Wärmepumpe

Eine Wärmepumpe hat das Wirkungsprinzip eines Kühlschrankes, nur eben umgekehrt. Das bedeutet einem Medium wird Wärmeenergie entzogen und diese einem anderen Medium zugefügt. Dabei liegt das Temperatur-Niveau nicht im delben Bereich, denn sonst könnte man ja einen einfachen Wärmetauscher verwenden. Hier wird also Wärmeenergie von einem kälteren Medium entzogen und deinem Medium, das in einem höheren Temperatur-Niveau liegt, zugefügt.
Im Prinzip, ist das vergleichbar, wenn man Wasser von einem niedrigeren Niveau auf ein höheres bringen will, dann braucht man ein technisches Hilfsmittel, nämlich eine Pumpe. Aus dieser Analogie ist auch der Begriff Wärmepumpe abgeleitet. Man bringt Energie (Wärmeenergie) auf ein höheres (Temperatur)-Niveau.
Hierbei macht man sich die Eigenschaft der Änderung des Agregatzustandes zu Nutze. Wie man es z.B. von Wasser kennt, kühlt es beim verdunsten ab. Das bedeutet, dass dem Wasser beim Übergang vom flüssigen in den gasförmigen Zustand Wärme entzogen wird. Diese Energie ist im Zustand "gasförmig" gespeichert. Umgekehrt ist es so, dass wenn Wasserdampf flüssig wird (kondensiert), wird Energie freigesetzt, genau diese Energie, die beim verdampfen entzogen wurde. Im Prinzip gillt das nicht nur für Wasser, sondern für alle Medien, die in flüssigem und gasförmigerm Zustand vorkommen. Das Verdunsten bzw. verflüssigen kann man auch dadurch erreichen, indem man das Medium einem anderen Druck aussetzt. Wasser z.B. verdampft bei 1Bar (in Meereshöhe) bei 100°C, aber in goßen Höhen (Hochgebirge, weniger als 1 Bar) schon deutlich füher z.B. schon bei 85°C. Das zeigt, dass man durch eine Druckänderung auch den Agregatzustand eines entsprechenden Mediums verändern kann. Genau das wird bei einer Wärmepumpe gemacht. Natürlich benutzt man hier nicht Wasser als Medium, sondern Kältemittel (früher Flur-Kohlen-Wasserstoffe, FCKW, heute andere Kältemittel, die weniger umweltschädlich sind), die speziell für diesen Zweck optimiert sind.
Der Wirkunssinn ist folgendermaßen zu erklären: Das Kältemittel in flüssiger Form, steht unter einem hohen Druck (mehre Bar), und strömt in einen Behälter, der unter geringerem Druck steht. Damit dies geziehlt und nicht schlagartig passiert, wird ein Expansions-Ventil verwendet, das nur eine geringe Menge des Medium durchlässt. Durch den Druckabfall im Medium wird dies gasförmig (es verdampft) und dabei kühlt dieses sehr stark ab. Wenn wan nun dieses Kältemittel über Rohrschlangen durch ein anderes Medum führt, so entzieht es beim Übergang zum gasförmigen Zustand (Verdampfer) dem anderen Medium Energie.
Dieses nun gasförmige Kältemittel wird anschliessend über einen Kompressoer verdichtet (kompemiert), verflüssigt sich  und gibt die dadruch freiwerdende Energie über die Wandung der Rohrschlangen (Kondensator, Verflüssiger) an ein ganz anderes Medium ab. Es ist dabei natürlich entscheidend, dass dass beim kompremieren die Wärme an ein anderes Medium abgegeben wird, als es beim Verdampfen die Wärme entzogen hat. Dieser andauernde Kältemittel-Kreislauf (verdampfen-kondensieren-verdampfen usw.) muss natürlich in Gang gesetzt werden. Die Hilfsenergie die man dazu braucht ist die Energie die der Kompressor benötigt. Man muss also eine externe Energie zuführen (Strom für den Kompressor), um die Wärmeenergie von einem Medium in ein anderes zu transportieren (pumpen). Wärmepumpen haben in der Regel eine Wärmekennzahl von 3 bis 5. Das bedeutet, dass man bei einer Wärmkekennzahl von z.B. 4 aus 1kW elektrischer Leistung 4 kW Wärmeenergie von einem zum anderen Medium übertragen kann.
Natürlich muss man dabei auch dafür sorgen, dass das warme Medium dorthin abgeführt wird, wo man es haben will (bei der Wärmepumpe ist dies das Heizungsnetz oder ein Pufferspeicher) bzw. Das kalte Medium dort Wärme aufnehmen kann , wo es gewünscht wird (beim Kühlschrank der Innenraum, bei der Wärmepumpe entweder die Aussenluft oder einanderes externes Medium wie Grundwasser oder das Erdreich).