Wärmepumpen liefern Wärmeenergie zur Raumheizung und Brauchwassererwärmung nach einem thermodynamischen Prinzip – ohne Verbrennung. Als Energiequelle dient hierbei Umwelt- bzw. Umgebungswärme. Mit Hilfe von Wärmepumpen kann Niedertemperaturwärme auf ein höheres, nutzbares Temperaturniveau gebracht werden. Für diese "Wärmeverschiebung" muss Energie aufgewendet werden, eine Wärmepumpe ist daher kein Perpetuum Mobile. Wie hoch der Anteil der aufzuwendenden Energie ist, gibt die sogenannte Leistungszahl an. In der Praxis werden Leistungszahlen von 4 bis 4,5 erreicht, das heißt mit 1 kWh Energieeinsatz können der Umwelt z.B. 3 kWh Wärmeenergie entzogen werden, so dass 4 kWh Wärme für die Heizung zur Verfügung stehen.
Die physikalischen Zusammenhänge beschreibt der Carnot-Prozess:
e c = Leistungszahl nach Carnot
T = Temperatur der Wärmeabgabe in K ("warme Seite")
dT = Temperaturhub (Temperaturunterschied zwischen warmer u. kalter Seite)
Die Carnot’sche Leistungszahl ist die theoretisch erreichbare Obergrenze, in der Praxis belaufen sich die Leistungszahlen in der Größenordnung von max. 0,5 x e c. Entscheidend hierfür ist der Temperaturhub. Je höher die Temperatur der Wärmequelle ist, desto effektiver arbeitet das System. Nutzbare Wärmequellen sind vor allem:
- Erdreich (Erdflächenkollektor, Grabenkollektor oder Erdsonden)
- Grundwasser
- Außenluft
- Abwärme
- Abwasser
- Regenwasser
- Massivabsorber
- Absorberdach
Erdreich und Grundwasser sowie - sofern vorhanden - Abwärme eignen sich hervorragend als Wärmequelle. Außenluft steht überall und kostengünstig zur Verfügung. Luftwärmepumpen werden vor allem für bivalenten Betrieb oder zur ganzjährigen Nutzung bei Niedrigenergiegebäuden eingesetzt.
Wärmepumpen arbeiten nur in Verbindung mit einer optimal dimensionierten Niedertemperatur-Flächenheizung (Fußboden- bzw. Wandflächenheizung) effizient.
Folgende Wärmepumpen-Bauarten kommen zum Einsatz:
- Kompressionswärmepumpen
- Absorptionswärmepumpen
- Stirlingwärmepumpen
Im kleineren Leistungsbereich haben sich elektromotorische Kompressionswärmepumpen mit Scrollverdichter durchgesetzt. Diese Geräte weisen von allen Systemen die längste Lebensdauer und die höchste Leistungszahl auf.
Darüber hinaus unterscheidet man Wärmepumpenanlagen nach den Wärmeträgermedien:
- Wasser / Wasser
- Sole / Wasser
- Luft / Wasser
- Luft / Luft etc.