Eine Wärmepumpe nutzt eine ähnliche Technologie wie ein Kühlschrank oder eine Klimaanlage. Es entzieht einer Quelle Wärme, beispielsweise der Umgebungsluft, im Boden gespeicherter Geothermie oder nahegelegenen Wasserquellen oder der Abwärme einer Fabrik. Es verstärkt dann die Wärme und überträgt sie dorthin, wo sie benötigt wird. Da der Grossteil der Wärme übertragen und nicht erzeugt wird, sind Wärmepumpen weitaus effizienter als herkömmliche Heiztechnologien wie Boiler oder Elektroheizungen und können kostengünstiger im Betrieb sein. Die abgegebene Energie in Form von Wärme ist in der Regel um ein Vielfaches höher als die zum Betrieb der Wärmepumpe benötigte Energie, meist in Form von Strom. Beispielsweise liegt die Leistungszahl (COP) einer typischen Haushaltswärmepumpe bei etwa vier, d. h. die Energieabgabe ist viermal höher als die für den Betrieb verwendete elektrische Energie. Dadurch sind aktuelle Modelle 3–5 Mal energieeffizienter als Gaskessel. Wärmepumpen können in Hybridkonfigurationen mit anderen Heizsystemen, üblicherweise Gas, kombiniert werden.
Die Wärmepumpe selbst besteht aus einem Kompressor, der ein Kältemittel durch einen Kühlkreislauf bewegt, und einem Wärmetauscher, der der Quelle Wärme entzieht. Anschliessend wird die Wärme über einen weiteren Wärmetauscher an einen Kühlkörper weitergeleitet. In Gebäuden wird die Wärme entweder über Umluft oder hydraulische Systeme wie Heizkörper oder Fussbodenheizungen geliefert. Wärmepumpen können an einen Tank angeschlossen werden, um Warmwasser zu erzeugen oder Flexibilität in Hydroniksystemen zu bieten. Viele der Wärmepumpen können neben der Deckung des Raumwärmebedarfs im Winter auch im Sommer für Raumkühlung sorgen. In der Industrie werden Wärmepumpen zur Förderung von Heissluft, Wasser oder Dampf oder zur direkten Erwärmung von Materialien eingesetzt. Grosswärmepumpen in gewerblichen oder industriellen Anwendungen oder in Fernwärmenetzen erfordern höhere Eingangstemperaturen als in Wohnanwendungen, die aus der Abwärme von Industrieprozessen, Rechenzentren oder Abwasser stammen können.
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