Wärmepumpe Funktionsweise: Prinzip & Aufbau einfach erklärt

Wie eine Wärmepumpe funktioniert

Eine Wärmepumpe entzieht der Umgebung kostenlose Wärme aus Luft, Erdreich oder Grundwasser und hebt sie über einen Kältemittelkreislauf auf ein Temperaturniveau, mit dem sich heizen lässt. Rund drei Viertel der erzeugten Heizenergie stammen aus der Umwelt, nur etwa ein Viertel ist Strom. Das Prinzip kennen Sie aus der Küche: Ein Kühlschrank macht genau dasselbe, nur in die andere Richtung.

Dass das Konzept in Deutschland angekommen ist, zeigen die Marktzahlen. 2025 wurden 299.000 wassergeführte Heizungswärmepumpen verkauft, nach rund 193.000 im Jahr 2024.

Das Prinzip: warum ein Kältemittel Wärme transportiert

Eine Wärmepumpe ist eine thermodynamische Maschine. Sie verbrennt keinen Brennstoff, sondern transportiert vorhandene Wärme dorthin, wo sie gebraucht wird. Das physikalische Prinzip dahinter beschrieb Carl von Linde bereits 1873, neu ist daran nichts.

Möglich wird der Transport durch ein Kältemittel mit sehr niedrigem Siedepunkt. Schon bei Minusgraden nimmt es Umgebungswärme auf und verdampft. Dieser Dampf wird anschließend verdichtet, und Druck erhöht Temperatur. So entstehen am Ende die 35 bis 55 Grad, die das Heizsystem braucht.

Physikalisch gesprochen pumpt die Anlage Wärme entgegen dem natürlichen Gefälle, vom Kälteren zum Wärmeren. Genau dafür braucht sie elektrischen Antrieb. Wer tiefer einsteigen möchte: Das Verfahren orientiert sich am Carnot-Prozess, dem theoretischen Effizienzmaximum für Wärmekraftmaschinen.

Der Kältekreisprozess in vier Schritten

Der Kältekreis ist das Herzstück jeder Wärmepumpe. Das Kältemittel durchläuft vier Phasen, nimmt dabei Umweltwärme auf und gibt sie auf höherem Temperaturniveau ans Heizsystem ab.

Schritt 1: Verdampfen, Umweltwärme wird aufgenommen

Im Verdampfer nimmt das flüssige Kältemittel schon bei sehr niedrigen Temperaturen Wärme aus der Umgebung auf, je nach Kältemittel ab etwa minus 20 °C, und verdampft vollständig. Es verlässt den Verdampfer als Gas mit einem Druck von rund 3 bis 6 bar.

Schritt 2: Verdichten, der Kompressor erhöht die Temperatur

Das Gas gelangt in den Verdichter, auch Kompressor genannt, und wird dort auf etwa 15 bis 30 bar komprimiert. Der Druck steigt, die Temperatur steigt mit: 60 bis über 80 °C sind das Ergebnis, genug, um ein Heizsystem zu versorgen.

Schritt 3: Verflüssigen, Wärme geht ans Heizsystem

Im Verflüssiger, auch Kondensator genannt, gibt das heiße Kältemittelgas seine Wärme an den Heizkreislauf ab. Es kühlt ab und wird wieder flüssig. Die Verbraucherzentrale beschreibt diesen Wärmetausch als zentralen Effizienzpunkt: Je niedriger die Vorlauftemperatur, etwa 35 °C bei einer Fußbodenheizung, desto weniger Arbeit muss der Kompressor leisten.

Schritt 4: Entspannen, Druckabbau am Expansionsventil

Am Expansionsventil fällt der Druck schlagartig auf den Ausgangswert, die Temperatur sinkt entsprechend. Das Kältemittel ist wieder kalt und flüssig und bereit, erneut Umweltwärme aufzunehmen. Der Kreislauf beginnt von vorn.

Aufbau: die vier zentralen Bauteile

Vier Bauteile bilden den Kern jeder Wärmepumpe. Sie arbeiten im geschlossenen Kältekreis zusammen und transportieren Wärme von außen ins Haus.

Der Verdampfer ist meist ein Lamellenwärmetauscher aus Aluminium, groß genug, um viel Umgebungsenergie aufzunehmen. Das Kältemittel, heute oft R290 (Propan) oder R32, siedet darin schon bei niedrigen Außentemperaturen.

Der Verdichter ist das eigentliche Herzstück. Moderne Geräte nutzen Inverter-Technologie: Der Motor läuft nicht mit fester Drehzahl, sondern regelt seine Leistung stufenlos nach Bedarf. Das verhindert das schädliche Takten, das Effizienz und Lebensdauer kostet.

Im Verflüssiger überträgt das heiße Kältemittel seine Energie ans Heizwasser. Danach durchläuft es das Expansionsventil, der Druck fällt, die Temperatur fällt, der Kreislauf beginnt von vorn.

Zwei Systemkomponenten werden in der Praxis regelmäßig unterschätzt. Ein Pufferspeicher glättet Lastschwankungen und schützt den Verdichter vor Kurzzyklen. Und der hydraulische Abgleich ist kein Häkchen im Angebot, sondern die Voraussetzung dafür, dass die Vorlauftemperatur überhaupt niedrig bleiben kann. Fehlt er, muss die Vorlauftemperatur so weit hochgedreht werden, bis auch der letzte Heizkörper im Obergeschoss warm wird. Jedes dieser Grad zahlen Sie über die gesamte Lebensdauer mit. Die Faustregel aus unseren Anlagen: Jedes Grad weniger Vorlauf bringt rund 2,5 Prozent Effizienz.

Die Bauarten im Vergleich: Luft, Erdreich, Grundwasser

Wärmepumpen unterscheiden sich vor allem durch ihre Wärmequelle. Das wirkt sich direkt auf Effizienz, Installationsaufwand und Kosten aus.

Luft-Wasser-Wärmepumpe

Die Luft-Wasser-Wärmepumpe zieht Wärme aus der Außenluft und gibt sie über das Heizwasser ans Gebäude ab. Sie ist mit Abstand der meistverkaufte Typ, denn Bohrung und Grabung entfallen. Der Nachteil: Mit sinkenden Außentemperaturen sinkt die Effizienz. Realistische Werte aus unseren Anlagen: eine JAZ von 3,5 bis 4,5 mit Fußbodenheizung und rund 35 °C Vorlauf, aber nur 2,5 bis 3,0, wenn alte Heizkörper 55 °C verlangen.

Sole-Wasser-Wärmepumpe (Erdwärme)

Erdwärmepumpen nutzen die konstante Temperatur des Erdreichs, entweder über einen Erdkollektor (flach verlegte Rohre in etwa 1,5 m Tiefe, große Grundstücksfläche nötig) oder eine Erdsonde (Bohrung 50 bis 150 m tief, geringer Flächenbedarf). Die gleichmäßige Quelltemperatur macht den Betrieb stabiler, eine JAZ von 4,0 bis 5,0 ist realistisch. Die Bohrung schlägt sich allerdings in den Investitionskosten nieder.

Wasser-Wasser-Wärmepumpe

Diese Variante fördert Grundwasser über einen Saugbrunnen, entzieht ihm Wärme und leitet es über einen Schluckbrunnen zurück. Grundwasser liegt ganzjährig bei rund 10 °C, das sind ideale Bedingungen für hohe Effizienz. Voraussetzung sind ausreichende Wasserqualität und eine behördliche Genehmigung.

Brauchwasser-Wärmepumpe

Eine Brauchwasser-Wärmepumpe bereitet ausschließlich Warmwasser, sie heizt keine Räume. Sie entzieht der Raumluft, etwa im Keller, Wärme und lädt damit den Warmwasserspeicher. Das ist effizient, kühlt den Aufstellraum aber spürbar ab.

Vergleich auf einen Blick

Monoblock oder Split: welche Bauweise passt?

Bei der Monoblock-Wärmepumpe steckt der gesamte Kältekreis in einer einzigen Außeneinheit, ins Haus führen nur Wasserrohre. Bei der Split-Anlage ist der Kreis aufgeteilt: Verdampfer draußen, Verflüssiger drinnen, verbunden durch Kältemittelleitungen.

Für die meisten Einfamilienhäuser ist die Monoblock-Bauweise die pragmatische Wahl: weniger Installationsaufwand, kein Kälteschein, überschaubare Kosten. Die Split-Variante lohnt sich dort, wo lange Kältemittelleitungen ohnehin unvermeidbar sind oder die Platzverhältnisse es verlangen.

Effizienz verstehen: COP, SCOP und JAZ

Drei Kennzahlen beschreiben die Effizienz einer Wärmepumpe, aber sie messen sehr Unterschiedliches. Wer sie verwechselt, vergleicht Äpfel mit Birnen.

Der COP (Coefficient of Performance) ist ein Momentanwert: Wie viel Wärme liefert die Anlage pro eingesetzter Kilowattstunde Strom, gemessen im Labor unter Normbedingungen nach EN 14511? Ein COP von 4 bedeutet, dass aus 1 kWh Strom 4 kWh Wärme werden. Für die Kaufentscheidung taugt der Wert wenig, denn die realen Betriebsbedingungen weichen immer ab.

Der SCOP (Seasonal COP) weitet diesen Blick rechnerisch auf eine ganze Heizperiode aus, geregelt in EN 14825.

Die JAZ (Jahresarbeitszahl) ist die einzige Kennzahl aus dem echten Betrieb: Gesamtwärme geteilt durch Gesamtstromverbrauch über zwölf Monate. Laut Verbraucherzentrale gilt eine JAZ ab 3 als wirtschaftlich, ab 4 als sehr gut.

Ein Punkt, den viele Auslegungen schönrechnen: das Warmwasser. Für den Legionellenschutz braucht der Speicher 55 bis 60 °C, das ist der größte Temperaturhub, den die Anlage überhaupt fährt, im Sommer wie im Winter. Wer Warmwasser in der Auslegung unterschlägt, hebt die JAZ nur auf dem Papier.

Wärmepumpe im Winter: funktioniert das wirklich?

Ja, moderne Luft-Wasser-Wärmepumpen arbeiten bis etwa minus 20 °C. Der Wirkungsgrad sinkt mit fallender Außentemperatur, weil der Temperaturunterschied zwischen Quelle und Heizkreis größer wird.

Aus der Praxis: Der nasskalte November ist für die Anlage oft schwieriger als klarer Frost. Zwischen etwa plus 5 und minus 5 °C schlägt sich Luftfeuchtigkeit auf den Lamellen des Verdampfers nieder und gefriert. Die Anlage kehrt dann kurz ihren Kreislauf um und taut sich selbst ab. Bei minus 12 °C und trockener Luft läuft dieselbe Anlage oft ruhiger als bei plus 2 °C und Nieselregen. Kunden erleben das als Widerspruch und rufen an.

Bei sehr tiefen Temperaturen unterstützt ein elektrischer Heizstab, das nennt sich bivalenter Betrieb. Im monovalenten Betrieb deckt die Wärmepumpe die gesamte Heizlast allein ab.

Sole-Wasser- und Wasser-Wasser-Wärmepumpen sind hier klar im Vorteil: Erdreich und Grundwasser liefern ganzjährig konstante Quelltemperaturen, der Wirkungsgrad bleibt stabil.

Ein Detail, das an fremd gebauten Anlagen häufig für Ärger sorgt, ist das Kondensat. Eine Außeneinheit produziert im Winterbetrieb literweise Kondenswasser. Ohne frostfreie Ableitung und Kiesbett steht im Januar eine Eisplatte vor dem Gerät. Genauso entscheidet der Aufstellort über die Leistung: Eine Außeneinheit in einer Nische oder Hausecke saugt ihre eigene, bereits abgekühlte Ausblasluft wieder an. Diesen Luftkurzschluss sucht später niemand mehr in der Anlage.

Kühlen im Sommer: die Wärmepumpe als Klimaanlage

Viele Wärmepumpen können den Kältekreis umkehren und im Sommer kühlen, allerdings mit anderen Grenzen als eine dedizierte Klimaanlage.

Bei der aktiven Kühlung dreht der Verdichter den Kreislauf um: Wärme wird aus dem Gebäude abgeführt und nach außen abgegeben. Voraussetzung ist eine Anlage, die dafür ausgelegt ist.

Bei der passiven Kühlung, die nur bei Sole- und Wasser-Wasser-Wärmepumpen möglich ist, bleibt der Verdichter aus. Erdreich und Grundwasser sind im Sommer kühler als die Raumtemperatur, die Kälte fließt direkt über einen Wärmetauscher ins Heizsystem. Der Stromverbrauch ist minimal, die Effizienz hoch.

Fußbodenheizungen eignen sich als Kühlfläche, weil sie großflächig arbeiten. An echten Hitzetagen ersetzen sie aber keine Klimaanlage, sie dämpfen die Raumtemperatur, mehr nicht. Wie wir Kühlung und Lüftung planen, sehen Sie unter Klima und Lüftung.

Vor- und Nachteile im Überblick

Wärmepumpen überzeugen durch niedrige Betriebskosten und klimaschonendes Heizen. Sie stellen aber klare Anforderungen an Gebäude und Budget.

Entscheidend ist und bleibt die Vorlauftemperatur: Je niedriger, desto effizienter. Eine Fußbodenheizung mit 35 °C Vorlauf ist ideal. Alte Heizkörper mit 55 °C oder mehr drücken die Jahresarbeitszahl spürbar nach unten. Das gehört vor die Entscheidung, nicht danach.

Noch ein Praxishinweis, weil er in kaum einem Angebot auftaucht: Ein falsch eingebundener Trennspeicher mischt Vorlauf und Rücklauf, hebt die Rücklauftemperatur an und lässt die Anlage dauerhaft gegen ihr eigenes Wasser arbeiten. In den meisten Einfamilienhäusern ist ein Reihenpuffer im Rücklauf die bessere Lösung.

Was bei Stromausfall passiert

Bei einem Stromausfall steht die Wärmepumpe sofort still, denn Verdichter und Steuerung brauchen Strom.

Ein gut dimensionierter Pufferspeicher überbrückt kurze Unterbrechungen von einer bis wenigen Stunden, weil das gespeicherte Heizwasser weiter Wärme abgibt. Bei längerem Ausfall hilft nur eine Notstromlösung: eine Photovoltaikanlage mit Batteriespeicher oder ein Notstromaggregat. Beides lässt sich nachrüsten, günstig ist es nicht. Deshalb gehört die Frage in die Planung und nicht in den nächsten Winter.

Worauf es beim Einbau ankommt

Die Technik im Kältekreis ist bei allen Herstellern vergleichbar. Der Unterschied zwischen einer Anlage mit JAZ 4,2 und einer mit JAZ 2,8 entsteht nicht im Gerät, sondern davor: bei der Heizlastberechnung nach DIN EN 12831, beim hydraulischen Abgleich, beim Aufstellort der Außeneinheit und bei der Frage, ob das Warmwasser ehrlich eingerechnet wurde.

Was eine solche Anlage kostet und wie viel Förderung realistisch übrig bleibt, haben wir in einem eigenen Artikel mit offenen Zahlen aufgeschlüsselt: Lohnt sich der Umstieg auf eine Wärmepumpe?

Wenn Sie wissen möchten, welche Bauart zu Ihrem Gebäude passt, rechnen wir Ihnen das durch, bevor irgendetwas bestellt wird. Einen Überblick über unsere Arbeit finden Sie unter Heizung und Wärmepumpe.