RM Rudolf Müller

Links: 3D-Punktwolke mit Farbinformationen; Rechts: Dasselbe Bild mit thermografischen Oberflächeninformationen. (Foto: FHWS)

Planung
25. Juni 2019 | Artikel teilen Artikel teilen

Projekt eDIan: TIPCHECK wird dreidimensional

Forscher der Hochschule für angewandte Wissenschaften Würzburg-Schweinfurt haben die Potenziale des 3D-Scannings für die Messung von Wärmeverlusten in Industrieanlagen nachgewiesen. Jetzt wollen sie das Verfahren praxistauglich machen.

Von Ulf Möhrke. Gemeinsam mit der gemeinnützigen Schweizer Stiftung EiiF – European Industrial Insulation Foundation – und Partnern aus der Industrie arbeiteten Forscher der Hochschule für angewandte Wissenschaften Würzburg-Schweinfurt (FHWS [1]) drei Jahre an dem Projekt eDIan. In eDIan soll die Geometrie einer Industrieanlage sowie die Oberflächentemperaturen digital mittels Laserscanning und Thermografie bestimmt werden. Mithilfe des Verfahrens erzeugten die Forscher erstmals 3D-Modelle von Industrieanlagen inklusive hochaufgelöster thermischer Informationen ihrer Oberflächen.

So sollen künftig – genauer als bisher – Energieverluste in Industrieanlagen identifiziert, Einsparpotenziale berechnet, Lösungen zur Beseitigung dieser Verluste sowie die Kosten dieser Maßnahmen ermittelt werden können. Gefördert wurde das Ende April beendete Projekt vom Bundesministerium für Bildung und Forschung mit mehr als einer halben Million Euro. „Das neu entwickelte Verfahren zur Anfertigung hochaufgelöster und geometrisch kalibrierter 3D-Thermogramme hat sich als tauglich erwiesen“, resümiert eDIan-Projektkoordinator Dr. rer. nat. Sebastian Fiedler.

Allerdings: Noch sei das Verfahren für die praktische Anwendung mit zu großem Aufwand verbunden, so Fiedler. „Wir haben deshalb ein Folgeprojekt beantragt, um eDIan aus dem Labor in die kommerzielle Nutzbarkeit zu überführen.“

Kostspielige Energieverluste

Unzureichende oder fehlerhafte Isolierungen in industriellen Anlagen führen zu kostspieligen Energieverlusten. Bisher dienten die von der EiiF entwickelten TIPCHECK-Audits (TIPCHECK = Technical Insulation Performance Check) dazu, unzureichende Isolierungen von Anlagen zu entdecken.

TIPCHECK ist ein europaweit standardisiertes, unabhängiges Energie-Auditing zur Leistungsüberprüfung technischer Dämmungen in der Industrie. Das Verfahren dient als Basis für Kalkulationen potenzieller Energieeinsparungen und der Amortisationsdauer entsprechender Maßnahmen.

Der Bedarf an solchen Audits ist gegeben: Die Industrie könne ihren Energieverbrauch deutlich drosseln, Betriebskosten senken und mit dem reduzierten CO2-Ausstoß einen Beitrag zum Klimaschutz leisten, heißt es beispielsweise im Abschlussbericht der Insulation Expo Europe 2018 (IEX) in Köln. Soll heißen: Unternehmen reizen ihre Möglichkeiten nicht aus, die Umwelt zu schützen und dabei Kosten zu sparen, obwohl die EiiF auf der Basis der bisher europaweit durchgeführter TIPCHECK-Energieaudits errechnet hat, dass sich Investitionen in die Optimierung thermischer Dämmungen durchschnittlich nach ein bis zwei Jahren amortisieren. „Hier liegt derzeit noch ein großes Marktpotenzial brach“, so EiiF-Direktor Andreas Gürtler. Laut einer Studie (Ecofys 2012) könnten pro Jahr weltweit 170.000 Gigawattstunden an Energie eingespart werden [2]. Das entspricht der Leistung sämtlicher Atom- und Kohlekraftwerke in Deutschland. Dadurch würde sich der CO2-Ausstoß um jährlich 50 Megatonnen – das Gewicht von 135 Empire State Buildings – verringern.

eDIan verkürzt das TIPCHECK-Prozedere

Das Forschungsprojekt für die effiziente Dämmung von Industrieanlagen an der FHWS soll das TIPCHECK-Prozedere verbessern. In eDIan werden die geometrischen Daten einer Anlage, beispielsweise eines Kraftwerks, in einem Vorgang erfasst und – als sogenannte 3D-Punktwolke – dreidimensional dargestellt (Bild li.). Die geometrische Erfassung der Anlage erfolgt per terrestrischem Laserscanner, der ihre Oberflächen „abtastet“ (siehe Info).

Fiedler: „Für die Erweiterung um thermografische Oberflächeninformationen wurde ein Verfahren entwickelt, diese als geometrisch kalibriertes Panorama in bis dato unerreichter Auflösung zur Verfügung zu stellen.“ Die Auflösung des eigens entwickelten Geräts sei etwa 15-mal so hoch wie die kommerziell erhältlicher Instrumente. „Durch die Kombination mit einer maßhaltigen 3D-Punktwolke ist die Größe des Bauteils bestimmbar, was für die Kalkulation des Energieverlustes genutzt werden kann“, erläutert der Projektkordinator.

eDIan, die Kombination des 3D-Scanners mit einer Thermografiekamera, ermöglicht die TIPCHECK-Analyse der kompletten Anlage in einem einzigen Durchgang: Die Daten der thermografisch gemessenen Oberflächentemperaturen werden mit den gescannten, exakt vermessenen Flächen verknüpft. Das Ergebnis ist ein Bild, das nicht nur zeigt, wo Isolierungen schadhaft oder unzureichend sind, man kann auch die Größen dieser Bereiche ermitteln (Bild re.). Bisher sind dafür separate Arbeitsschritte erforderlich. Neben der Aufgabe, Thermografie- und Scannerdaten miteinander zu kombinieren, bestand eine wesentliche Herausforderung für das Forschungsteam darin, diese Informationen automatisch in eine Planungssoftware einzubetten. Somit können beispielsweise nun auch maßgeschneiderte Isolierkästen an Ventilen oder Flanschenpaaren berechnet und installiert werden. Dieses TIPCHECK-Audit in einem Durchgang verkürzt nicht nur den bisherigen Prozess, sondern ermöglicht TIPCHECK-Ingenieuren die Kostenkalkulation noch vor Ort.

eDIan im Bausektor

Neben der Möglichkeit, riesige Energie- und CO2-Einsparpotenziale zu heben, bietet die eDIan-Technologie weitere Anwendungsmöglichkeiten, etwa im Bausektor. Dank der 3D-Scanner/Infrarot-Kombination lassen sich beispielsweise Unterdeckenkonstruktionen sichtbar machen. Interessant ist das bei der Vermessung historischer Bestandsgebäude, für die keine Pläne mehr existieren. Die eDIan-Aufnahmen zeigen beispielsweise, wo in einem Gebäude Balken verlaufen. Auch in Projekten, in denen BIM – Building Information Modelling (Bauwerksdatenmodellierung per Software) – angewendet wird, könnte eDIan angewendet werden. BIM erstellt virtuelle Bauwerksmodelle auf der Basis möglichst vieler Daten. Von den sehr genauen eDIan-Daten würden Bauplanung und -ausführung profitieren.

Weitere Informationen zu eDIan und ­zahlreiche Anwendungsbeispiele gibt es im Internet unter gis.fhws.de/edian/


Info: Terrestrisches Laserscanning

Terrestrisches Laserscanning bezeichnet ein stationäres bildgebendes 3D-Verfahren. Es erfasst laserbasierte Messungen in vertikaler und horizontaler Richtung. 3D-Laserscanner führen Millionen von Einzelmessungen in kürzester Zeit durch. Das Gesamtergebnis dieser Einzelmessungen – die Punktwolke – stellt einen digitalen Abdruck der Realität dar.


Autor

Ulf Möhrke: Fachredakteur für Technik, Verkehr, Business. redaktion.ti@rudolf-mueller.de


Literatur

[1] Das Projekt leiten Prof. Dr.-Ing. Stefan Knoblach (Studienbereich Geo; Vermessungskunde, Ingenieur- und Industrievermessung) sowie Prof. Dr.-Ing. Winfried Wilke (Fakultät Maschinenbau; angewandte Mess- und Steuertechnik).

[2] Ecofys „Klimaschutz mit kurzer Amortisationszeit“ Studie: Energieeffiziente Dämmungen von europäischen Industrieanlagen bieten großes Einsparpotenzial. (2012)
www.eiif.org/sites/default/files/2018-11/ClimateProtectionWithRapidPayback_online.pdf

 

Der Beitrag ist in Ausgabe 1.2019 der Fachzeitschrift TI – Technische Isolierung (Mai 2019) erschienen.
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