Bei dem Funktionsprinzip der Wärmepumpen wird mit elektrischem Strom aus einer Wärmequelle mit geringerem Niveau ein höheres Temperaturniveau erzeugt. Dieser thermodynamische Kreisprozess wird als Carnot-Prozess bezeichnet.

Die Wirkungsgrad-Angabe bei einer Wärmepumpe ist die Jahres-Arbeitszahl, definiert als der Quotient der abgegebenen Heizwärme einer Wärmepumpe im Verhältnis zur von ihr aufgenommenen elektrischen Energie, gemittelt über ein Jahr. Für eine hohe Jahres-Arbeitszahl der Wärmepumpe ist ein kleiner Temperaturhub - Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur der Umweltenergie (Luft oder Grundwasser bzw. Sole) und der des Heizkreises - entscheidend. Der Einsatz von Wärmepumpenanlagen kommt vor allem in Gebäuden in Frage, die mit geringen Vorlauftemperaturen auskommen.

Wärmequellen für Wärmepumpen

• Grundwasser
  Grundwasser stellt die zuverlässigste Wärmequelle dar, die nahezu ganzjährig eine konstante Wärmequellentemperatur liefert. Die hierfür notwendige Brunnenanlage ist nicht an allen Standorten möglich bzw. genehmigungsfähig und vor allem mit hohen Investitionskosten verbunden. Eine Einzelfallprüfung ist erforderlich. Es werden bei entsprechender Wärmeverteilung (Fußbodenheizung) gute Arbeitszahlen erreicht.

• Erdsondenanlage
  Erdwärme über eine Sondenanlage zu erschließen, ist mit höheren Investitionskosten verbunden, stellt jedoch standortabhängig eine zuverlässige Wärmequelle dar, die gute Jahresarbeitszahlen liefert. Auch hier ist wie bei allen Wärmepumpenanlagen eine Wärmeverteilung notwendig, die mit niedrigen Vorlauftemperaturen auskommt (z.B. Fußbodenheizung)

• Erdkollektoranlage
  Eine Erdkollektoranlage ist sehr flächenintensiv und ist nur bei Neubauprojekt mit ausreichender Grundstücksgröße möglich bzw. sinnvoll. In den Wintermonaten muss hier mit einer stärkeren Abkühlung des Kollektors gerechnet werden, so dass die Arbeitszahlen zum Ende der Heizperiode abnehmen und so die Effektivität der Wärmepumpenanlage darunter leidet. Die Lösung ist jedoch kostengünstiger als Erdkollektor und Erdsonde.

• Wärmequelle Luft
  Der Einsatz einer Luft-Wärmepumpe hat den Vorteil, dass keine aufwändige Brunnen- oder Kollektoranlage erstellt werden muss. Hauptnachteil ist die schlechte Arbeitszahl bei niedrigen Außentemperaturen oder bei hohen Betriebstemperaturen der Wärmeverteilung.