Wärmepumpe Funktionsweise: Wie arbeitet eine Wärmepumpe wirklich

Eine Wärmepumpe heizt das Haus, ohne selbst Wärme zu erzeugen. Sie holt Energie aus der Umwelt, also aus Luft, Erdreich oder Grundwasser, und hebt sie auf ein nutzbares Temperaturniveau an. Für jede Kilowattstunde Strom liefert sie dabei drei bis fünf Kilowattstunden Wärme. Wie das genau funktioniert und was die einzelnen Bauteile dabei leisten, erklärt dieser Ratgeber.

Was ist eine Wärmepumpe und wie funktioniert sie grundsätzlich?

Eine Wärmepumpe arbeitet nach demselben Prinzip wie ein Kühlschrank, nur in umgekehrter Richtung. Ein Kühlschrank entzieht dem Innenraum Wärme und gibt sie nach außen ab. Eine Wärmepumpe entzieht der Außenwelt Wärme und gibt sie ins Gebäude ab. Die Energiequelle ist dabei die Umgebung: Luft, Erdreich oder Wasser speichern auch bei niedrigen Außentemperaturen nutzbare Wärme.

Das Grundprinzip: Physikalisch gesehen enthält jede Substanz Wärme, solange ihre Temperatur über dem absoluten Nullpunkt (minus 273 °C) liegt. Eine Wärmepumpe macht sich diesen Umstand zunutze und transportiert Wärme von einem niedrigen auf ein höheres Temperaturniveau, mit einem geringen Stromeinsatz als Antrieb.

Wärmepumpe Kreislauf: die vier Schritte des thermodynamischen Prozesses

Der Herzstück der Wärmepumpe ist ein geschlossener Kältemittelkreislauf. Er durchläuft ständig vier Phasen:

1. Verdampfen: Das Kältemittel fließt durch den Verdampfer und nimmt dort Wärme aus der Umwelt auf. Schon bei sehr niedrigen Temperaturen, zum Beispiel minus 10 °C Außenluft, reicht das aus, um das Kältemittel zum Verdampfen zu bringen.
2. Verdichten: Der elektrisch betriebene Kompressor erhöht den Druck des gasförmigen Kältemittels. Dabei steigt seine Temperatur stark an, oft auf 60 bis 80 °C.
3. Verflüssigen: Im Kondensator gibt das heiße Kältemittel seine Wärme an das Heizungswasser ab und kondensiert dabei wieder zu Flüssigkeit.
4. Entspannen: Das Expansionsventil senkt den Druck des flüssigen Kältemittels ab. Die Temperatur fällt wieder, der Kreislauf beginnt von vorn.

Der gesamte Prozess ist geschlossen, das Kältemittel verlässt das System nicht. Den Strom verbraucht allein der Kompressor; alle anderen Bauteile laufen passiv mit.

Was ist das Kältemittel und welche Rolle spielt es?

Das Kältemittel ist die Schlüsselsubstanz im Wärmepumpenkreislauf. Es muss bei niedrigen Temperaturen verdampfen und bei höheren Drücken wieder verflüssigen können. Moderne Wärmepumpen nutzen dafür in der Regel synthetische Kältemittel der Gruppe HFO (z. B. R-410A, R-32, R-290) oder natürliche Kältemittel wie Propan.

Seit 2025 werden im Rahmen der EU-F-Gase-Verordnung Kältemittel mit hohem Treibhauspotenzial (GWP) schrittweise aus dem Markt genommen. Hersteller setzen deshalb zunehmend auf natürliche Kältemittel wie Propan (R-290), das ein deutlich geringeres Klimarisiko hat. Beim Kauf einer Wärmepumpe lohnt es sich, auf den GWP-Wert des Kältemittels zu achten.

Was ist die Jahresarbeitszahl (JAZ) und woran erkennt man eine effiziente Wärmepumpe?

Die Jahresarbeitszahl (JAZ) gibt an, wie viel Wärme eine Wärmepumpe im Jahresdurchschnitt aus einer Kilowattstunde Strom erzeugt. Eine JAZ von 4 bedeutet: Aus 1 kWh Strom werden 4 kWh Wärme.

Entscheidend für eine hohe JAZ ist die Temperaturdifferenz zwischen Wärmequelle und Heizungssystem. Je niedriger die Vorlauftemperatur des Heizsystems (idealerweise 35 °C statt 55 °C), desto effizienter läuft die Wärmepumpe. Deshalb ist eine Flächenheizung wie eine Fußbodenheizung besonders gut geeignet.

Luft-, Erd- und Wasserwärmepumpe: Worin unterscheidet sich die Funktionsweise?

Alle Wärmepumpen arbeiten nach demselben Kreislaufprinzip. Der Unterschied liegt in der Wärmequelle, aus der Energie entnommen wird.

Luftwärmepumpe (Luft-Wasser): Sie entnimmt der Außenluft Wärme und überträgt sie auf das Heizungswasser. Die Installation ist unkompliziert und günstig. Der Nachteil: Bei sehr niedrigen Außentemperaturen sinkt die Effizienz, da die Temperaturdifferenz zum Heizungssystem größer wird. Luft-Wasser-Wärmepumpen machen 2026 rund 95 % des deutschen Marktes aus.

Erdwärmepumpe (Sole-Wasser): Sie nutzt die konstante Temperatur des Erdreichs (ca. 8 bis 12 °C ganzjährig) über horizontale Erdkollektoren oder vertikale Erdsonden. Das macht sie unabhängig von der Außentemperatur und deutlich effizienter als Luftwärmepumpen. Die Investitionskosten für die Tiefenbohrung sind jedoch höher.

Grundwasserwärmepumpe (Wasser-Wasser): Sie entnimmt Wärme aus dem Grundwasser über einen Förderbrunnen und leitet es nach der Wärmeentnahme über einen Schluckbrunnen zurück. Grundwasser hat eine sehr stabile Temperatur von 8 bis 12 °C, was die höchste Effizienz unter allen Typen ermöglicht. Voraussetzung ist ein geeignetes Grundwasservorkommen und eine behördliche Genehmigung.

Wie funktioniert eine Wärmepumpe bei Kälte und Minusgraden?

Ein verbreitetes Missverständnis: Wärmepumpen funktionieren auch bei Frost. Moderne Geräte arbeiten zuverlässig bis zu Außentemperaturen von minus 20 bis minus 25 °C. Bei sehr tiefen Temperaturen sinkt zwar die Effizienz, der Heizbetrieb wird aber nicht unterbrochen.

Bei extremer Kälte schalten viele Anlagen einen integrierten elektrischen Heizstab zu, der als Reserve dient. Dieser sollte jedoch selten laufen. Tut er es häufig, deutet das auf eine zu kleine oder falsch eingestellte Anlage hin. Der Bundesverband Wärmepumpe (BWP) empfiehlt, die Anlagenleistung auf die Heizlast des Gebäudes abzustimmen und nicht zu klein zu dimensionieren.

Wärmepumpe und Warmwasser: Funktioniert das auch?

Ja. Die meisten Luft-Wasser-Wärmepumpen und Erdwärmepumpen können neben der Raumheizung auch die Warmwasserbereitung übernehmen. Dafür wird ein Warmwasserspeicher eingebunden, den die Wärmepumpe einmal täglich auflädt.

Zu beachten: Trinkwasser muss aus hygienischen Gründen regelmäßig auf mindestens 60 °C erhitzt werden, um Legionellen abzutöten. Ältere oder kleinere Wärmepumpen erreichen diese Temperatur nicht alleine, weshalb hier ein Heizstab übernimmt. Hochtemperatur-Wärmepumpen der neuesten Generation schaffen hingegen auch Vorlauftemperaturen von 65 bis 75 °C und können die Warmwasserbereitung vollständig autark abdecken.

Wärmepumpe und Photovoltaik: Wie passen die beiden Systeme zusammen?

Die Kombination aus Wärmepumpe und PV-Anlage ist besonders wirtschaftlich. Die Wärmepumpe läuft am effizientesten, wenn sie tagsüber mit eigenem Solarstrom betrieben wird. Dabei kann überschüssige PV-Energie genutzt werden, um das Gebäude vorzuheizen oder den Warmwasserspeicher aufzuladen, bevor der Netzbezug teuer wird.

Ein intelligentes Energiemanagementsystem (EMS) steuert dabei automatisch, wann die Wärmepumpe läuft und wann sie auf Netzbezug verzichtet. Laut Marktdaten senkt diese Kombination die jährlichen Heizstromkosten um 30 bis 50 % gegenüber dem reinen Netzbezug.

Wärmepumpe installieren lassen: worauf es dabei ankommt

Die Funktionsweise einer Wärmepumpe ist nur so gut wie ihre Planung und Installation. Eine falsch dimensionierte Anlage läuft ineffizient, eine falsch positionierte Luftwärmepumpe kann Nachbarn durch Geräusche belasten. Seit dem 1. Januar 2026 müssen Außenluftgeräte außerdem 10 dB unter dem gesetzlichen Grenzwert der EU-Ökodesign-Verordnung Nr. 813/2013 liegen.

Professionelle Planung und Montage sind daher keine Option, sondern Voraussetzung für eine wirtschaftliche Anlage. Unser Team begleitet Sie von der Heizlastberechnung über die Auswahl des richtigen Systems bis zur fertigen Installation. Informationen zu unseren Wärmepumpen-Dienstleistungen finden Sie auf unserer Seite.