Verdampfen, verdichten, verflüssigen, entspannen. Das sind die vier Eckpunkte im immer wiederkehrenden Arbeitskreislauf einer Wärmepumpe. Konkret wird ein gasförmiges Arbeitsmedium wie Propan, Ammoniak, Propen oder CO2 verdichtet und auf ein höheres Temperaturniveau gehoben. Das derart erwärmte Arbeitsmedium gibt seine Wärme an den Heizkreis ab, dabei kondensiert es, wird also flüssig. Das Arbeitsmedium steht unter Druck. Über ein Ventil wird der Druck abgelassen, das Arbeitsmedium entspannt sich. Erneuet wird der Wärmequelle Energie entzogen, dadurch geht das Arbeitsmedium vom flüssigen wieder in den gasförmigen Zustand über. Der Kreislauf schließt sich, der Arbeitsprozess beginnt von Neuem.

Unterschiedliche Betriebsarten

Wärmepumpen haben unterschiedliche Betriebsweisen.

• Monovalent. Die monovalente Wärmepumpe deckt den Wärmebedarf während des gesamten Jahres ohne Zusatzheizung. Selbst bei tiefen Außentemperaturen liefert die Wärmequelle allzeit ausreichend Energie.
• Monoenergetisch. Die monoenergetische Betriebsweise entspricht vom Verhalten her der bivalenten Betriebsweise. Bei der monoenergetischen Betriebsweise ergänzt im Bedarfsfall – also an den sehr kalten Tagen – eine Elektroheizung die Wärmepumpe. Die Elektroheizung ist in der Regel ein Elektroheizstab im Pufferspeicher. Durch eine elektrische Steuerung wird vermieden, dass die Zusatzheizung nicht länger in Betrieb ist als notwendig. Es kann davon ausgegangen werden, dass nicht mehr als 5 % der jährlich benötigten Heizenergie mittels Heizstab erzeugt werden.
• Bivalent. Im bivalenten Betrieb sind zwei unterschiedliche Wärmeerzeuger vorhanden. Wenn die Wärmepumpe bei tiefen Außentemperaturen den Wärmebedarf nicht alleine decken kann, wird diese von einem weiteren Wärmeerzeuger unterstützt. Bei bivalent-parallelem Betrieb sind die Wärmepumpe und der weitere Wärmeerzeuger ab einer bestimmten definierten Außentemperatur gleichzeitig in Betrieb. Die bivalent-alternative Betriebsweise kommt zum Einsatz, wenn hohe Vorlauf- und Rücklauftemperaturen notwendig sind oder der Wärmestrom aus der Wärmequelle nur bis zu einem gewissen Grad ausreicht. Entweder heizt die Wärmepumpe oder der zweite Wärmeerzeuger.

Die Leistung beschreiben

Rund um die Wärmepumpe gibt es eine Vielzahl von Fachbegriffen. Vier der wichtigsten sind die Arbeitszahl oder Jahresarbeitszahl (JAZ), die Leistungszahl (COP) sowie der Nutzungsgrad und der Wirkungsgrad.

Die Jahresarbeitszahl JAZ beschreibt die Energieeffizienz der Wärmepumpe. Sie errechnet sich aus Wärmeabgabe durch aufgenommener, elektrischer Energie bei Betrieb der Wärmepumpe über das gesamte Jahr. Empfehlenswert ist, dass die Wärmepumpe zumindest eine JAZ von 3 erreicht, 4 ist heute Stand der Technik. Die besten Jahresarbeitszahlen (5 und größer) erreichen Wasser-Wasser-Wärmepumpen. Bei einem JAZ-Vergleich einzelner Wärmepumpen-Systeme ist darauf zu achten, ob Nebenverbräuche wie z. B. Verteilenergie, ob Verluste von Speicher etc. mit berücksichtigt wurden oder ob etwa für die Warmwasserbereitung ein Elektroheizstab verwendet wird. 

Im Unterschied zur Jahresarbeitszahl sagt die Leistungszahl (COP – Coeffizient of Performance) aus, wie gut die Wärmepumpe im optimalen Betriebspunkt arbeitet. Somit wird der COP nicht über das gesamte Jahr gemessen und hat nur begrenzte Aussagekraft über den zu erwarteten Energiebedarf. Die erreichte JAZ wird daher auch immer niedriger sein als der COP.

Der Nutzungsgrad ist das Maß für die in einer Heizperiode tatsächlich verwendete Menge an Energie, die in einem Energieträger gespeichert ist. Er wird über einen längeren Zeitraum bestimmt. Der Wirkungsgrad dagegen wird nur in einem Betriebspunkt gemessen. Er ist in der Regel höher als der Nutzungsgrad, weil der Wirkungsgrad aufgrund des optimalen Betriebszustandes bestimmt wird. Die Beurteilung der Leistung einer Wärmepumpe soll nicht über ihren Wirkungsgrad allein getroffen werden. Wesentlich ist, dass alle praxisrelevanten Betriebsbereiche und alle Wärmepumpen-Kennzahlen geprüft werden.

Strom – am besten aus erneuerbaren Quellen

Zum Betrieb benötigt die Wärmepumpe elektrische Antriebsenergie, die in der Regel in Form von Strom zugeführt wird. Die Wärmepumpe zählt zu den 100 % erneuerbaren Energiesystemen, wenn für den Antrieb Strom aus erneuerbaren Quellen verwendet wird. Zur Bewertung des österreichischen Strommix herangezogen werden die jährlich veröffentlichten Publikationen der e-Control. Strom in Zusammenhang mit der Wärmepumpe ist gemäß dieser Berichte zu bewerten.

e Control Ökostrombericht 2007
e Control Stromkennzeichnungsbericht 2007

Regenerativer Strom wird aus Stoffen oder Quellen gewonnen, die unbegrenzt vorhanden sind oder kurzfristig wieder gewonnen werden können. Am häufigsten und praktisch unbegrenzt vorhanden sind Wind- und Sonnenenergie. Einen bedeutenden Stellenwert in Österreich nimmt die Nutzung der Wasserkraft ein. Aber auch aus Erdwärme oder Biogaskraftwerken lässt sich regenerativer Strom gewinnen.