Wie funktioniert eine Wärmepumpe?

gesagt: Eine Wärmepumpe ist ein Heizsystem, das Wärme aus der Umwelt (Luft, Erde oder Wasser) gewinnt, sie auf ein nutzbares Temperaturniveau bringt und damit effizient und emissionsfrei für Heizung und Warmwasser sorgt. Durch ihre Umweltfreundlichkeit und ihre hohe Effizienz wird die Wärmepumpe aktuell staatlich gefördert.

Die Wärmepumpe ist im Grunde nichts anderes als eine umgekehrte Kältemaschine. Statt zu kühlen, wie im Kühlschrank, holt sie Wärme ins Haus – aus der Luft, dem Grundwasser oder der Erde.

Marion Kirchner, Installateur- und Heizungsbaumeisterin; Vertriebsleiterin alpha innotec Bayern

Ein Stück Technikgeschichte steckt auch drin: Bereits 1873 baute der Ingenieur Carl von Linde – geboren unweit vom alpha innotec Standort in Kasendorf – den ersten funktionierenden Kältekreislauf. Seine Erfindung legte den Grundstein für Kühlsysteme und heutige Wärmepumpentechnik.

Im Kern bestehen Wärmepumpen aus vier zentralen Bausteinen: Verdampfer, Verdichter (Kompressor), Verflüssiger (Kondensator) und Expansionsventil. Diese Komponenten bilden gemeinsam den sogenannten Kältekreis, mit dem Wärme aus der Umwelt aufgenommen und im Haus nutzbar gemacht wird.

Die vier Hauptkomponenten im Überblick:

• Verdampfer: Nimmt Umweltwärme (z. B. aus Luft oder Erde) auf und verdampft das Kältemittel.
• Verdichter: Komprimiert das verdampfte Kältemittel – die Temperatur steigt dabei deutlich an.
• Verflüssiger: Gibt die Wärme an das Heizsystem ab, das Kältemittel verflüssigt sich wieder.
• Expansionsventil: Senkt den Druck des Kältemittels – der Kreislauf beginnt von vorn.

Monoblock oder Split – was ist der Unterschied?

Ein Monoblock enthält alle Bauteile der Wärmepumpe in einem kompakten Gerät, meist außen installiert.

Ein Split-Gerät teilt die Technik auf: Außen sitzt der Verdampfer, innen Verdichter & Verflüssiger.

Kurz erklärt: Eine Wärmepumpe nutzt Strom, um kostenlose Umweltwärme aus Luft, Erdreich oder Grundwasser auf ein nutzbares Temperaturniveau anzuheben. Sie funktioniert nach dem Prinzip eines Kältemittelkreislaufs, der über vier zentrale Bauteile realisiert wird: Verdampfer, Verdichter, Verflüssiger und Expansionsventil.

Der Effekt beruht u. a. auf dem Joule-Thomson-Effekt: Bei Kompression steigt die Temperatur, bei Entspannung sinkt sie. Deshalb kann eine Wärmepumpe auch im Winter effizient heizen.

Funktionsprinzip: Der Wärmepumpen-Kreislauf in 4 Schritten:

• Wärme aufnehmen (Verdampfer):
  Im ersten Schritt strömt ein spezielles Kältemittel durch den Verdampfer. Da es bereits bei sehr niedrigen Temperaturen verdampft, nimmt es selbst aus kalter Außenluft, dem Erdreich oder dem Grundwasser Wärme auf. Diese Umweltwärme bringt das flüssige Kältemittel zum Verdampfen und es wird gasförmig.
  
  
• Wärme „hochpumpen“ (Verdichter):
  Das gasförmige Kältemittel gelangt nun in den Verdichter (auch Kompressor genannt). Dort wird es unter hohem Druck stark komprimiert. Durch die Verdichtung steigt die Temperatur des Gases deutlich an. Das ist die Phase, in der die Wärme auf ein höheres, heizbares Niveau „gepumpt“ wird.
  
  
• Wärme abgeben (Verflüssiger):
  Im Verflüssiger (Kondensator) wird die gespeicherte Wärmeenergie an das Heizsystem im Haus abgegeben, etwa an Heizkörper oder eine Fußbodenheizung. Dabei kühlt das Kältemittel ab und verflüssigt sich wieder.
  
  
• Druck abbauen (Expansionsventil):
  Zum Schluss fließt das flüssige Kältemittel durch das Expansionsventil. Dort wird es entspannt, was zu einem Druck- und Temperaturrückgang führt. Anschließend beginnt der Kreislauf wieder von vorn.

Eine Luftwärmepumpe entzieht der Außenluft Wärme und wandelt sie mithilfe eines Kältekreislaufs in Energie zum Beheizen um. Dafür saugt ein Ventilator die Umgebungsluft an, die enthaltene Wärme wird an ein Kältemittel übertragen. Dieses verdampft, wird im Verdichter komprimiert und anschließend im Heizsystem für Raumwärme oder Warmwasser genutzt.

Die meisten Luft-Wasser-Wärmepumpen bestehen aus einem Außengerät (bei Split-Bauweise) oder einer kompakten Monoblock-Einheit, die außen oder innen aufgestellt werden kann. Selbst bei Außentemperaturen unter null Grad arbeiten moderne Geräte noch effizient, insbesondere in gut gedämmten Gebäuden oder in Regionen mit mildem Klima.

Mehr zur Funktionsweise der Luft-Wasser-Wärmepumpe

Sole-Wasser-Wärmepumpen, auch Erdwärmepumpen genannt, ziehen Erdwärme aus dem Untergrund und nutzen diese als Wärmequelle zur Beheizung. Aufgenommen wird die Wärme über Erdkollektoren oder Erdsonden und mithilfe einer frostgeschützten Soleflüssigkeit (Wasser-Glykol-Gemisch) an die Wärmepumpe im Haus geleitet. Dort durchläuft die Energie den klassischen Kältekreislauf und wird für Heizkörper oder Fußbodenheizung nutzbar gemacht.

Dank der ganzjährig konstanten Temperaturen im Erdreich (rund 8–12 °C) arbeiten Erdwärmepumpen besonders effizient, leise und langlebig.

Technische Varianten:

• Erdkollektoren: Flächenverlegung in 1,2–1,5 m Tiefe
• Erdsonden: Vertikale Bohrungen bis zu 100 m Tiefe
• Erdkörbe / Ringgrabenkollektoren: Alternative bei wenig Platz

Tipp: Der Einbau einer Erdwärmepumpe ist genehmigungspflichtig und erfordert eine sorgfältige Planung. Eine Beratung durch einen entsprechenden Fachbetrieb ist hier unbedingt nötig.

Mehr zur Funktionsweise der Sole-Wasser-Wärmepumpe

Funktioniert die Wärmepumpe auch im Winter? Ja, moderne Wärmepumpen sind so konzipiert, dass sie selbst bei Außentemperaturen von bis zu -20 °C effizient arbeiten. Entscheidend ist dabei die verwendete Technik und die Gesamtanlagenauslegung.

Funktionsweise einer Wärmepumpe im Winter:

• Wärmepumpen nutzen Umweltwärme, die auch bei Minusgraden vorhanden ist. Luft enthält selbst bei -10 °C noch thermische Energie.
• Moderne Kältemittel wie Propan (R290) haben extrem niedrige Siedepunkte (ca. -42 °C) und ermöglichen damit die Wärmegewinnung auch in sehr kalten Wintern.
• Invertertechnologie sorgt dafür, dass die Wärmepumpe ihre Leistung flexibel anpasst und effizient im Teillastbereich arbeitet – das spart Energie und reduziert den Stromverbrauch.
• Geräte wie die Hybrox Luft/Wasser-Wärmepumpe von alpha innotec schaffen Vorlauftemperaturen bis 78 °C – selbst bei -22 °C ohne Heizstab.

Was muss im Winter beachtet werden?

• Dämmung ist entscheidend: Je besser das Haus gedämmt ist, desto niedriger bleibt die benötigte Heizleistung – und damit die Vorlauftemperatur.
• Niedrige Vorlauftemperatur (unter 55 °C) erhöht die Effizienz deutlich.
• Hydraulischer Abgleich und korrekt dimensionierte Heizkörper (z. B. Niedertemperaturheizkörper) helfen, auch bei Kälte wirtschaftlich zu heizen.
• Eisbildung am Außengerät: Kein Problem – gute Geräte besitzen eine automatische Abtau-Funktion.

Ja, eine moderne Wärmepumpe kann nicht nur heizen, sondern Räume auch angenehm kühlen. Dabei wird das Prinzip der Wärmeübertragung einfach umgekehrt: Anstatt Wärme aus einer Energiequelle der Umwelt wie Luft oder Erde ins Haus zu leiten, wird sie aus dem Haus nach außen transportiert.

Im Betrieb einer Wärmepumpe zur Kühlung nutzt das System wahlweise eine aktive oder passive Technik:

• Passive Kühlung (meist bei Sole/Wasser-Wärmepumpen): Hier wird die niedrigere Temperatur des Erdreichs über eine zirkulierende Flüssigkeit (Sole) direkt auf das Heiz- bzw. Kühlsystem im Haus übertragen - ganz ohne zusätzliche Energie für den Kompressor.
• Aktive Kühlung (meist bei Luft/Wasser-Wärmepumpen): Die Funktion der Wärmepumpe wird umgekehrt, ähnlich wie bei einem Kühlschrank. Der Kompressor läuft elektrisch und pumpt die Wärme aus dem Haus nach draußen.

Vergleich: Wärmepumpen vs. Klimaanlage

Die Wärmepumpe arbeitet nach einem einfachen, aber genialen Prinzip: Sie nutzt erneuerbare Energien, um dein Zuhause zuverlässig zu heizen und bei Bedarf auch zu kühlen. Dank effizientem Wärmetauscher, moderner Technik und der cleveren Nutzung natürlicher Wärmequellen ist sie eine zukunftssichere Lösung.