So funktioniert eine Wärmepumpe

Spitzenreiter beim Heizen mit erneuerbaren Energien sind Wärmepumpen. Im Neubau sind sie schon seit einiger Zeit die Nummer eins. Und laut der aktuellen Statistik der neu eingebauten Heizungen haben sie im ersten Halbjahr 2025 Gasheizungen überholt. Der überwiegende Anteil sind Luft-Wärmepumpen. Der Anteil erdgekoppelter Anlagen, die die Erdwärme oder die Wärme des Grundwassers nutzen, ist weiter rückläufig.

Agentur für Erneuerbare Energien

Was ist eine Wärmepumpe?

Fotos Wolf (oben), Nibe (unten)

Eine Wärmepumpe ist eine Heizung, die Wärme aus der Luft, dem Erdreich oder Grundwasser nutzt. Weil diese Wärme über die Solarstrahlung immer wieder nachgeliefert wird, handelt es sich dabei um erneuerbare Energie.

Diese Umweltwärme wird in der Wärmepumpe durch Verdichtung und Entspannung auf mindestens 45 Grad gebracht und kann so zum Heizen genutzt werden. Der Kreislauf benötigt Strom als Antriebsenergie. Bei einer sehr effizient arbeitenden Wärmepumpe wird rund 80 Prozent als kostenlose Umweltwärme zugeführt, 20 Prozent der benötigten Energie über extern zugeführten Strom. Je kälter die Außentemperatur, desto mehr Strom ist nötig. Hier erfahren Sie, wie wie hoch der Stromverbrauch von Wärmepumpen ist »

Wird der benötigte Strom dann auch noch mit Sonne, Wind oder Wasser gewonnen, hat man eine rundum grünes Heizsystem, das komplett ohne fossile Brennstoffe auskommt.

Das elektrisch betriebene System einer Wärmepumpe besteht aus Kollektoren, Verdampfer, Verdichter, Kondensator und Expansionsventil. Es handelt sich also nicht um einen Verbrennungsprozess wie bei Öl- und Gaskesseln, sondern um einen thermodynamischen Prozess.

So funktioniert eine Wärmepumpe

Täglich werden Luft, Erdreich und Wasser von der Sonne erwärmt. Eine Wärmepumpe kann diese kostenlose Energie auf effiziente Weise in Heizenergie umwandeln. Hier erfahren Sie, wie das genau abläuft.

Funktionsweise von Wärmepumpen: Aufbau des Heizkreislaufs einfach erklärt

iStock/KangeStudio

1 Kollektoren
Der Kreislauf beginnt damit, dass die Wärmepumpe der Umwelt − also der Luft, dem Grundwasser oder dem Erdreich − Wärmeenergie entzieht. Dazu dienen die Kollektoren einer Wärmepumpe. Durch die Kollektoren zirkuliert eine Kälteträgerflüssigkeit, die nicht gefriert (z.B. Alkohol oder Glykol), und absorbiert die Wärmeenergie aus Boden, Luft oder Wasser. Diese Wärmeenergie wird weiter in den Verdampfer geleitet.

2 Verdampfer
Die lauwarme Wärme bringt das flüssige Kältemittel, das sich im Verdampfer befindet, zum verdampfen (daher der Name). Es verdampft sehr leicht auch bei niedrigen Temperaturen. Es wird also vom flüssigen in den gasförmigen Zustand gebracht. Das Kältemittel fließt in einem ewigen Kreislauf durch die Heizrohre der Wärmepumpe.

3 Verdichter
Der lauwarme Kältemitteldampf ist noch nicht warm genug zum Heizen. Damit sich das Gas weiter erwärmt, strömt es durch die Heizrohre weiter zum Verdichter. Dort wird das Gas verdichtet, also zusammengedrückt (komprimiert). Dafür ist elektrische Energie nötig, die von außen zugeführt wird. Das Gas wird dadurch sehr warm – je nach Bedarf um die 45 bis 55 Grad.

Man kann es sich vorstellen wie bei einer Fahrradluftpumpe: Wenn man beständig pumpt, wird die Luft zusammengepresst und erwärmt sich. Man spürt, dass die Pumpe warm wird.

4 Kondensator
Der komprimierte, heiße Kältemitteldampf strömt weiter in den Kondensator. Hier wird die gewonnenen Heizwärme ans Warmwasser-Heizungsnetz des Hauses übergeben. Der Kondensator ist umschlungen von Heizrohren, durch die das Heizungswasser des Hauses fließt. Der Kondensator erhitzt das Wasser des Heizkreislaufs, das anschließend zum Heizen des Hauses genutzt wird oder im Warmwasserspeicher auf Vorrat gehalten wird.

Da das Heizungsrücklaufwasser, das erwärmt werden soll, kühler ist als der heiße Dampf im Kondensator, kühlt der Kältemitteldampf ab und kondensiert, daher der Name Kondensator.

5 Expansionsventil
Das Kältemittel zirkuliert weiter. Dampf und Kondensattröpfchen gelangen weiter zum Expansionsventil. Hier wird der Flüssigkeitsdruck reduziert. Das Kältemittel hat wieder mehr Platz, entspannt sich und kühlt dadurch weiter ab − das Kältemittel wird wieder flüssig. Von hier aus geht es weiter zum Verdampfer und der Kreislauf beginnt wieder von Neuem.

Wie funktioniert eine Wärmepumpe am besten?

epr/JOCO

Grundsätzlich gilt für die Funktionsweise von Wärmepumpen: Je niedriger die Heiztemperatur, desto effizienter arbeitet die Wärmepumpe. Wärmepumpen funktionieren deshalb am besten mit Fußboden- oder Wandheizungen. Aufgrund ihrer großen Fläche kommen sie mit niedrigen Vorlauftemperaturen aus. Doch auch Heizkörper arbeiten immer häufiger mit niedrigeren Vorlauftemperaturen. Eventuell reicht der Austausch einiger Heizkörper aus, um ein Haus fit für eine Wärmepumpen-Heizung zu machen.

Dazu kommt: Je größer der Temperaturunterschied zwischen der Wärmequelle (also Luft, Wasser oder Erdreich) und der Vorlauftemperatur des Heizungswassers ist, desto mehr Strom braucht die Wärmepumpe als Antriebsenergie. Der Strom muss separat dazu gekauft werden oder kann von der hauseigenen Solarstromanlage stammen. Doch Vorsicht: Gerade im Winter während der Heizperiode fällt die Solarernte geringer aus. Ein gewisser Stromanteil muss in der Regel zugekauft werden. Im Sommer dagegen reicht der Strom einer Photovoltaikanlage aus, um über die Wärmepumpe das Warmwasser für den Haushalt zu erzeugen.

Wer konsequent ökologisch heizen will, sollte die Wärmepumpe deshalb mit Solarstrom vom eigenen Dach betreiben. Hier haben wir erklärt, wie das funktioniert: Wärmepumpe mit Solarstrom betreiben »

Am effizientesten sind also Wärmequellen, die ganzjährig möglichst hohe, konstante Temperaturen aufweisen. Und das sind Grundwasser und Erdwärme: Im Untergrund sinkt die Temperatur kaum unter 10 Grad Celsius. Luft-Wärmepumpen sind zwar günstiger in der Anschaffung, müssen aber im Winter auch mit Minusgraden zurechtkommen.

Wann lohnt sich eine Wärmepumpe?

Daikin

Eine Wärmepumpe lohnt sich aufgrund der niedrigen Heiztemperaturen am besten für gut gedämmte Gebäude mit ausreichend großen Wärmeverteilflächen. Für diese Gebäude ist das Heizen mit einer (gut geplanten) Wärmepumpe auch deutlich preisgünstiger als das Heizen mit fossilen Energieträgern.

Beim Heizungstausch ist eine gute Planung wichtig. Hier zeigt sich, welche flankierenden Maßnahmen ergriffen werden sollten, um einen effizienten Wärmepumpenbetrieb zu gewährleisten. Das können einzelne Dämmmaßnahmen sein oder eben der Austausch von Heizkörpern.

Diese Voraussetzungen sollten erfüllt sein, damit sich eine Wärmepumpe im Altbau lohnt

Optimale Voraussetzungen, um eine Wärmepumpe in älteren Häusern wirtschaftlich zu betreiben, sind

1. eine gute Wärmedämmung des Gebäudes und
2. eine bereits vorhandene Fußboden- oder Wandheizung. Es ist aber auch möglich, eine Wärmepumpe ohne Fußbodenheizung zu betreiben.

Hier erfahren Sie, was die Voraussetzungen für das Nachrüsten einer Wärmepumpe im Altbau sind und ob Sie Ihre vorhandenen Heizkörper für eine Wärmepumpe weiternutzen können. Zu unserem Artikel: Wärmepumpe im Altbau nachrüsten »

Wie effizient arbeiten Wärmepumpen?

epr/Bundesverband Wärmepumpe

Grundsätzlich gilt für die Funktionsweise von Wärmepumpen: Man benötigt etwa 1 kWh Strom, um daraus mit einer sehr gut arbeitenden Wärmepumpe etwa 4−6 kWh Wärme zu generieren. Das Mengenverhältnis zwischen eingesetztem Strom und gewonnener Energie entscheidet über Wohl und Wehe der Wärmepumpe.

Die Effektivität von Wärmepumpen wird als COP-Wert (Leistungszahl) wiedergegeben. Sie beschreibt das Verhältnis von Stromeinsatz und Nutzenergie und berechnet sich aus der erzeugten Wärmeenergie, geteilt durch die aufgewendete elektrische Energie. Als Mindestmaß für den effizienten Betrieb gelten:

• 4,0 bei Erdwärmepumpen
• 3,5 bei Luft-Wärmepumpen

Das heißt, aus einer Einheit Strom wird das 4- bzw. 3,5-fache an Nutzenergie gewonnen.

Bohrarbeiten: Bürokratie und Kosten einkalkulieren

Nach dem Wasserhaushaltsgesetz und den Landesvorschriften muss für Erdsonden- und Grundwasserbohrungen die Zustimmung der Behörde vorliegen. Je nach Bundesland und Untergrund ist eventuell ein Genehmigungsverfahren nötig. Für Erdwärme-Flächenkollektoren genügt in der Regel die Anzeige bei der Behörde. Rechnen Sie für Erdsonden- und Grundwasserbohrungen (bis 10 m Tiefe) mit Kosten von je rund 10.000 Euro.

Für Erdwärme-Flächenkollektoren fallen Kosten von rund 5.000 Euro an, allerdings brauchen Sie hier eine genügend große Grundstücksfläche und sind hier außerdem eingeschränkter in Ihrer Gartengestaltung (keine Tiefwurzler).

Beim Bundesverband WärmePumpe (BWP) e.V. finden Sie Infos zur Technik und Fachbetriebe in Ihrer Nähe: www.waermepumpe.de »