich die Himmelstemperatur, die in kla­ren Winternächten im zweistelligen Minusbereich liegen kann. Zusätzlich müssen die Steilheit und Ausrichtung der Dächer und Fassaden berücksichtigt werden, da trotz Nachtflug die Süd­ und Westfassaden nach einem sonnigen Tag den Einfluss der aufgenommenen Son­nenwärme deutlich zeigen. Die Informa­tionen zu Materialien, Ausrichtung und Steilheit werden aus vorhandenen oder zusätzlich erfassten RGB­ und Lidar­Da­ten extrahiert. Bevor aber Aussagen zu den Wärme­verlusten der Gebäude gemacht wer­den können, werden beeinflussende Bild 1 Hochaufgelöste Thermalaufnahmen der Dächer zeigen die Wärmeabstrahlung von blau (kälter) bis rot (wärmer) auf dem Hintergrund eines 3D-Oberflächenmodells (aus Lidar­Daten) eingefärbt mit Information aus RGB-Luftbildern.Bild 2 Thermalaufnahmen von schräg montierten Infrarotkameras erlauben gleichzeitig Temperaturmessungen von Dächern und Fassaden.07_2307_Bleisch.indd   50 12.10.23   10:56Bulletin  Electrosuisse 7/2023 51M E S S T E C H N I K  |  PA N O R A M AElemente wie Kamine, Solaranlagen oder Dachfenster detektiert, um sie zu entfernen oder gesondert zu betrach­ten. Die Detektion geschieht mittels automatischer Bildklassifikation, wel­che gleichzeitig auch für die Material­erkennung der Dachelemente einge­setzt wird. Aktuell sind im Projekt ThermoPlaner3D die Prozesse für die Korrektur und Auswertung der Dach­flächen mehrheitlich entwickelt. Die resultierenden Aussagen zu Wärme­verlusten wurden unter anderem mit dem Gasverbrauch der Gebäude vergli­chen, um eine grobe Validierung machen zu können. Der Gasverbrauch hängt aber natürlich von einer Reihe von Faktoren ab, wie z. B. der Warm­wassererzeugung, die nicht direkt mit einem Wärmeverlust über die Dachflä­che zusammenhängt. Trotzdem wurde eine überzeugende Korrelation zwi­schen dem Gasverbrauch und der ana­lysierten Dachtemperatur festgestellt.Einige Einflussfaktoren sind bei der flächendeckenden Auswertung jedoch schwierig zu berücksichtigen. Sollte ein Gebäude während der Befliegung bei­spielsweise leer stehen, aufgrund von Abwesenheit unbeheizt sein, oder einen unbeheizten Dachstock haben, könnte es fälschlicherweise als gut iso­liert eingestuft werden. Des Weiteren können über­ oder unterdurchschnittli­che Raumtemperaturen die Auswer­tung beeinflussen. Schon mit wenigen Informationen der Bewohnerinnen und Bewohner der Liegenschaften könnten diese Ungenauigkeiten jedoch korri­giert und eine detailliertere Gesamt­aussage zum Energieverlust über die Gebäudehülle gemacht werden.Zusätzlich zu den Auswertungen der Gebäudedächer werden in den nächs­ten Monaten die Prozesse für die Aus­wertung der thermalen Fassadenauf­nahmen evaluiert und die Erkenntnisse zu Gesamtaussagen über die analysier­ten Gebäude zusammengefasst.Integration der Informationen und KommunikationDie Auswertungen der Thermalaufnah­men der Dächer und Fassaden liefern detaillierte, aber zeitlich auf den Auf­nahmezeitpunkt beschränkte, Informa­tionen zu möglichen Wärmeverlusten. Dies genügt, um im Vergleich mit ähnli­chen Bauten eine relative Gesamtein­schätzung zum Sanierungsbedarf zu machen. ThermoPlaner3D wird zusätz­lich prototypisch eine Plattform entwi­ckeln, die Liegenschaftsbesitzern die detaillierten Auswertungen der Ther­malaufnahmen ihres jeweiligen Gebäu­des interaktiv erläutert und ihnen auch die Möglichkeit gibt, diese Information mit eigenem Wissen zu ergänzen, um die thermale Gebäudemodellierung und die dargestellten Resultate zu ver­feinern. Dies wurde bereits in Inter­views mit interessierten Personen in einem der Projektaufnahmegebiete dis­kutiert. Schon die Ergänzung von ein­zelnen Aspekten kann die Resultate erweitern, oder erlauben, zukünftige Einsparmöglichkeiten zu erkunden. Die Interviews zeigen auch, dass die aus den Thermalaufnahmen abgeleiteten Infor­mationen interessant und relevant sind. Der Zweck solcher Thermaldaten und deren Auswertung soll nicht die Kon­trolle des Energieverbrauchs der Bürge­rinnen und Bürger sein. Vielmehr die­nen sie den Liegenschaftsbesitzenden dazu, eine grobe Einsicht in den Isolati­onsstandard ihres Gebäudes zu erhalten und potenzielle Anreize für Renovie­rungsmassnahmen zu schaffen. Das Projekt ThermoPlaner3D wird im Sommer 2024 abgeschlossen und ist bestrebt, die Prozesse und Erfahrun­gen anschliessend in kommerzielle Produkte zu überführen. Im Winter 2023/24 besteht nochmals die Mög­lichkeit, sich als Projektgemeinde oder Energieversorger an einem Thermal­flug zu beteiligen und so mitzuhelfen, die entwickelten Prozesse zu verfei­nern und zu validieren.Referenz[1] M. M. Rahman, G. J. Hay, I. Couloigner, B. Hemachan­dran, «Transforming image­objects into multiscale fields: A GEOBIA approach to mitigate urban microcli­matic variability within H-Res thermal infrared airbor­ne flight­lines», Remote Sensing, 6(10), 9435–9457, 2014. doi.org/10.3390/rs6109435AutorinProf. Dr. Susanne Bleisch ist Professorin für Geovisualisierung und Visual Analytics. J FHNW, 4132 Muttenz J susanne.bleisch@fhnw.chDieser Artikel über das von Innosuisse geförderte, laufende Forschungsprojekt ThermoPlaner3D ist in Zusammenarbeit mit Mattia Battaglia, Urs Seiffert, Emese Landtwing, Ennio Comi, Natalie Lack sowie Fiona Tiefenbacher entstanden. La recherche de potentiels de rénovation dans le secteur immobilier repose sur une évaluation énergétique détail-lée et à grande échelle des bâtiments, basée sur des images thermiques à haute résolution. Ces dernières per-mettent désormais d’établir des cartes de consommation d’énergie ainsi que des cadastres thermiques dans les zones urbaines, communales et d’approvisionnement en énergie.Le projet de recherche en cours ThermoPlaner3D, sou-tenu par Innosuisse, a pour objectif d’élaborer efficacement des informations relatives à la densité de consommation de chaleur, et de fournir ainsi des bases solides pour les déci-sions en matière d’investissements. À l’avenir, les images thermiques aériennes à haute résolution seront traitées automatiquement afin d’en déduire des informations perti-nentes à propos des toits et des façades des bâtiments. Ces informations seront ensuite résumées sous la forme de déclarations relatives à l’ensemble du bâtiment. Les pro-priétaires d’immeubles disposeront ainsi d’informations détaillées sur leur bâtiment, qu’ils pourront à l’avenir com-pléter par leur propre savoir. Les entreprises d’approvision-nement en énergie utilisent les vues d’ensemble de grandes zones pour définir les priorités spatiales et temporelles des extensions des réseaux de chauffage à distance, ou pour pla-nifier des offres de contracting thermique. Les exploitants de réseaux de chauffage à distance peuvent utiliser les don-nées saisies pour repérer les points faibles de l’isolation ou les fuites dans les conduites.Représentation thermique avec le ThermoPlaner3DDes données détaillées pour les décisions en matière d’investissements07_2307_Bleisch.indd   51 12.10.23   10:56

Wärme­durch­blick mit dem Thermo­Planer3D

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