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Bei einer Wärmepumpe wird in einem Kreislaufprozess ein Arbeitsmedium auf ein höheres (nutzbares) Temperaturniveau gebracht. Dieses Arbeitsmedium ist dann so warm, dass es Wärme an den Vorlaufkreis der Heizung abgeben kann und so diese Wärme im Haus als Heizenergie zur Verfügung steht. Als Arbeitsmedium wurden früher FCKW-haltige Mittel eingesetzt, heute kommen umweltfreundlichere Mittel zum Einsatz (Propan, Ammoniak, Propen und eventuell auch CO2). Zum Antrieb wird fast immer elektrische Energie verwendet (manchmal in Spezialanwendungen auch direkt mechanische oder Erdgas). Das umgekehrte Prinzip ist vom Kühlschrank her schon lange bekannt und wird auch als Wärmeerzeuger für Heizzwecke immer beliebter.
Der Kompressor verdichtet (komprimiert) das gasförmige Arbeitsmedium. Dabei wird es auf ein höheres Temperaturniveau "gehoben", z.B. auf 35°C. Diese Erwärmung ist jedem vom Aufpumpen eines Fahrradreifens bekannt: Durch die Verdichtung erwärmt sich auch hier die Luft. Das erwärmte Arbeitsmedium gibt seine Wärme an den Heizkreis ab und kondensiert dabei (es wird also wieder flüssig).
Das immer noch unter Druck stehende Arbeitsmedium wird über ein Drosselventil entspannt (das bedeutet auf einen niedrigeren Druck gebracht). Es ist dabei aber noch immer flüssig. Erst die Energie aus der Wärmequelle lässt es im Verdampfer wieder gasförmig werden und der Prozess beginnt von neuem.
Meist wird die Energie dem Erdreich oder der Außenluft entnommen, fallweise aber auch aus dem Grundwasser. Dazu ist ein Keislauf nötig, der die Wärme von der Wärmequelle zur Wärmepumpe transportiert. Dies ist meist ein eigener Kreislauf, der mit Sole (Wasser mit Frostschutzmittel) betrieben wird. Bei Luftwärmepumpen erfolgt dieser wärmetransport mit einem Ventilator, der der Wärmepumpe die Außenluft zuführt.
Der Vorteil ergibt sich daraus, dass durch die Entnahme von Wärme aus der Wärmequelle mehr Energie bereit gestellt wird, als Strom zum Antrieb der Wärmepumpe benötigt wird. Üblicherweise wird dabei rund 4 mal mehr Wärme im Haus verfügbar als bei direkter Beheizung des Hauses mit Strom.