Wärmekraftmaschinen und Wärmepumpen sind zwar ähnlich aufgebaut, unterscheiden sich aber in einem wichtigen Punkt: Während die einen Wärme hoher Temperatur in Arbeit umwandeln, sollen die anderen Wärme niedriger Temperatur unter Einsatz von Arbeit in solche von höherer Temperatur überführen. Dabei unterscheidet man zwei Bauarten von Wärmepumpen: Kompressions- und Absorptionswärmepumpen. Das Arbeitsmedium von Wärmepumpen sind leicht siedende Flüssigkeiten.
Im Heizbetrieb funktionieren Kompressionswärmepumpen wie folgt: Der Verdampfer nimmt Wärme niedriger Temperatur auf, etwa aus dem Boden oder Grundwasser. Schon 10 °C genügen, das Kältemittel verdampfen zu lassen. Der Kompressor verdichtet und erhitzt den Dampf. Ein Kondensor dient als Wärmetauscher mit dem Heizkreislauf. Hier verflüssigt sich der Dampf und die freigesetzte Kondensationswärme geht auf den Heizkreislauf über. Die Temperatur liegt hierbei über der im Verdampfer. Danach entspannt ein Ventil den Druck, die Arbeitsflüssigkeit kühlt ab und fließt in den Verdampfer zurück. In der Nutzung des Kompressorprinzips ist die Wärmepumpe mit dem Kühlschrank verwandt. Wird unter Nutzung dieses Prinzips ein Temperaturniveau nicht aufgeheizt, sondern abgekühlt, so spricht man von Kältemaschinen.
Absorptionswärmepumpen haben anstelle eines mechanischen einen thermischen Verdichter. In ihm zirkuliert zwischen Absorber und Austreiber ein Lösungmittel, von einer Lösungsmittelpumpe umgepumpt. Der Arbeitsmitteldampf wird dadurch verdichtet, dass er im Absorber bei niedrigem Druck von dem Lösungsmittel absorbiert und im Austreiber (Kocher) bei hohem Druck unter Wärmezufuhr aus der reichen Lösung wieder ausgetrieben wird. Ansonsten arbeiten Absorptions- und Kompressionswärmepumpen gleich.
Die Wahl der Wärmequelle ist von entscheidender Bedeutung, denn die Energieausbeute ist umso besser, je weniger sich die Temperaturen im Verdampfer und Kondensor unterscheiden, da dann weniger Energie zugeführt werden muss. Daher arbeitet eine Wärmepumpe im Sommer effektiver als im Winter. Für hohe Wirkungsgrade ist es zudem günstig, die Vorlauftemperatur im Heizkreis möglichst niedrig zu halten. Wird in unseren Breiten Außenluft als Wärmequelle verwendet, braucht man eine zusätzliche Heizung. Die Außenluft ist zwar problemlos verfügbar, doch ihre großen Temperaturschwankungen im Tages- und Jahreslauf sind sehr ungünstig. Meist wird der Luft in großflächigen Wärmetauschern durch Abkühlen Wärme entzogen und dabei das Treibmittel der Wärmepumpe verdampft. Eine sehr viel günstigere Wärmequelle ist das Erdreich als Speicher von Sonnenenergie. Temperaturschwankungen sind hier schon in einigen Meter Tiefe kaum noch bemerkbar. Die Erdwärme sollte zumindest in der frostfreien Zone entnommen werden. Auch Grundwasser ist eine gute Wärmequelle. In 10 m Tiefe liegt die Temperatur konstant bei etwa 10 °C. Über einen Förderbrunnen kommt es in den Kondensor, gibt dort Wärme ab und fließt durch einen Schluckbrunnen ins Grundwasser zurück. Auch Oberflächenwasser ist als Wärmequelle nutzbar.
Dass Wärmepumpen eine gute Alternative zum Heizen sind steht außer Frage, ein allgemein gültiges Wundermittel sind sie aber dennoch nicht! Die Verlockung ohne Kosten zu heizen ist groß, stimmt allerdings so nicht ganz, denn eine Wärmepumpe benötigt Strom und das nicht zu wenig. So sollte am Besten eine Wärmepumpe mit einer Photovoltaikanlage kombiniert werden. Eine weitere Voraussetzung für Wärmepumpen sind Niedrigtemperaturheizsysteme wie Wand, oder Fußbodenheizungen. Bei einer Radiatorheizung reichen die erzielten Temperaturen nicht in der nötigen Effizienz aus.
Bei einer Wärmepumpe werden durch Bohrungen Rohre in die Erde eingebracht und die eingebrachte Flüssigkeit wird durch die Erde gepumpt. Dabei erwärmt sich das Wasser und wird über einen Wärmetauscher in den Heizkreislauf des Hauses gebracht. Die dabei erzielbaren Temperaturen sind nicht sehr hoch aber dafür immer und unendlich verfügbar, eignen sich aber nur für Niedrigtemperaturheizungen. Eine andere Variante sind Luft Wasser Wärmepumpen bei der die Wärmepumpe Luft ansaugt und es wird über den Verdampfer der Luft Wärme entzogen. Nötige Wirkungsgrade können aber auch hier nur im Niedrigtemperatursegment erzielt werden.
Bei der Wasser-Wasser Wärmepumpe werden 2 Bohrungen durchgeführt sodass ein Kreislauf entsteht. Hierbei wird dem Grundwasser Temperatur entzogen. Der große Vorteil dieser Methode ist, dass die Wärmepumpe einen sehr guten Wirkungsgrad hat und die Betriebskosten niedrig sind, die Anschaffungskosten sind allerdings enorm.
Eine andere Möglichkeit sind Sole Wasser Erdkollektoren, sie liegen knapp unter dem Boden und entziehen Wärme. Das Problem hierbei besteht vor allem darin, dass unverbaute Fläche nötig ist und davon sehr viel. Wer also seinen Garten schon angelegt hat sollte von dieser Methode Abstand nehmen.
Der Klimawandel ist eine wissenschaftliche Tatsache. Dieser zeigt sich in immer häufiger auftretenden Umweltkatastrophen. Dabei besteht ein Zusammenhang zwischen dem Treibhausgas CO2 und dem zunehmenden Klimawandel. Dabei ist die Verbrennung der fossilen Brennstoffe wie zum Beispiel Kohle, Erdöl oder Gas die Hauptursache für die Entstehung des schädlichen Treibhausgases CO2. Um diesen Prozess zu stoppen, ist die Reduktion dieses Gases durch effizienten Einsatz der vorhandenen Energien notwendig.
Im Bereich des Stromverbrauchs besteht die Möglichkeit durch erneuerbare Energien wie zum Beispiel Windkraft, Solarenergie oder Wasserkraft den CO2- Ausstoß zu senken. Da ein Großteil der Energiekosten für einen Haushalt in der Beheizung des Gebäudes besteht, ist hier ein entsprechendes Potenzial für die Einsparung an Energiekosten gegeben. Die Technik dafür ist schon vorhanden. Eine Wärmepumpe trägt zur Heizung der Gebäude bei, indem die Anlage vorhandene Wärme der Luft, des Grundwassers oder des Erdreiches zur Erwärmung nutzt. Die Funktion der Wärmepumpe in diesem geschlossenen Kreislauf ist dabei wie bei einem Kühlschrank in Umkehrfunktion. Den entsprechenden Wärmequellen wird die Wärme entzogen und zur Beheizung genutzt.
Für den Betrieb der Wärmepumpen wird allerdings zu einem kleinen Teil ebenfalls Strom benötigt. Die Jahresarbeitszahl ist der Maßstab für die Energieeffizienz einer Wärmepumpe. Die Zahl zeigt an aus wie viel Strom Wärmeenergie erzeugt werden kann. Praktisch gesehen sollte der Temperaturunterschied zwischen der genutzten Wärmequelle und dem Heizungswasser möglichst klein sein. Nur dann verbraucht die Wärmepumpe wenig Strom. Im Vergleich zu einer Ölheizung stößt laut einer Studie die Wärmepumpe 46 Prozent weniger CO2 aus. Durch die Nutzung einer Solaranlage verringert sich der CO2- Ausstoß noch mehr. In diesem Zusammenhang ist die Nutzung von erneuerbaren Energien beim örtlichen Stromanbieter entscheidend.
Nutzt dieser zunehmend erneuerbare Energien, wird die Wärmepumpe noch effizienter und schützt somit das Klima. Zudem sind Wärmepumpen absolut emmissions- und geruchsfrei. Diese Heizungsanlagen haben eine hohe Wirtschaftlichkeit, arbeiten leise und sind nahezu wartungsfrei. Somit leisten Wärmepumpen einen großen Beitrag zum Klimaschutz.