Eine Wärmepumpe ist ein Gerät, das Wärme von einer Quelle mit niedrigerer Temperatur auf eine höhere Temperatur überträgt. Sie nutzt dazu das Prinzip des Wärmeflusses von einem Bereich mit niedrigerer Temperatur zu einem Bereich mit höherer Temperatur mithilfe von Arbeit.

Die Funktionsweise einer Wärmepumpe kann in folgenden Schritten zusammengefasst werden:

1. Verdampfung: Die Wärmepumpe enthält ein Kältemittel, das bereits bei niedrigeren Temperaturen verdampfen kann. Das Kältemittel wird in einem Verdampfer durchgeführt, der mit der zu beheizenden Quelle (wie z.B. der Erde, der Luft oder dem Grundwasser) in Kontakt steht. Die Wärmeenergie aus der Quelle wird vom Kältemittel aufgenommen, wodurch es verdampft.
2. Kompression: Das verdampfte Kältemittel wird von einem Verdichter oder einer Kompressoreinheit angesaugt und komprimiert. Dadurch steigt der Druck und die Temperatur des Kältemittels deutlich an.
3. Kondensation: Das hoch komprimierte Kältemittel mit hoher Temperatur wird in einem Kondensator durchgeführt, der mit dem Heizsystem (wie z.B. Heizkörpern oder einer Fußbodenheizung) verbunden ist. Dort gibt das Kältemittel seine Wärmeenergie ab und kondensiert, wodurch es wieder flüssig wird.
4. Expansion: Das nun flüssige Kältemittel durchläuft ein Expansionsventil, das den Druck und die Temperatur des Kältemittels senkt. Dadurch wird es wieder in den Verdampfer zurückgeführt, um den Zyklus von vorne zu beginnen.

Während des Kreislaufs entzieht die Wärmepumpe der Quelle Wärmeenergie und gibt sie an das zu beheizende System ab. Die Effizienz einer Wärmepumpe wird oft als Coefficient of Performance (COP) angegeben, der das Verhältnis von abgegebener Heizleistung zur aufgenommenen elektrischen Leistung darstellt. Durch den Einsatz von Arbeit (elektrischer Energie) kann eine Wärmepumpe mehr Wärmeenergie liefern, als sie an elektrischer Energie aufnimmt.

Wärmepumpen werden häufig zur Heizung von Gebäuden eingesetzt, da sie effizienter sind als herkömmliche Heizsysteme wie Öl- oder Gasheizungen. Sie nutzen erneuerbare Energiequellen wie die Umgebungsluft, das Erdreich oder das Grundwasser und können sowohl zum Heizen als auch zum Kühlen verwendet werden.