⍟ Letztes Update: Juni 2025. Unsere Liste bleibt stets aktuell. Jetzt neu dabei: Der Unterschied zwischen COP und JAZ.
Wie funktioniert eine Wärmepumpe: Short Facts im Überblick
- Eine Wärmepumpe nutzt natürliche Umgebungswärme aus Luft, Boden oder Grundwasser zum Heizen und zur Warmwasserbereitung.
- Sie funktioniert ähnlich wie ein Kühlschrank, aber umgekehrt: Umweltwärme wird aufgenommen, verdichtet und als Heizenergie abgegeben.
- Mit nur 1 kWh Strom können bis zu 4 kWh Wärme erzeugt werden – das macht Wärmepumpen sehr effizient.
- Die Effizienz hängt von der Wärmequelle ab: Erdwärme und Grundwasser bieten das ganze Jahr über konstante Temperaturen, Luftwärmepumpen sind temperaturabhängiger.
- Wärmepumpen sind eine umweltfreundliche Alternative zu fossilen Heizsystemen, besonders in Kombination mit Ökostrom.
- Sie können auch zur aktiven Kühlung von Wohnräumen genutzt werden.
Inhalte im Überblick
Die Wärmepumpe: Was ist das eigentlich?
Eine Wärmepumpe kannst du als dein primäres Heizsystem nutzen, weshalb man auch oft synonym von einer Wärmepumpenheizung spricht. Sie verspricht eine umweltfreundliche Alternative zu fossilen Brennstoffen wie Öl oder Gas zu sein. Das stimmt zwar auch, jedoch benötigt sie für ihren Betrieb Strom. Abhängig davon, woher der verwendete Strom stammt, kann man hier mal mehr, mal weniger von Umweltfreundlichkeit sprechen, denn Strom, der aus fossilen Ressourcen stammt, vermindert natürlich den positiven Effekt für die Umwelt.
Die Wärmepumpenheizung gewinnt natürliche Wärme aus der Luft, dem Boden oder dem Grundwasser. Entsprechend unterschiedlich fallen die einzelnen Systeme aus, das zugrundeliegende Funktionsprinzip bleibt jedoch gleich. Anhand dessen kannst du die Wärmepumpe zum Heizen oder auch für die Warmwasserbereitung nutzen.
Wie funktioniert eine Wärmepumpe? Ihre Funktionsweise einfach erklärt
Du fragst dich: „Wie funktioniert eine Wärmepumpe eigentlich?“ Die ganz einfache Antwort auf diese Frage lautet, dass sie Umgebungswärme sammelt – sei es aus der Luft, dem Erdboden oder dem Grundwasser – und diese so lange konzentriert, bis daraus Hitze entsteht. Diese wiederum kann dann in einem Wärmespeicher gespeichert, zu den Raumheizungen transportiert werden oder auch direkt dein Brauchwasser erwärmen. Hierfür gibt es übrigens auch spezielle Brauchwasserwärmepumpen.
Das Ganze funktioniert natürlich nicht nur im Sommer, wenn die Umgebungstemperaturen angenehm warm sind (und man auch überwiegend gar keine Heizung benötigt), sondern auch im Winter. So bietet beispielsweise das Erdreich bereits in wenigen Metern Tiefe, unabhängig von der Jahreszeit, eine relativ konstante Temperatur. Bei 10 Metern Tiefe etwa 5 bis 15 °C, bei 300 Metern sogar um die 20 °C.
Wärmepumpe Funktion: Der Aufbau
Zur Wärmepumpenheizungsanlage zählen 3 wichtige Hauptkomponenten:
- Die Wärmequellenanlage
- Die Wärmepumpe
- Das Wärmeverteil- und Speichersystem
Während die Wärmequellenanlage die notwendige Umgebungswärme aus der jeweiligen Wärmequelle (Luft, Boden, Grundwasser) zieht und zur Wärmepumpe transportiert, findet der eigentliche Prozess in der Wärmepumpe selbst statt, bei dem die Wärme von ihrem ursprünglichen niedrigen Niveau auf ein notwendiges angehoben wird. In der Wärmenutzungsanlage, bestehend aus Wärmeverteilsystem sowie Speichersystem, wird die Wärme schließlich zu den Heizkörpern im Haus transportiert.
Die Wärmepumpe an sich besitzt wiederum 5 wichtige Komponenten, die es ermöglichen, die verhältnismäßig niedrige Umweltwärme so weit zu erhitzen, dass sie zum Heizen von Brauch- und Heizwasser genutzt werden kann.
- Verdampfer
- Verdichter (Kompressor)
- Verflüssiger (Kondensator)
- Drosselorgan (Expansionsventil)
- Arbeitsmittel (Kältemittel)
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Wie funktioniert eine Wärmepumpe? Das Funktionsprinzip
Du kennst jetzt den Aufbau und die Bestandteile, aber wie funktioniert eine Wärmepumpe jetzt genau? Im Grunde kannst du dir das Funktionsprinzip ähnlich dem eines Kühlschrankes vorstellen. Dieser entzieht seinem Innenraum oder viel mehr den darin enthaltenen Lebensmitteln Wärme und gibt diese nach außen ab, sodass es im Inneren jederzeit schön kühl bleibt. Genau umgekehrt arbeitet eine Wärmepumpe: Sie wandelt die gewonnene Umweltwärme von außen in Heizwärme für das Innere deines Hauses um.
Das ist möglich, weil die gewonnene Wärme im Inneren der Wärmepumpe ein flüssiges Kältemittel erwärmt. Dieses verdampft daraufhin und wird von einem Kompressor verdichtet. Das nun gasförmige Kältemittel wird bei diesem Prozess aufgrund des entstehenden Drucks wärmer (Joule-Thomson-Effekt). Diese Wärme wird dann mittels Wärmetauscher ganz einfach an das Heizsystem abgegeben.
Hierbei handelt es sich um einen Kreislauf. Denn durch die Abgabe der Wärme verflüssigt sich das Kältemittel wieder, das Drossel- oder auch Expansionsventil vermindert den Druck weiter, sodass sich das Kältemittel immer weiter abkühlt und ausdehnt. So kann es wieder neue Umgebungswärme aufnehmen und der Kreislauf beginnt von neuem.
Durch dieses Prinzip ist eine hohe Effizienz möglich! Nur ein Kilowatt Strom reicht aus, um bis zu 4 Kilowatt an Wärmeenergie zu erzeugen. Stammt dieser Strom darüber hinaus aus umweltfreundlichen Ressourcen (z. B. PV-Anlage oder Windkraft), handelt es sich um eine sehr umweltfreundliche Möglichkeit, dein Zuhause zu heizen.
Was bedeuten COP und JAZ?
COP (Coefficient of Performance):
Der COP gibt das Verhältnis von erzeugter Wärme zu eingesetztem Strom an – gemessen unter festgelegten Laborbedingungen. Ein COP von 4 bedeutet zum Beispiel, dass die Wärmepumpe aus einer Kilowattstunde Strom 4 Kilowattstunden Wärme erzeugt. Der COP ist eine Momentaufnahme und hängt stark von den jeweiligen Betriebsbedingungen wie Quell- und Vorlauftemperatur ab.
JAZ (Jahresarbeitszahl):
Die Jahresarbeitszahl der Wärmepumpe beschreibt das Verhältnis der insgesamt im Jahr erzeugten Wärme zur dafür benötigten elektrischen Energie. Sie berücksichtigt die tatsächlichen Betriebsbedingungen über einen längeren Zeitraum und ist damit praxisnäher als der COP. Die JAZ ist entscheidend für die Wirtschaftlichkeitsberechnung und eine wichtige Voraussetzung für staatliche Förderungen.
Verschiedene Wärmepumpenarten, verschiedene Wärmequellen, gleiches Prinzip
Du fragst dich „Wie funktioniert eine Wärmepumpe? Und woher bezieht sie die Umgebungsenergie?“ Dann solltest du dir einmal genauer anschauen, welche Wärmepumpenarten es gibt:
- Die Luftwärmepumpe
- Die Erdwärmepumpe
- Die Grundwasser-Wärmepumpe
Das Prinzip, wie eine Wärmepumpe funktioniert, ist im Grunde bei allen Arten gleich. Lediglich woher und wie die Umweltenergie bezogen wird, unterscheidet sich.
Funktion einer Luft-Wasser-Wärmepumpe
Bei den Luft-Wärmepumpen unterscheiden sich Luft-Luft-Wärmepumpen von Luft-Wasser-Wärmepumpen. Gängigstes System bildet hierbei die Luft/Wasser-Wärmepumpe, die wir uns daher einmal etwas genauer anschauen:
Bei dieser Art dient die Außenluft als Wärmequelle. Eine Außeneinheit saugt die Umgebungsluft durch einen Ventilator an. Da die Umgebungsluft – anders als das Grundwasser oder die Erdwärme – nicht das ganze Jahr über konstant ist, liegen hier deutliche Temperaturunterschiede vor. Daraus resultiert, dass, je kälter die Luft ist, desto mehr elektrische Energie, in Form von Strom, muss aufgewendet werden, um das Kältemittel der Wärmepumpe zu erwärmen.
Funktionsweise der Erdwärmepumpe einfach erklärt
Für die sogenannte Erdwärmepumpe oder auch Sole-Wasser-Wärmepumpe schauen wir uns das Prinzip der Geothermie etwas genauer an. Darunter versteht man nämlich allgemein hin, dass die im Erdboden gespeicherte Energie nutzbar gemacht wird, sprich diese Wärmepumpenart nutzt das Erdreich als Wärmequelle.
Das ist auf 2 unterschiedliche Arten möglich. Durch
- Erdkollektoren
- Erdsonden
Diese ziehen Wärme aus dem Boden. Im weiteren Prozess geht es dann weiter, wie bereits erläutert. Vorteil gegenüber einer Luftwärmepumpe ist, dass die Bodentemperatur im Vergleich zur Umgebungsluft das ganze Jahr über relativ konstant bleibt und keine oder nur geringe Temperaturunterschiede ausgeglichen werden müssen. Das zieht eine deutlich höhere Effizienz nach sich.
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Wie funktioniert eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe?
Auch das Grundwasser bietet eine relativ konstante Wärmequelle – das ganze Jahr über. Die Grundwasser-Wärmepumpe oder auch Wasser-Wasser-Wärmepumpe macht sich dies zu Nutzen. Für diese Wärmepumpenart werden 2 Brunnen benötigt:
- Einen Saugbrunnen (entnimmt das Grundwasser)
- Einen Schluckbrunnen (gibt das genutzte Wasser wieder ins Erdreich ab)
Aufgrund der im Vergleich ganzjährig recht konstanten und hohen Temperaturen des Grundwassers, zählt diese Art der Wärmepumpen als besonders effizient. Jedoch ist nicht jede Wärmepumpe überall gleich gut einsetz- oder realisierbar. Willst du dich hier genauer informieren, schau doch einmal bei unserem entsprechenden Artikel vorbei, welche Wärmepumpe sich für dich womöglich am besten eignet.
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Darf es noch etwas mehr Nachhaltigkeit sein?
Eine Wärmepumpe zum Heizen zu nutzen, ist eine super Möglichkeit, um nachhaltiger zu leben. Für weitere Tipps & Tricks rund um die Themen Heizen und Energie sparen, wirf doch mal einen Blick auf unsere anderen Artikel!
Wohnung kühlen | Heizperiode Mietwohnung
Photovoltaik vs. Solarthermie | Wärmepumpe im Altbau
FAQ zum Funktionsprinzip einer Wärmepumpenheizung
Wie funktioniert eine Wärmepumpe einfach erklärt?
Sie nutzt Umweltwärme (Luft, Erde, Wasser), erhöht diese über ein Kältemittelkreislauf und speist die Wärme ins Heizsystem ein.
Wie funktioniert eine Wärmepumpe im Winter?
Aufgrund verhältnismäßig konstanter Temperaturen im Erdreich und Grundwasser ist der Betrieb einer Wärmepumpe das ganze Jahr über möglich. Bei niedriger Umgebungsluft, muss hingegen mehr Strom zugefügt werden, um die notwendige Vorlauftemperatur zu erreichen. Alternativ kannst du die Wärmepumpenheizung jedoch auch als Hybridsystem mit einer anderen Heizung nutzen oder einen zusätzlichen elektrischen Heizstab bei besonders niedrigen Temperaturen dazuschalten.
Kann eine Wärmepumpe auch kühlen?
Auch eine aktive Kühlung der Wohnräume ist mit einer Wärmepumpe möglich. Sie nutzt dazu einfach das umgekehrte Funktionsprinzip und führt Wärme aus dem Inneren nach außen ab.
Bis wie viel Grad funktioniert eine Wärmepumpe?
Erd- und Grundwasserwärmepumpen sind aufgrund der relativ konstanten Temperaturen in Erdreich und Grundwasser nicht weiter von der Umgebungstemperatur betroffen. Anders sieht es bei Luftwärmepumpen aus. Laut Bundesverband Wärmepumpe e.V. wurde der Einsatzbereich bei Luft-Wasser-Wärmepumpen kontinuierlich erweitert, sodass eine Funktion bis zu -28 °C möglich sei. Allerdings nimmt hier auch die Effizienz mit fallenden Temperaturen ab!
Was ist das Besondere an der Technik der Wärmepumpe?
Sie arbeitet nicht mit Verbrennung, sondern mit einem energieeffizienten Kreislaufprozess – ähnlich einem Kühlschrank, nur umgekehrt.
Welche Energiequellen kann eine Wärmepumpe nutzen?
Außenluft, Erdwärme oder Grundwasser – je nach Gegebenheiten am Standort.
Was bedeutet COP bei Wärmepumpen?
Der COP zeigt, wie viel Wärme eine Wärmepumpe aus einer kWh Strom erzeugt – je höher, desto effizienter.
Wie sieht der Kreislauf einer Wärmepumpe aus?
Ein Kreislauf aus Verdampfer, Verdichter, Verflüssiger und Expansionsventil. Das oben abgebildete Schema macht den Ablauf leicht nachvollziehbar.
