Eine Wärmepumpe entzieht der Umgebung (Erdreich, Grundwasser, Luft) Wärme und gibt diese auf einem höherem Temperaturniveau wieder ab, so dass sie zur Wohnungsheizung und Warmwasserbereitung genutzt werden kann. Die Arbeitsweise einer Wärmepumpe entspricht prinzipiell der eines Kühlschrankes – allerdings mit dem Ziel „Heizen“ statt „Kühlen“. In einem geschlossenen Kreislauf innerhalb der Wärmepumpe befindet sich ein Kältemittel, das schon bei niedrigen Temperaturen verdampft. Zunächst liegt seine Temperatur unter der Temperatur der Wärmequelle (Erdreich, Grundwasser, Umgebungsluft). Deshalb kann das Kältemittel Wärme aufnehmen, dabei verdampft es. Eine nachgeschaltete Pumpe (Verdichter) erhöht den Druck des verdampften Kältemittels, dabei steigt die Temperatur (wie bei einer Fahrradluftpumpe, wenn beim Pumpen Druck aufgebaut wird).

Jetzt kann Wärme an die Heizung abgegeben werden, denn die Temperatur des unter hohem Druck stehenden Kältemitteldampfes ist nun höher als die Temperatur des Heizungswassers. Der Kältemitteldampf kühlt sich dabei ab und wird wieder flüssig. Danach wird der hohe Druck in einem Expansionsventil wieder abgebaut, das Kältemittel kühlt sich dabei weiter ab und kann erneut Wärme aus der Umwelt aufnehmen. Der Kreislauf beginnt von vorn. Von der Wärme, die eine Wärmepumpe zum Heizen abgibt, stammen drei Viertel aus der Umwelt. Das restliche Viertel wird als elektrischer Strom für den Antrieb der Wärmepumpe zugeführt und im Verdichter in Wärme umgewandelt. Für die Nutzung der Umgebungswärme stehen die Wärmequellen Erdreich, Grundwasser und Umgebungsluft zur Verfügung.

Wärmepumpen (Erdreich, Grundwasser) können auch zur Kühlung eines Gebäudes eingesetzt werden. Die Funktionsweise der Wärmepumpe wird dann umgekehrt und entspricht genau der eines Kühlschrankes. Häufig wird diese Art der Kühlung auch als „reversibler“ Betrieb der Wärmepumpe bezeichnet.

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