Wie funktioniert eine Wärmepumpe? Der Kältekreis einfach erklärt

Eine Wärmepumpe ist im Kern ein Kühlschrank, der andersherum arbeitet. Sie holt Wärme aus der Außenluft, dem Erdreich oder dem Grundwasser und bringt sie auf ein Temperaturniveau, mit dem Sie heizen können. Wir bauen seit Jahren Kälte- und Klimaanlagen, und genau dieser Kältekreis ist das Herzstück jeder Wärmepumpe.

Wärme ist auch in kalter Luft

Der erste Gedanke vieler Kunden am Küchentisch: „Wie soll bei minus 5 Grad draußen Wärme herkommen?" Physikalisch ist die Sache klar. Wärme steckt in allem, was wärmer ist als der absolute Nullpunkt bei minus 273 Grad. Luft mit minus 5 Grad enthält also noch reichlich Energie. Das Problem ist nur, dass sie zu kalt ist, um damit direkt ein Wohnzimmer zu heizen. Die Wärmepumpe löst genau dieses Problem: Sie hebt die Temperatur an.

Dafür braucht sie Strom. Aber nur für den Antrieb, nicht für die Wärme selbst. Aus 1 kWh Strom werden je nach Anlage und Haus 3 bis 4,5 kWh Wärme. Den Rest liefert die Umwelt.

Der Kältekreis in vier Schritten

Im Inneren der Wärmepumpe zirkuliert ein Kältemittel in einem geschlossenen Kreislauf. Das Kältemittel hat eine besondere Eigenschaft: Es siedet schon bei sehr tiefen Temperaturen. Der Kreislauf hat vier Stationen.

1. Verdampfer: Wärme aufnehmen. Das Kältemittel kommt kalt und flüssig im Verdampfer an, bei der Luft-Wärmepumpe ist das der große Wärmetauscher im Außengerät. Der Ventilator bläst Außenluft durch die Lamellen. Das Kältemittel ist noch kälter als die Luft, nimmt deren Wärme auf und verdampft dabei. Genau wie Wasser im Kochtopf braucht das Verdampfen viel Energie, und diese Energie kommt aus der Außenluft.

2. Verdichter: Temperatur hochdrücken. Der gasförmige Kältemitteldampf wird vom Verdichter, auch Kompressor genannt, stark zusammengepresst. Wer schon einmal einen Fahrradreifen aufgepumpt hat, kennt das Prinzip: Die Pumpe wird warm. Durch den hohen Druck steigt die Temperatur des Kältemittels deutlich, auf 60, 70 Grad und mehr. Der Verdichter ist das Bauteil, das den Strom braucht.

3. Verflüssiger: Wärme abgeben. Das heiße Gas strömt in einen zweiten Wärmetauscher, den Verflüssiger. Auf der anderen Seite fließt das Heizungswasser. Das Kältemittel gibt seine Wärme an das Wasser ab, kühlt dabei ab und wird wieder flüssig. Das Heizungswasser fließt mit 35 bis 55 Grad zu Ihren Heizkörpern oder in die Fußbodenheizung.

4. Expansionsventil: Druck abbauen. Das flüssige Kältemittel steht noch unter hohem Druck. Im Expansionsventil wird der Druck schlagartig abgesenkt, das Kältemittel wird dabei sehr kalt. Dann beginnt der Kreislauf von vorn.

Bei einer Klimaanlage läuft derselbe Kreislauf, nur in die andere Richtung. Viele Wärmepumpen können deshalb im Sommer auch leicht kühlen. Wie das bei Split-Klimageräten funktioniert, steht im Artikel Wie funktioniert eine Klimaanlage.

Warum die Vorlauftemperatur so viel ausmacht

Jetzt kommt der Punkt, den ich auf Baustellen am häufigsten erkläre: Je kleiner der Temperaturunterschied zwischen Wärmequelle und Heizungswasser, desto weniger muss der Verdichter arbeiten. Die Physik liefert dafür eine Obergrenze, den sogenannten Carnot-Wirkungsgrad. Bei 0 Grad draußen und 35 Grad Vorlauf liegt die theoretisch mögliche Leistungszahl bei rund 8,8. Bei 55 Grad Vorlauf nur noch bei rund 6. Reale Geräte erreichen etwa die Hälfte davon. Heißt in der Praxis: grob 4,4 gegen 3.

Deshalb gilt als Faustwert: Jedes Grad weniger Vorlauftemperatur verbessert die Effizienz um etwa 2 bis 3 Prozent. Wer seine Heizung mit 50 statt 60 Grad betreiben kann, spart also spürbar. Ob das in Ihrem Haus geht, lässt sich testen. Wie, steht im Artikel Passt eine Wärmepumpe zu meinem Haus?.

Die Bauarten im Überblick

Luft-Wasser-Wärmepumpe: Wärmequelle Außenluft, gibt Wärme an Heizungswasser ab. Am häufigsten, weil ohne Bohrung einfach einzubauen. Als Monoblock mit komplettem Kältekreis im Außengerät oder als Split mit Kältemittelleitung ins Haus.
Sole-Wasser-Wärmepumpe (Erdwärme): Wärme aus dem Erdreich über Sonden oder Flächenkollektoren. Effizienter, aber teurer in der Erschließung.
Wasser-Wasser-Wärmepumpe: Wärme aus dem Grundwasser. Sehr effizient, braucht aber Brunnen und Genehmigung.
Luft-Luft-Wärmepumpe: Heizt direkt die Raumluft, das ist die Split-Klimaanlage im Heizbetrieb.

Welche Variante wann passt, vergleichen wir im Artikel Luft-Wasser oder Erdwärme.

Rechenbeispiel: Was der Kältekreis beim Geld ausmacht

Annahmen: Einfamilienhaus, 15.000 kWh Wärmebedarf im Jahr für Heizung und Warmwasser. Strom 37 ct/kWh, Gas rund 12 ct/kWh (BDEW, August 2026). Gaskessel mit 90 % Nutzungsgrad. Luft-Wasser-Wärmepumpe mit einer Jahresarbeitszahl von 3,4, das ist der Mittelwert aus dem Feldtest des Fraunhofer ISE in Bestandsgebäuden (2025).

	Strombedarf / Gasbedarf	Kosten pro Jahr
Elektrische Direktheizung (Heizstab)	15.000 kWh Strom	ca. 5.550 €
Gaskessel	ca. 16.667 kWh Gas	ca. 2.000 €
Wärmepumpe, JAZ 3,4	ca. 4.412 kWh Strom	ca. 1.632 €

Die erste Zeile zeigt, warum der Kältekreis alles entscheidet: Mit dem gleichen Strom, der im Heizstab einfach verbrannt wird, holt die Wärmepumpe das 3,4-fache an Wärme ins Haus. Gegenüber Gas bleiben hier rund 370 € im Jahr übrig, mit einem günstigeren Wärmepumpentarif deutlich mehr. Gas-Grundpreis und Schornsteinfeger sind dabei noch nicht eingerechnet. Die ausführliche Kostenrechnung inklusive CO₂-Preis finden Sie im Artikel Was kostet eine Wärmepumpe wirklich?.

Wie sich Wärmepumpen-Wärme anfühlt

Eine Wärmepumpe heizt mit niedrigen Temperaturen, dafür gleichmäßig und lange. Das fühlt sich anders an als ein Gaskessel, der kurz und heiß heizt. Die Heizkörper werden handwarm statt heiß, die Fußbodenheizung läuft fast durchgehend. Viele Kunden sind anfangs irritiert, weil sie den Heizkörper anfassen und denken, er sei aus.

Für das Wohlbefinden ist das meist ein Gewinn. Große, lauwarme Flächen geben einen hohen Anteil ihrer Wärme als Strahlung ab. Wände und Böden werden wärmer, und warme Oberflächen empfinden die meisten Menschen als behaglicher als warme Luft. Man fühlt sich bei etwas niedrigerer Raumtemperatur wohl, das spart zusätzlich Energie. Weniger Luftumwälzung bedeutet auch weniger aufgewirbelten Staub. Auf sehr heißen Heizkörperoberflächen kann Staub zudem verschwelen, was viele als „trockene Heizungsluft" wahrnehmen. Mit niedrigen Vorlauftemperaturen passiert das kaum. Die relative Luftfeuchte im Winter hängt allerdings vor allem am Lüften, nicht an der Heizungsart. Wer empfindliche Atemwege hat, achtet auf 40 bis 60 Prozent.

Im Sport habe ich gelernt, wie viel Erholung mit gutem Schlaf zu tun hat. Ein gleichmäßig temperiertes Haus ohne Temperaturspitzen und ohne klackerndes Brennergeräusch in der Nacht ist dafür eine solide Grundlage.

Nachhaltigkeit: Kältemittel und Strommix

Zwei Stellschrauben entscheiden, wie klimafreundlich eine Wärmepumpe ist. Erstens der Strom: Das Umweltbundesamt beziffert den CO₂-Faktor des deutschen Strommix für 2025 auf 344 g/kWh. Im Rechenbeispiel oben verursacht die Wärmepumpe damit rund 1,5 Tonnen CO₂ im Jahr, der Gaskessel rund 3,4 Tonnen. Jedes Jahr mit mehr Wind und Sonne im Netz verbessert die Bilanz der Wärmepumpe weiter, beim Gas bleibt sie gleich.

Zweitens das Kältemittel. Moderne Monoblock-Geräte arbeiten zunehmend mit Propan (R290), das ein Treibhauspotenzial von rund 3 hat. Das verbreitete R32 liegt bei rund 675. Die EU-F-Gase-Verordnung 2024/573 drängt synthetische Kältemittel schrittweise aus dem Markt: Für kompakte Monoblock-Geräte bis 12 kW mit einem GWP ab 150 ist ab 2027 Schluss mit dem Neuverkauf. Für uns als Kälte-Klima-Fachbetrieb ist der Umgang mit brennbaren Kältemitteln wie Propan Alltag, inklusive der Aufstellregeln und Sicherheitsabstände, die dafür gelten.

Typische Missverständnisse

„Bei Frost funktioniert die nicht." Moderne Luft-Wasser-Wärmepumpen arbeiten bis minus 20 Grad und tiefer, nur eben mit sinkender Effizienz.
„Das Außengerät raucht." Das ist Wasserdampf beim Abtauen. Der Verdampfer vereist bei feuchter Kälte und wird regelmäßig kurz aufgetaut.
„Der Heizstab läuft ständig." Bei richtiger Auslegung nicht. Im Fraunhofer-Feldtest lag sein Anteil bei Luft-Wasser-Wärmepumpen im Mittel bei rund 1 Prozent des Stromverbrauchs.
„Nur mit Fußbodenheizung." Auch mit ausreichend großen Heizkörpern funktioniert es gut. Mehr dazu im Artikel Wärmepumpe im Altbau.
„Die Heizkörper sind ja kalt." Sie sind lauwarm, und das ist so gewollt.

Kurz gesagt

Eine Wärmepumpe holt Umweltwärme ins Haus und nutzt Strom nur für den Antrieb.
Herzstück ist der Kältekreis: verdampfen, verdichten, verflüssigen, entspannen.
Je niedriger die Vorlauftemperatur, desto effizienter und günstiger läuft sie.
Aus 1 kWh Strom werden im Bestand im Mittel gut 3 kWh Wärme, bei Erdwärme mehr.
Große, lauwarme Heizflächen sorgen für angenehme Strahlungswärme.

Der Kältekreis ist unser Kernhandwerk, von der Auslegung bis zur Wartung. Wenn Sie wissen möchten, was eine Wärmepumpe in Ihrem Haus leisten kann, beraten wir Sie gern im Raum Schönaich, Böblingen und Stuttgart. Mehr zu Wärmepumpen

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