Das Prinzip einer Wärmepumpe ist nicht neu. Schon 1853 hatte der österreichische Wissenschaftler Peter Ritter von Tittinger das Prinzip der Wärmepumpe entdeckt. Doch war die Technik damals noch nicht so ausgereift, um das System marktfähig zu machen. Vor 25 Jahren hatte man dann erneut versucht, die Wärmepumpen in Form von Heizaggregaten auf den Markt zu bringen. Damals jedoch waren die Häuser noch nicht ausreichend Wärme gedämmt und die dazu notwendigen Niedertemperatur-Heizsysteme nicht großartig verbreitet, sodass eine Markteinführung nicht zustande kam. Ein weiteres Problem bestand auch darin, dass man einen enormen Heizleistungsbedarf hatte, und dadurch das Komplettsystem einer Wärmepumpe nicht wirklich rentabel war.
Wichtig bei der Einführung eines innovativen Systems ist der Effekt, Energie zu sparen. Und genau das ist der Sinn und Zweck einer Wärmepumpe. Heutzutage liegt die erforderliche Heizleistung eines modernen und durchschnittlich großen Einfamilienhauses im Winter bei ca. 3 bis 8 kW, je nachdem, ob es sich dabei um ein Energiesparhaus oder ein Niedrigenergiehaus handelt. Die Antriebsleistung einer Wärmepumpe liegt jedoch nur bei ca. zwei bis 0,75 kW. Diese Differenz zwischen genutzter Energie und verbrauchter Energie ist also ein vierfaches. Dieser sogenannte Wirkungsgrad ist dabei so hoch, dass eine Leistungsziffer von 3 bis hin zu 5 erreicht werden kann. Die Leistungsziffer, oder auch COP genannt, was für “Coefficient Of Performance” steht, sagt aus, wie gut das Verhältnis zwischen zugeführter und abgegebener Wärme bzw. Energie ist. Durch den Einsatz von Niedertemperatur-Heizsystemen im modernen Baustil, wie z.B. Wand- oder Fußbodenheizungen erkannte man dabei schnell den Vorteil beim Einsparen von Energie und damit auch Geld.
Die Funktionsweise einer Wärmepumpe ist recht schnell und einfach erklärt. Man benötigt ein Kältemittel, welches nach der Wärmeabgabe in einem Verdampfer ausgedehnt wird und dabei auf eine Temperatur von ca. -5 °C abgekühlt wird. Danach wird das expandierte, dampfförmige Arbeitsmittel dann in ein Rohrsystem geleitet, um daraufhin die Wärme der Umwelt aufzunehmen, um sich auf ca. 2 °C aufzuwärmen. Ein Problem für die Umwelt besteht dabei nicht, da die Sonne die zuvor aufgenommene Wärme in sehr kurzer Zeit wieder kompensieren kann. Mit dieser erreichten Temperatur gelangt das immer noch dampfförmige Mittel in einen elektrisch angetriebenen Kompressor und wird durch verschiedene mechanische Prozesse stark verdichtet. Dadurch wird das Arbeitsmittel von den anfänglichen 2 °C auf bis zu 40 °C erwärmt. Hochmoderne Wärmepumpenanlagen schaffen mittlerweile sogar bis zu 65 °C. Durch diese erreichte Temperatur ist es ohne weiteres möglich, die Wärme des Arbeitsmittels in einem Wärmetauscher an das Heizwasser abzugeben und dieses dabei auf ca. 35 °C aufzuwärmen. Während dieses Prozesses der Wärmeabgabe kondensiert das Kältemittel wiederum unter hohem Druck und wird demzufolge auch wieder flüssig. Anschließend wird das verwendete, nun flüssige Mittel, welches einen extrem niedrigen Siedepunkt hat, wieder expandiert, um es wiederum auf -5 °C abzukühlen. Dadurch schließt sich der Prozess des Systems und der Ablauf beginnt von Neuem.
Wärmepumpen gibt es in verschiedenen Ausführungen. Bei der Luftwasserpumpe wird der Umgebungsluft die Wärme entzogen, wobei bei der Wasserwärmepumpe die Wärme des Grundwassers entzogen wird.
Die Luftwärmepumpe ein, die sich nochmals in zwei verschiedene Segmente unterteilt. Da wäre zum einen die Luft-Wasser-Wärmepumpe, die der Umgebungsluft über einen Wärmeüberträger Wärme entzieht und damit das Heizungswasser erwärmt. Zum anderen gibt es noch die Luft-Luft-Wärmepumpe, welche der Luft die Wärme entzieht und sie einem Luft-Heizungssystem (Lüftung) zuführt. Dazu muss aber im Gebäude eine entsprechende Heizungs- bzw. Lüftungsanlage existieren. Luftwärmepumpen sind günstiger als Wasserwärmepumpen, da Kosten für Erdsondenborungen bzw. Erdwärmekollektoren, in denen die Direktverdampfung des umweltneutralen Kältemittels erfolgen, entfallen. Die Luftwärmepumpen haben aber bei geringer Temperatur weniger Effizienz, doch da die Winter in Europa nicht überwiegend sehr kalt sind, erreicht sie recht brauchbare Werte.
Wasserwärmepumpen unterscheiden sich im Wesentlichen nur wenig von Luftwärmepumpen. Der erste Unterschied liegt in der Bauart des Verdampfers oder auch Wärmetauscher genannt. Dieser wird, anders als bei Luftwärmepumpen, von einem Wasser-Frostschutzgemisch, auch Sole genannt, durchflossen, welches die vom Erdboden, bzw. Grundwasser aufgenommene Wärme an den Verdampfer abgibt. Die Sole zirkuliert dabei meist in Kunststoffrohre, die im Erdboden bis zu 250 m eingebracht sind und sich auf dem Weg durch das Erdreich erwärmen. Interessant ist bei beiden Arten von Wärmepumpen, dass dies theoretisch bis zu einer Temperatur von -273,15 °C geschehen kann, denn erst dann ist der Umwelt jegliche Energie entzogen worden.