Wärmepumpen sind Kältemaschinen mit entgegengesetztem Wärmeprozeß. Sie sind ähnlich aufgebaut wie ein Kühlschrank. Eine Wärmepumpe besteht aus Verdampfer, Verdichter, Druckdosselventil und Kondensator. Der Verdichter verdichtet das Kältemittel, das im Verdampfer bei niedriger Temperatur verdampft ist und führt ihm Energie zu.

Der Verdampfer kann aus einem Grundwasserwärmetauscher, einem Erdreichwärmetauscher oder Luftwärmetauscher bestehen. Im Kondensator wird das verdampfte Kältemittel wieder flüssig. Hier wird die Wärme bei hoher Temperatur an den Heizkreislauf abgegeben. Danach wird das Kältemittel im Druckdrosselventil wieder gasförmig und durchläuft den Kreisprozeß erneut. Die Arbeitzahl gibt an, wievielmal mehr Gesamtenergie vom System erzeugt wird, als Arbeitsenergie hineingesteckt wurde. Die Arbeitszahlen heutiger Systeme liegen bei 3,5 bis 4,5. Besonders bei Niedertemperaturheizungen unter 40°C Vorlauftemperatur liegen die Arbeitszahlen bei um 4,5. Bei einer Elektrischen Wärmepumpe werden so aus einer Kilowattstunde Strom 4,5 Kilowattstunden Wärme. So wird einiges an Primärenergie eingespart, auch wenn der Strom nur mit 38% Wirkungsgrad erzeugt wird. Heutige Wärmepumpen arbeiten mit FCKW-freien Kältemitteln, und sind deshalb umweltfreundlicher als die alten, deren Arbeitszahlen auch noch niedriger waren.
Da sich die Bedingungen übers Jahr ändern, wird auch die JAZ oder Jahresarbeitszahl angegeben. Sie ist niedriger als die Arbeitszahl, weil die Anlage nicht immer optimal betrieben werden kann.

Wärmepumpen benötigen entweder einen Grundwasserwärmetauscher, einen Erdwärmetauscher oder einen Luftwärmetauscher. Da die Erde auch im Winter ab ca 1m Bodentiefe ca 6°C warm bleibt, wird im Erdreich um das Haus eine Erdsonde gebohrt. Diese nimmt die Erdwärme über einen Wärmetauscher auf und läßt das Kühlmittel verdampfen. Heute werden auch Luft/Wasser Wärmepumpen eingebaut. Es gibt sie im Block oder hybrid, wo nur ein Teil der Anlage draußen steht und der Kondensator im Haus untergebracht ist.

Wärmepumpen werden entweder monovalent, das heißt als einziger Wärmeerzeuger im System betrieben oder bivalent, als Zusatzheizung. Vorzuziehen ist ein monovalenter Betrieb. Wärmepumpen können auch zusätzlich Warmwasser erzeugen. Für eine Wassertemperatur von 50°C reichen sie aus.Es gibt sie auch als Warmwasserwärmepumpen mit einer Leistung von 3 kW. In einem Passivhaus kommt eine Wärmepumpe zum Einsatz, die die Wärme aus der Abluft der Lüftung nutzt, um das Warmwasser in einem Speicher zu erwärmen. Mit dem Warmwasser wird die Zuluft erwärmt.

Clemens Gleich, Wärmepumpe in Bestandsgebäuden, 2023, eISBN 978-3-98162517-2

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