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Im großen Feld der Thermodynamik findet man das physikalische Grundprinzip der Wärmepumpe.
Es handelt sich dabei um die Lehre von der Energieumwandlung und von Wärmeströmen. Hauptsächlich sind drei physikalische Prinzipien zum Verständnis einer Wärmepumpe notwendig.

Die Erfahrungen, die wir im Alltag sammeln, können uns dabei von großem Nutzen sein.
Zum einen wird ein heißes Getränk mit der Zeit kälter wenn man es einfach stehen lässt und gekühlte Getränke werden wärmer.
Die Temperaturen gleichen sich der Umgebungstemperatur an, es fließt also ein sogenannter Wärmestrom.
Der Wärmestrom fließt ohne jede zutun von allein und nur von einem höheren zu einem tieferen Temperaturniveau.

Funktion einer Wärmepumpe

Damit der Wärmestrom gegen seine physikalische Richtung fließen kann, muss eine Pumpe in den natürlichen Kreislauf eingreifen.
Die Wärme verhält sich in dieser Betrachtungsweise wie Wasser, welches selbständig bergab fließt. Soll das Medium jedoch bergauf fließen, muss es gepumpt werden.
Ein weiterer Betrachtungspunkt ist die Siedetemperatur von Flüssigkeiten. Diese ist bei niedrigerem Druck geringer als bei hohem Druck.
Weiterhin erfordert ein Verdampfungsprozess Energie, die dann bei einer Kondensation wieder freigesetzt wird.
Wenn man nun einen kreisförmigen Prozess durchführt, in dem man zuerst eine Verdampfung und dann eine Kondensation ablaufen lässt, hat man Wärme transportiert, dies ist auch gleichzeitig das Prinzip einer Wärmepumpe.

Arbeitsweise

In einer Wärmepumpe läuft ein sogenannter Kreisprozess ab.
Im Klartext bedeutet dies, dass in einem geschlossenen Kreislauf ein Kältemittel zirkuliert. Früher verwendete man dafür FCKW - Fluorchlorkohlenwasserstoff, aus umweltgründen greift man heute aber auf Kohlenwasserstoffe zurück.
Eine der wichtigsten Eigenschaften von Kältemittel ist, dass sie auch noch bei niedrigen Temperaturen ausreichend verdampfen.
Beim Verdampfen sinkt die Temperatur des Kältemittels unter das Niveau der Umgebungswärme ab.
Diese Temperaturdifferenz zwischen z. B. oberflächennahen Erdschichten und dem Kältemittel ermöglicht einen Wärmestrom zum Verdampfer. Danach wird das verdampfte Kältemittel vom Verdichter angesaugt und komprimiert.
Die Druckerhöhung bewirkt eine Erhöhung der Temperatur des Kältemittels über das Niveau der Hausheizung.
Am Verdampfer entsteht wieder eine Temperaturdifferenz und es kommt zu einem Wärmestrom zur Heizung. Anschließend kühlt das unter Hochdruck stehende Kältemittel wieder ab, kondensiert und wird wieder entspannt.
jetzt kann der Kreisprozess wieder von neuem beginnen:
verdampfen - verdichten -verflüssigen - entspannen.

Effizienzkriterien

Der Temperaturunterschied zwischen Wärmequelle und Heizungsanlage ist sehr entscheidend für die Effektivität einer Wärmepumpe.
Je kleiner dieser Unterschied ausfällt, umso bessere Leistungen werden mit der Wärmepumpe erzielt.
Bei einer Wärmepumpenheizung sind dabei die winterlichen Klimabedingungen ausschlaggebend. Von Vorteil sind demnach Wärmequellen, die im Winter über möglichst hohe Temperaturen verfügen, und Heizungssysteme, die mit möglichst niedrigen Temperaturen arbeiten.

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