• Wärmepumpen sind kein völlig neues Produkt, das Prinzip ist schon seit Mitte des 19. Jahrhunderts bekannt.
  • Viele nutzen die Wärmepumpen-Technik bereits – allerdings zum Kühlen und nicht zum Heizen.
  • Wie eine Wärmepumpe funktioniert, erklären wir hier in wenigen Schritten.

Die Wärmepumpe gilt als Heizung der Zukunft. Der Staat bezuschusst die Neuanschaffung mit einer Förderung von bis zu 70 Prozent. Trotzdem sind viele skeptisch: Im Vergleich zum Vorjahr brach der Absatz 2024 laut Bundesverband Wärmepumpe (BWP) um 46 Prozent ein. Zudem dominieren dem Bundesverband der deutschen Heizungsindustrie zufolge in vielen Haushalten nach wie vor Gas- und Ölheizungen.

Dabei ist die Technik gar nicht so neu: Das Prinzip der Wärmepumpen ist seit Mitte des 19. Jahrhunderts bekannt und seit mehr als 50 Jahren Gegenstand der Forschung. Durch die Förderung ist eine Wärmepumpe heute ohnehin kaum noch teurer als eine Öl- oder Gasheizung.

Wie eine Wärmepumpe funktioniert: Der Kreislauf in vier Schritten

Die Wärmepumpe nutzt das Prinzip der Kältemittelschleife, um Wärme aus einer Quelle wie Luft, Wasser oder Erde aufzunehmen und diese an ein Heizsystem abzugeben. Das Ziel ist dasselbe wie bei einer Heizung mit Gas oder Heizöl: Wärme oder erwärmtes Wasser soll einen oder mehrere Räume aufheizen. Im Gegensatz zu einer Gas- oder Ölheizung benötigt eine Wärmepumpe aber mehr Strom.

Die Wärmepumpe nimmt Wärme aus der Umgebung auf und transportiert sie über ein Kältemittel zum Innenraum. Dabei wechselt das Kältemittel zwischen verschiedenen Aggregatzuständen.

  1. Verdampfer: Der Verdampfer nimmt die Wärmeenergie aus der Umgebung auf. Das Kältemittel in diesem Teil des Systems hat eine niedrigere Temperatur als die Umgebungsquelle. Das bedeutet: Die Wärmeenergie fließt auf natürliche Weise vom Warmen zum Kälteren. Das Kältemittel verdampft zu einem Gas.
  2. Kompressor: Das jetzt gasförmige Kältemittel kommt in einen Kompressor. Hier erhöht sich der Druck des Kältemittels, wodurch auch seine Temperatur steigt.
  3. Kondensator: In diesem Schritt gelangt das heiße und jetzt gasförmige Kältemittel in den Kondensator. Hier gibt es seine Wärme an das Heizsystem ab. Während des Prozesses kondensiert das Kältemittel und verflüssigt sich. Ein Heizsystem nutzt die abgegebene Wärme zum Heizen und zur Warmwasseraufbereitung.
  4. Expansionsventil: Das nun wieder flüssige Kältemittel durchläuft das Expansionsventil, wo es in einen Bereich mit niedrigerem Druck eintritt. Dabei kühlt es ab und kehrt zum Verdampfer zurück, um den Prozess erneut zu starten.
Eine Wärmepumpe nutzt die Energie der Umwelt zur Erzeugung von Wärme. Das Funktionsprinzip basiert auf einem Kreislauf, dieser lässt sich grob in vier Schritten erklären.
Eine Wärmepumpe nutzt die Energie der Umwelt zur Erzeugung von Wärme. Das Funktionsprinzip basiert auf einem Kreislauf, dieser lässt sich grob in vier Schritten erklären.© BWP/Pressegrafik | Unbekannt

Wärmepumpe funktioniert wie ein Kühlschrank – nur umgekehrt

Ein Kühlschrank funktioniert ähnlich. Ein Kühlmittel entzieht der Luft im Inneren des Kühlschranks über einen Verdampfer die Wärme. Diese Wärme gibt der Kühlschrank über einen Verflüssiger an die Umgebung ab. Sowohl die Wärmepumpe als auch ein Kühlschrank funktionieren auf der Grundlage von Energieumwandlung: In der Wissenschaft spricht man von Thermodynamik. Ein Kühlschrank und eine Wärmepumpe teilen sich zudem die wichtigsten Bauteile. Dazu zählen:

  • Verdampfer
  • Kompressor
  • Kondensator
  • Expansionsventil
Das Funktionsprinzip Wärmepumpe findet sich in nahezu allen Haushalten – im Kühlschrank.
Das Funktionsprinzip Wärmepumpe findet sich in nahezu allen Haushalten – im Kühlschrank.© BWP/Pressebild/Grafik: Shutterstock | Unbekannt

Wärmepumpen-Technik zum kühlen: So funktioniert es im Kühlschrank

Der Unterschied zum Kühlschrank ist nicht groß. Das Funktionsprinzip der Wärmepumpe läuft hier nur umgekehrt. Der ganze Prozess lässt sich in vier Schritten grob zusammenfassen:

  1. Verdampfer: Der Prozess beginnt im Verdampfer im Inneren des Kühlschranks. Ein Kältemittel, das sich bei niedrigen Temperaturen und niedrigem Druck in einem gasförmigen Zustand befindet, fließt durch die Verdampferrohre. Hierbei nimmt der Stoff Wärme aus dem Innenraum des Kühlschranks auf. Diese Wärmeaufnahme führt dazu, dass das Kältemittel verdampft.
  2. Kompressor: Als Nächstes leitet das System das gasförmige Kältemittel zum Kompressor. Dieser hat zwei Aufgaben: Er saugt das gasförmige Kältemittel an und verdichtet es anschließend. Durch diese Verdichtung erhöht sich der Druck des Kältemittels – und damit auch seine Temperatur.
  3. Kondensator: Das erhitzte Kältemittel strömt nun weiter zum Kondensator außerhalb des Kühlschranks. Dort angekommen, gibt das Kältemittel seine Wärme an die Umgebungsluft ab und kühlt dabei selbst ab. Während dieses Prozesses wechselt das Kältemittel wieder in den flüssigen Zustand.
  4. Expansionsventil: Zum Schluss leitet das System das nun wieder flüssige, aber weiterhin unter hohem Druck stehende Kältemittel durch das Expansionsventil in den Verdampfer. Dabei dehnt sich das Kältemittel aus: Sein Druck und seine Temperatur sinken schlagartig. Danach beginnt der Kreislauf wieder von Neuem.

Prinzip der Wärmepumpe: Die effiziente Technik ist keine neue Erfindung

Während Wärmepumpen in gemäßigten Klimazonen am effektivsten sind, funktionieren Kühlschränke unabhängig von den äußeren Bedingungen gleich gut. Das liegt auch daran, dass sie meist in Innenräumen installiert sind. Obwohl beide Geräte auf ähnlichen Prinzipien basieren, erfüllt jedes Gerät seinen Zweck: die Wärmepumpe zum Heizen und der Kühlschrank zum Kühlen.

Das Kreislauf-System der Thermodynamik arbeitet effizient und allen voran in neuen Geräten sehr sparsam. Daher sehen viele die Wärmepumpe als Hoffnungsträger der Zukunft. Neben einer monotonen Wärmepumpe sind auch Kombinationen möglich – etwa mit einer fossilen Heizung oder mit Photovoltaik.