HOCHSCHULE BIBERACH                                                              BIBERACH UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES  ...
Inhalt     • Motivation und Leitfragen     • Maßnahmen zur Verbesserung der Energieeffizienz von Kälteanlagen             ...
Motivation und Leitfragen              Verbesserte Energieeffizienz von Kälteanlagen    Planung und Anlagenbau            ...
Wie lässt sich eine hohe Energieeffizienz erreichen?   1. Geräte, Komponenten mit hoher Effizienz       • Pumpen, Ventilat...
Energieeffizienz in der Gebäude- und Energietechnik          Bereich                Maßnahmen z.B.                Einspar-...
1.                1 Schritt für Erhöhung der Energieeffizienz im                              Betrieb von Anlagen         ...
Energetische Bewertung über Energieverbrauch     Vergleich mit Auto        • Energieverbrauch …. l / 100 km        • Welch...
Beispiel: Energieverbrauchs-Teilkenngrößen nach VDI 3807                Spezifischer Heizenergieverbrauchskennwert eVHStud...
Beispiel: Benchmarking der Migros-Genossenschafts-Bund, CH               Quelle: Urs Berger, Tagung Energiemanagement im E...
Ansatz: Minergie-Label für gewerbliche Kälteanlagen     Bewertung / Fazit:     -> Guter Ansatz für vergleichende Bewertung...
Ermittlung der Energieeffizienz von Kälteanlagen im Betrieb?    • üblich: Energieverbrauchskosten pro Gebäude inkl. Anlage...
Bewertung der Energieeffizienz im laufenden Anlagenbetrieb     Unterscheide:     Energiebedarf     E    i b d f     –bbere...
2.                2 Schritt für Erhöhung der Energieeffizienz im                              Betrieb von Anlagen         ...
Ausgangspunkt:   Wie lässt sich Energieeffizienz aus systemischer Sicht ermitteln und bewerten?              Aufwand      ...
Bilanzraum Kältemaschine – Kälteanlage – Kältetechnisches Anlagensystem                                                   ...
Festlegung von eindeutigen Systemgrenzen für      Kälteanlagen-Systemen zur energetischen Bewertung                       ...
Vorschlag für Festlegung von eindeutigen    Systemgrenzen zur energetischen Bewertung                             II      ...
Festlegung von eindeutigen Systemgrenzen    zur energetischen Bewertung                               Speicher‐           ...
Vorschlag für Messkonzept und Kenngrößen zur    Bewertung der Gesamt-Energieeffizienz      Aufwand:        • Messung der e...
VDMA 24247-7 (März 2011)     Regelung, Energiemanagement und effiziente Betriebsführung     • Bedeutung von Automatisierun...
3. Schritt für Erhöhung der Energieeffizienz im                               Betrieb von Anlagen               Erste Umse...
Beispiel 1: Kaltwassersatz als Testanlage an Hochschule Biberach                            5                             ...
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Entwicklung Prototyp Messequipment                      cool.box    © Hochschule Biberach    Quelle:        Hochschule Bib...
Der Anfang ist gemacht, aber ….                            Die nächsten erforderlichen Schritte:                          ...
Der Anfang ist gemacht, aber ….      • Validierung und Weiterentwicklung der Methodik in Praxis für verschiedenste        ...
„Die Wahrheit der Energieeffizienz                 zeigt sich im Betrieb!“              Prof. Dr.-Ing. Martin Becker      ...
Hinweis auf aktuelle Seminare    Themen u.a.:             ua:                                     Themen u.a.:            ...
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Energie-Benchmarking (Prof. Dr.-Ing. Martin Becker, Hochschule Biberach)

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Fachvortrag von Prof. Dr.-Ing. Martin Becker von der Hochschule Biberach zum Energie-Benchmarking

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Energie-Benchmarking (Prof. Dr.-Ing. Martin Becker, Hochschule Biberach)

  1. 1. HOCHSCHULE BIBERACH BIBERACH UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES Studienfeld St dienfeld Energie&Klima 3. Fachkongress „Kälte- und Klimatechnik“ - Umweltrelevanz und Herausforderungen Dienstag, 22. März 2011 Energie-Benchmarking Prof. Dr.-Ing. Martin Becker Hochschule Biberach Fakultät Architektur & Gebäudeklimatik Studienfeld Enegie&Klima Institut für Gebäude- und Energiesysteme (IGE) Fachgebiet MSR-Technik und GebäudeautomationStudienfeld Energie&Klima  Prof. Dr.-Ing. Martin BeckerHochschule Biberach 3. Fachkongress 2011, Berlin, Seite 1
  2. 2. Inhalt • Motivation und Leitfragen • Maßnahmen zur Verbesserung der Energieeffizienz von Kälteanlagen g g g • Energieverbrauchskenngrößen als Basis für Energie-Benchmarking? • Energieeffizienzkenngrößen (KPI – Key Performance Indicator) • Mess-Methodik und erste experimentelle Untersuchungen • Herausforderung Energie-BenchmarkingStudienfeld Energie&Klima  Prof. Dr.-Ing. Martin BeckerHochschule Biberach 3. Fachkongress 2011, Berlin, Seite 2
  3. 3. Motivation und Leitfragen Verbesserte Energieeffizienz von Kälteanlagen Planung und Anlagenbau Anlagenbetrieb Effektivität Effizienz „Die richtigen Dinge tun“ „Die Dinge richtig tun“ Das „richtige“ Anlagenkonzept Nutzen / Aufwand – Relation Wichtige Leitfragen: • Wie lässt sich eine hohe Energieeffizienz erzielen? • Was sind passende Energieeffizienzkenngrößen? • Wie lässt sich Energieeffizienz messen und methodisch bewerten? • Wie lässt sich Energieeffizienz im Betrieb aufrecht erhalten (Energiemanagement) • Wie lässt sich Energieeffizienz vergleichend bewerten -> Energie-BenchmarkingStudienfeld Energie&Klima  Prof. Dr.-Ing. Martin BeckerHochschule Biberach 3. Fachkongress 2011, Berlin, Seite 3
  4. 4. Wie lässt sich eine hohe Energieeffizienz erreichen? 1. Geräte, Komponenten mit hoher Effizienz • Pumpen, Ventilatoren, Ventile, Verdichter, Wärmeübertrager, Abtauvorrichtung, … • „Intelligente“ Steuer- und Regelkomponenten (adaptiv, wissensbasiert) I t lli t “ St dR lk t ( d ti i b i t) 2. Optimales Zusammenspiel der Komponenten in Kälteanlage • Effiziente Anlagenkonzepte (direkt, indirekt) mit/ohne Speicher (direkt • Minimierung von Verteilverlusten • Minimierung von Leckagen 3. Bedarfsabhängige Betriebsführung • Betrieb der Kälteanlage nach Nutzungsanforderungen (Kältelastprofil) • Optimale Steuerung, Regelung des Energieverbundes • Einbindung in übergeordnete Gebäudeautomation (Leittechnik) 4. Ermittlung von Energieeffizienz-Kenngrößen (KPI - Key Performance Indices) • Erfassung von Energieverbräuchen und weiteren energetischen Schlüsselgrößen • Informations-Verdichtung zu „Energy Performance Indikatoren Informations Verdichtung Energy Indikatoren“ • Kontinuierliches Monitoring und Visualisierung -> Energie-BenchmarkingStudienfeld Energie&Klima  Prof. Dr.-Ing. Martin BeckerHochschule Biberach 3. Fachkongress 2011, Berlin, Seite 4
  5. 5. Energieeffizienz in der Gebäude- und Energietechnik Bereich Maßnahmen z.B. Einspar- Einspar Amortisation potential in % in Jahren Laufender Nutzerverhalten, Energiesparen Nutzerverhalten Energiesparen, 5 20 5-20 0-5 Betrieb Monitoring, Energiemanagement Anlagen- g HLK, Kälte, Beleuchtung technik Regelung, Motoren, Antriebe, 10-60 10 60 2-10 2 10 Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung Gebäude-/, Gebäude / Dämmung, Fenster, Dämmung Fenster Raumhülle > 50 10 - 60 Wärmebrücken, BauphysikStudienfeld Energie&Klima  Prof. Dr.-Ing. Martin BeckerHochschule Biberach 3. Fachkongress 2011, Berlin, Seite 5
  6. 6. 1. 1 Schritt für Erhöhung der Energieeffizienz im Betrieb von Anlagen Messung des (elektrischen) Energieverbrauchs zur energetischen BewertungStudienfeld Energie&Klima  Prof. Dr.-Ing. Martin BeckerHochschule Biberach 3. Fachkongress 2011, Berlin, Seite 6
  7. 7. Energetische Bewertung über Energieverbrauch Vergleich mit Auto • Energieverbrauch …. l / 100 km • Welcher Bezug? -> Stadt, Land, Autobahn • Fahrzeugtyp • Baujahr • …. Vergleich mit Gebäude • Energieverbrauch …. kWh/Bezugsfläche/Zeitdauer g / g / z.B. 65 kWh/m2/Jahr • Welcher Bezug? -> Gebäudetyp, Fläche (NGF BGF ) > Gebä det p (NGF, BGF,...) • Gebäudetyp • Baujahr • Zeitdauer (Tag, Monat, Jahr)Studienfeld Energie&Klima  Prof. Dr.-Ing. Martin BeckerHochschule Biberach 3. Fachkongress 2011, Berlin, Seite 7
  8. 8. Beispiel: Energieverbrauchs-Teilkenngrößen nach VDI 3807 Spezifischer Heizenergieverbrauchskennwert eVHStudienfeld Energie&Klima  Prof. Dr.-Ing. Martin BeckerHochschule Biberach 3. Fachkongress 2011, Berlin, Seite 8
  9. 9. Beispiel: Benchmarking der Migros-Genossenschafts-Bund, CH Quelle: Urs Berger, Tagung Energiemanagement im Einzelhandel, EHI, 28.10.2008, KölnStudienfeld Energie&Klima  Prof. Dr.-Ing. Martin BeckerHochschule Biberach 3. Fachkongress 2011, Berlin, Seite 9
  10. 10. Ansatz: Minergie-Label für gewerbliche Kälteanlagen Bewertung / Fazit: -> Guter Ansatz für vergleichende Bewertung von Anlagen einer Unternehmenskette > Unternehmenskette, aber: -> Es fehlt Anlagentypisierung für unterschiedlichste Anwendungen > -> Es fehlen Korrekturfaktoren für Randbedingungen ( g (Umgebungsklima, Ausstattungsgrad, Warendurchsatz, Betriebszeiten) g , g g , , ) -> lfd. m Kühlmöbel geeignete Bezugsgröße? –> vgl. VDMA Einheitsblatt 24247-4 Supermärkte: kWh/(m2 Displayfläche * Jahr) -> lediglich Bewertung des Aufwands möglich, d.h. des Energieverbrauchs -> keine Bewertung der Energieeffizienz im Sinne von Nutzen/Aufwand möglich -> kein aussagekräftiges und systematisches Energie-Benchmarking unternehmensübergreifend möglich h üb if d ö li hStudienfeld Energie&Klima  Prof. Dr.-Ing. Martin BeckerHochschule Biberach 3. Fachkongress 2011, Berlin, Seite 10
  11. 11. Ermittlung der Energieeffizienz von Kälteanlagen im Betrieb? • üblich: Energieverbrauchskosten pro Gebäude inkl. Anlagen/Jahr • üblich: Energieverbrauch pro Gebäude/Bezugsfläche/Jahr • selten: Energieverbrauch der Kälteanlage x kWh/Bezugsgröße/Zeiteinheit Welcher Bezug ??? • Kälteanwendung (Supermarkt, Gastronomie, Metzgerei Bäckerei Lagerraum) (Supermarkt Gastronomie Metzgerei, Bäckerei, • Bezugsgröße (z.B. Ladenfläche, lfm Kühlmöbel, Kühlraumvolumen) • Anlagentyp (z.B. direkte/indirekte Kälteanlage) • Berechnung mit/ohne Hilfsenergie • Warendurchsatz, Warenumsatz, Betriebszeit, … • Zeiteinheit (Tag, Monat, Jahr) • …. -> Aufgrund unterschiedlichster Nutzungen und Randbedingungen vielfältige Einflussgrößen -> Typisierung erforderlich -> Energie-Benchmarking sehr schwierig -> Energieverbrauchskenngrößen sind keine Energieeffizienzkenngrößen !Studienfeld Energie&Klima  Prof. Dr.-Ing. Martin BeckerHochschule Biberach 3. Fachkongress 2011, Berlin, Seite 11
  12. 12. Bewertung der Energieeffizienz im laufenden Anlagenbetrieb Unterscheide: Energiebedarf E i b d f –bberechnete Größe unter f t d fi i t R db di h t G öß t fest definierten Randbedingungen Energieverbrauch – gemessene Größe unter tatsächlichen Nutzungsrandbedingungen (Teillast, Nutzung, Klima) Energiebedarfskenngröße = (berechnete) kWh / (Bezugsgröße x Zeitraum) Energieverbrauchskenngröße = (gemessene) kWh / (Bezugsgröße x Zeitraum) Bsp.: 25 kWh / (m3 x Jahr) oder 3200 kWh / (lfd m Kühlmöbel x Jahr) oder x kWh / m2 Displayfläche x Jahr Energieeffizienzkenngröße (Key Performance Indicator, KPI) = (berechnete oder gemessene) Kenngröße als Nutzen/ Aufwand Bsp.: x kWh/kWh (Nutzkälteenergie / elektr. Energie) Hierbei wichtig: Festlegung einer eindeutigen System- bzw. Bilanzgrenze g g g y gStudienfeld Energie&Klima  Prof. Dr.-Ing. Martin BeckerHochschule Biberach 3. Fachkongress 2011, Berlin, Seite 12
  13. 13. 2. 2 Schritt für Erhöhung der Energieeffizienz im Betrieb von Anlagen Messung des (Nutz-)Kälteleistung zur Bewertung der EnergieeffizienzStudienfeld Energie&Klima  Prof. Dr.-Ing. Martin BeckerHochschule Biberach 3. Fachkongress 2011, Berlin, Seite 13
  14. 14. Ausgangspunkt: Wie lässt sich Energieeffizienz aus systemischer Sicht ermitteln und bewerten? Aufwand Nutzen . Elektr. Leistungen Pel Kälteleistung Qo,N -> spez. Energie- -> Wie genau messen? Verbrauchskenngrößen -> Wo messen? Nutzen „Efficiency Li ht “ Effi i Lights“ Maß für Energieeffizienz = Aufwand Offene Fragen: • Systematik für Mess Methodik ? Mess-Methodik • In-Situ Messverfahren, Messgenauigkeit ? • Bilanzgrenze für Bewertung ? • Benchmarking von Anlagen ? • Mindestwerte ?Studienfeld Energie&Klima  Prof. Dr.-Ing. Martin BeckerHochschule Biberach 3. Fachkongress 2011, Berlin, Seite 14
  15. 15. Bilanzraum Kältemaschine – Kälteanlage – Kältetechnisches Anlagensystem III II I Bilanzraum I: Kältemaschine (KM) Bilanzraum II: Kälteanlage (KA) Bilanzraum III: Kältetechnisches Anlagensystem (KAS)Studienfeld Energie&Klima  Prof. Dr.-Ing. Martin BeckerHochschule Biberach 3. Fachkongress 2011, Berlin, Seite 15
  16. 16. Festlegung von eindeutigen Systemgrenzen für Kälteanlagen-Systemen zur energetischen Bewertung Kältetechnisches Anlagensystem (KAS) III KWKK Kälteanlage (KA) II Kältemaschine (KM) I Kältekreislauf mit Zusatzeinrichtungen Hydraulik Kälte- WRG Wärme- Verdichter wie Ölsumpfheizung inkl. nutzungsanlage senke Wärmeübertrager Regelung, Abtauung, .. g g, g, Speicher (KNA) Bilanzraum I: Kältemaschine (KM) Bilanzraum II: Kälteanlage (KA), Bilanzraum III: Kältetechnisches Anlagensystem (KAS) WRG: Wärmerückgewinnung g g KWKK: Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung [Quelle: VDMA 24247-7]Studienfeld Energie&Klima  Prof. Dr.-Ing. Martin BeckerHochschule Biberach 3. Fachkongress 2011, Berlin, Seite 16
  17. 17. Vorschlag für Festlegung von eindeutigen Systemgrenzen zur energetischen Bewertung II Speicher‐ Verteil‐ Transmissions‐ Verluste Verluste Verluste Rückkühler QS QV QT von Kälteanlage aufgenommene Qo Nutzenübergabe  Qo,Nutz Kälteenergie Kälteenergie I Wärme‐ übertrager Kältemaschine Kältespeicher mit Pumpen, Raum (Nutzung) Mischventilen Hilfsaggregate Raumtemperatur Raumfeuchte Elektr. Energie Elektr. Hilfs‐ + Hilfsenergien energien III Kälte‐Erzeugung g g Kälte‐Verteilung g Kälte‐Nutzung g [Quelle: VDMA 24247-7]Studienfeld Energie&Klima  Prof. Dr.-Ing. Martin BeckerHochschule Biberach 3. Fachkongress 2011, Berlin, Seite 17
  18. 18. Festlegung von eindeutigen Systemgrenzen zur energetischen Bewertung Speicher‐ Verteil‐ Transmissions‐ Verluste l Verluste V l Verluste V l Q S Q V Q T von Kälteanlage von Kälteanlage aufgenommene Nutzenübergabe  Kälteenergie Qo Kälteenergie Qo,Nutz Leistungs‐ bzw. Arbeitszahl Qo,Nutz Arbeitszahl = Energie‐ Energie  Wel i el,i Aufwand  Wel,i Elektr. Energie l k Elektr. Hilfs‐ l k lf Raum (Nutzung) Raum (Nutzung) + Hilfsenergien energien Kälte‐Erzeugung Kälte‐Verteilung Kälte‐Nutzung [Quelle: VDMA 24247-7]Studienfeld Energie&Klima  Prof. Dr.-Ing. Martin BeckerHochschule Biberach 3. Fachkongress 2011, Berlin, Seite 18
  19. 19. Vorschlag für Messkonzept und Kenngrößen zur Bewertung der Gesamt-Energieeffizienz Aufwand: • Messung der elektr. Leistung (inkl. aller Hilfsenergien) mit Elektrozähler im gewählten Bilanzraum it El kt ähl i ählt Bil • Bei größeren Anlagen (z.B. > 12 kW Nennkälteleistung) separate Messung elektr. Verbrauch des/der Verdichter(s) Nutzen: • Direkte Messung der Nutz-Kälteleistung (z.B. mit Kältemengenzähler) im gewählten Bilanzraum (externes Messverfahren) g ( ) • Indirekte Messung der Kälteleistung über Energiebilanzverfahren (internes Messverfahren, Komponenten-Kennlinienmodelle) Gesamt-Energieeffizienz im gewählten Bilanzraum (BR) G tE i ffi i i ählt Bil ): • Berechnung einer Leistungszahl TCOP (Total Coefficient of Performance) und einer Arbeitszahl TEPF (Total Energy Performance Factor) des Gesamtsystems Leistungszahl: Arbeitszahl: . . Qo, BR Beachte! Qo, BR* Zeit TCOP = = TEPF =  Pel,i  (Pel,i * Zeit)Studienfeld Energie&Klima  Prof. Dr.-Ing. Martin BeckerHochschule Biberach 3. Fachkongress 2011, Berlin, Seite 19
  20. 20. VDMA 24247-7 (März 2011) Regelung, Energiemanagement und effiziente Betriebsführung • Bedeutung von Automatisierung und Energiemanagement • Hinweise für verbesserte Regelung und Betriebsführung • Festlegung von Bilanzgrenzen • Monitoring und energetische Bewertung • Messkonzepte zur Bewertung der Energieeffizienz im laufenden Betrieb • Anhang: Tabelle mit sinnvollen Messgrößen für erweitertes Monitoring • Anhang: Übersicht zu typischen Steuer- Steuer und RegelungsaufgabenStudienfeld Energie&Klima  Prof. Dr.-Ing. Martin BeckerHochschule Biberach 3. Fachkongress 2011, Berlin, Seite 20
  21. 21. 3. Schritt für Erhöhung der Energieeffizienz im Betrieb von Anlagen Erste Umsetzungen und Erfahrungen sammelnStudienfeld Energie&Klima  Prof. Dr.-Ing. Martin BeckerHochschule Biberach 3. Fachkongress 2011, Berlin, Seite 21
  22. 22. Beispiel 1: Kaltwassersatz als Testanlage an Hochschule Biberach 5 4.4 4 4.2 4 3.7 3 3.8 2 1 2.5 TCOP 0 system boundary I TEPF system boundary II system boundary IIIStudienfeld Energie&Klima  Prof. Dr.-Ing. Martin BeckerHochschule Biberach 3. Fachkongress 2011, Berlin, Seite 22
  23. 23. Entwicklung Prototyp Analysesoftware cool.check © Hochschule Biberach © Hochschule Biberach Quelle: Hochschule Biberach Institut für Gebäude- und EnergiesystemeStudienfeld Energie&Klima  Prof. Dr.-Ing. Martin BeckerHochschule Biberach 3. Fachkongress 2011, Berlin, Seite 23
  24. 24. Analysesoftware cool.check © Hochschule Biberach © Hochschule Biberach h h l ib h © Hochschule Biberach Quelle: Hochschule Biberach Institut für Gebäude- und EnergiesystemeStudienfeld Energie&Klima  Prof. Dr.-Ing. Martin BeckerHochschule Biberach 3. Fachkongress 2011, Berlin, Seite 24
  25. 25. Entwicklung Prototyp Messequipment cool.box © Hochschule Biberach Quelle: Hochschule Biberach Institut für Gebäude- und EnergiesystemeStudienfeld Energie&Klima  Prof. Dr.-Ing. Martin BeckerHochschule Biberach 3. Fachkongress 2011, Berlin, Seite 25
  26. 26. Der Anfang ist gemacht, aber …. Die nächsten erforderlichen Schritte: Systematische Weiterentwicklung und Erprobung für Praxis Wissenschaftliche Begleitforschungen von AnlagenStudienfeld Energie&Klima  Prof. Dr.-Ing. Martin BeckerHochschule Biberach 3. Fachkongress 2011, Berlin, Seite 26
  27. 27. Der Anfang ist gemacht, aber …. • Validierung und Weiterentwicklung der Methodik in Praxis für verschiedenste Anwendungsfelder (Klimakälte, Gewerbekälte, Industriekälte, Supermärkte, …) -> U t Untersuchungen von Kält h Kälteanlagen i P i fü E l in Praxis für Energie-Monitoring! i M it i ! • Projekt für Langzeit-Monitoring von Anlagen und wissenschaftliche Begleitung zur Bewertung der Energieeffizienz erforderlich (Wahl Bilanzraum, g g ( , Messgenauigkeit, Ermittlung Effizienzkenngrößen, Nutzungsprofile, Umgebungsbedingungen, Hilfsenergie) • Festlegung zu Mindest-Effizienz-Kenngrößen für Typ-Anlagen erarbeiten als Basis für „Effizienz-Ampel“ „Energie-Cockpit“ • optional: Qualitative und quantitative Aussagen für optimierte Betriebsführung und verbesserte Wartung/Diagnose durch Anlagen-MonitoringStudienfeld Energie&Klima  Prof. Dr.-Ing. Martin BeckerHochschule Biberach 3. Fachkongress 2011, Berlin, Seite 27
  28. 28. „Die Wahrheit der Energieeffizienz zeigt sich im Betrieb!“ Prof. Dr.-Ing. Martin Becker Hochschule Biberach H h h l Bib h Studienfeld Energie&Klima Institut für Gebäude- und Energiesysteme Karlstr. 11, 88400 Biberach becker@hochschule-bc.deVIELEN DANK FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT !  Prof. Dr. Martin Becker 3. EHI-Fachkongress 2010, Seite 28
  29. 29. Hinweis auf aktuelle Seminare Themen u.a.: ua: Themen u.a.: ua: • Energieeffizienz von Kälteanlagen • Ökodesign im europäischen und deutschen Recht • Energieeffiziente Beleuchtung • Kampagne effiziente Kälte Schweiz • Energieeffizienz durch Gebäudeautomation g • Energieeffiziente Kältetechnik in Österreich • Anlagenmonitoring • Energieeffizienz- Wärmepumpen • Energiemangamenet-Konzepte • VDMA Einheitsblatt 24247 • Energieffizienz durch Automatisierung und Infos unter: •optimierte Betriebsführung optimierte www.bauakademie-biberach.de/energiemanagementStudienfeld Energie&Klima  Prof. Dr.-Ing. Martin BeckerHochschule Biberach 3. Fachkongress 2011, Berlin, Seite 29

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