WÄRMEPUMPE · 1. Oktober 2026

Wie funktioniert eine Wärmepumpe: Außeneinheit einer Luft-Wasser-Wärmepumpe an einem frostigen Wintermorgen

Wie funktioniert eine Wärmepumpe und warum heizt sie auch bei Frost

Ein Kältemittel, ein Verdichter und etwas Physik: Mehr steckt nicht hinter der Heizung, die Gaskessel im Neubau fast verdrängt hat. Wer weiß, wie eine Wärmepumpe funktioniert, versteht auch Jahresarbeitszahl, Stromverbrauch und Wärmepumpentarif.

VON MARTIN JENDRISCHIK · 10 Min. LESEN

Wie funktioniert eine Wärmepumpe? Im Grunde wie ein Kühlschrank, nur andersherum. Im Kühlschrank wandert Wärme aus dem Innenraum in die Küche, bei der Wärmepumpe wandert sie aus der Umgebung ins Haus. Dafür ist Strom nötig, aber deutlich weniger Energie, als am Ende als Heizwärme im Haus ankommt.

Im Neubau hat sich das Prinzip längst durchgesetzt. Laut Statistischem Bundesamt heizen 73,6 Prozent der rund 58.900 im Jahr 2025 fertiggestellten Wohngebäude hauptsächlich mit einer Wärmepumpe. 2015 lag dieser Anteil noch bei 31,4 Prozent, Gas kam 2025 nur noch auf 10,5 Prozent.

Trotzdem halten sich Zweifel, und die Frage „Wie funktioniert eine Wärmepumpe eigentlich im Winter?" gehört zu den häufigsten. Reicht die Wärme der Luft im Januar? Frisst das Gerät zu viel Strom? Die Antworten liefern Physik und Messdaten aus echten Häusern. Wer über den Abschied vom Kessel nachdenkt, findet hier die Grundlage, bevor es um steigende Kosten der Gasheizung oder Förderung geht.

Inhalt

Wie funktioniert eine Wärmepumpe im Kältekreis?

Ein Kältemittel läuft in einem geschlossenen Kreis durch vier Stationen: Verdampfer, Verdichter, Kondensator und Expansionsventil. Dabei nimmt es draußen Wärme auf, wird durch Druck heißer und gibt die Wärme drinnen an das Heizwasser ab.

Im Verdampfer trifft das flüssige Kältemittel auf die Wärmequelle, etwa Außenluft. Das Kältemittel siedet schon bei sehr niedrigen Temperaturen, nimmt dabei Wärme auf und wird gasförmig. Genau diesen Effekt kennt jeder, dem nach dem Baden auf nasser Haut kalt wird: Verdunsten entzieht der Umgebung Wärme.

Danach verdichtet ein elektrisch angetriebener Kompressor das Gas. Steigender Druck lässt die Temperatur des Kältemittels deutlich über das Niveau steigen, das die Heizung braucht. Nur in diesem Schritt fließt Strom in nennenswerter Menge in den Prozess.

Im Kondensator, auch Verflüssiger genannt, gibt das heiße Gas seine Wärme an das Heizungswasser ab und wird wieder flüssig. Das Expansionsventil senkt anschließend den Druck, das Kältemittel kühlt stark ab und fließt zurück zum Verdampfer. Das Umweltbundesamt beschreibt genau diese Bauteile als Kern jeder Hauswärmepumpe.

Woher kommt die Wärme aus Luft, Erde und Wasser?

Die Wärme stammt aus der Umgebung, die letztlich die Sonne aufheizt: aus der Außenluft, dem Erdreich oder dem Grundwasser. Je wärmer und gleichmäßiger die Quelle, desto weniger Strom braucht der Verdichter.

Luft-Wasser-Wärmepumpen sind am weitesten verbreitet, weil Hausbesitzer nur ein Außengerät aufstellen müssen. Ein Ventilator saugt Luft über den Verdampfer. Der Nachteil: Die Luft ist gerade dann am kältesten, wenn das Haus am meisten Wärme braucht.

Erdwärmepumpen, auch Sole-Wasser-Wärmepumpen genannt, holen die Wärme über Sonden oder Kollektoren aus dem Boden. Das Erdreich hält seine Temperatur über das Jahr viel stabiler als die Luft. Dafür brauchen Bauherren Bohrungen oder Fläche im Garten, oft auch eine behördliche Genehmigung.

Wasser-Wasser-Wärmepumpen nutzen Grundwasser, Flüsse, Seen oder sogar das Meer. Im Einfamilienhaus sind sie selten, häufiger kommen sie in Großanlagen für Wärmenetze zum Einsatz. Ein Beispiel ist die Großwärmepumpe mit Ostseewasser in Neustadt, die ein Wärmenetz speist.

Was sagen COP und Jahresarbeitszahl aus?

Beide Werte geben an, wie viele Einheiten Wärme aus einer Einheit Strom entstehen. Der COP stammt aus dem Prüfstand unter festen Bedingungen, die Jahresarbeitszahl (JAZ) misst das Verhältnis über ein ganzes Jahr im echten Haus.

Wer wissen will, wie gut eine Wärmepumpe im Alltag funktioniert, schaut auf die JAZ. Schon 2011 zeigte das Fraunhofer ISE in einem Feldtest, dass die Werte im Betrieb unter den Prüfstandswerten liegen. Luft-Wärmepumpen kamen dort in der Messperiode 2007 bis 2010 auf Arbeitszahlen von 2,9 bis 3,0, bei einem Prüfstands-COP von 3,48.

Neuere Daten liefert das Projekt „WP-QS im Bestand". Die Freiburger Forscher haben vier Jahre lang 77 Wärmepumpen in Ein- bis Dreifamilienhäusern vermessen, wie das Fraunhofer ISE am 3. November 2025 mitteilte. Die Forscher maßen bei Luft-Wasser-Wärmepumpen im Schnitt eine JAZ von 3,4, bei Erdwärmepumpen von 4,3.

Wie funktioniert eine Wärmepumpe im Bestand? Gemessene Jahresarbeitszahlen in Ein- bis Dreifamilienhäusern, zwei Feldtests im Vergleich. Quelle: Fraunhofer ISE, Presseinformation vom 3. November 2025.
Wärmequelle	JAZ Mittel WPsmart (bis 2019)	JAZ Mittel WP-QS (2025)	Spanne WP-QS
Luft-Wasser (61 Anlagen)	3,1	3,4	2,6 bis 4,9
Erdreich (16 Anlagen)	4,1	4,3	3,6 bis 5,4

Eine JAZ von 3,4 bedeutet: Aus einer Kilowattstunde Strom werden 3,4 Kilowattstunden Wärme. Die Forscher fanden keinen Zusammenhang zwischen Baujahr des Gebäudes und Effizienz. Teamleiter Danny Günther sieht dennoch Luft nach oben: „Wir haben aber auch Optimierungspotenziale aufgedeckt." Viele Geräte waren überdimensioniert und schalteten zu häufig.

Warum arbeitet eine Wärmepumpe auch bei Frost?

Auch Luft mit Minusgraden enthält noch Wärme, und das Kältemittel siedet bei viel tieferen Temperaturen als die Außenluft. Propan etwa verdampft unter Normaldruck schon bei minus 42 Grad Celsius, weshalb der Kältekreis auch im Winter Wärme aufnimmt.

Den Siedepunkt von Propan nennt das Gefahrstoff-Datenblatt von BG RCI und BGHM. Solange die Luft wärmer ist als das Kältemittel im Verdampfer, fließt Wärme vom Wärmeren zum Kälteren. Mit sinkender Außentemperatur steigt allerdings der Strombedarf des Verdichters, die Effizienz sinkt.

Für besonders kalte Tage bauen Hersteller meist einen elektrischen Heizstab ein. Im Fraunhofer-Feldtest übernahmen Heizstäbe bei Luft-Wasser-Wärmepumpen nur 1,3 Prozent der elektrischen Arbeit, bei Erdwärmepumpen nahezu null. Die Forscher weisen darauf hin, dass die Messjahre vergleichsweise mild waren.

Laut Abschlussbericht vom 25. November 2025 traten zwischen Juli 2021 und Dezember 2024 selten Temperaturen unter minus fünf Grad auf. Die Mehrheit der Wärmepumpen hatte bei minus sieben Grad aber eine deutliche Leistungsreserve. Bei Frost und feuchter Luft setzt sich zudem Eis am Verdampfer ab, das in kurzen Abtauphasen wieder schmilzt.

Welche Rolle spielt das Kältemittel Propan R290?

Das Kältemittel transportiert die Wärme im Kreislauf und bestimmt Effizienz und Klimabilanz mit. Propan (R290) hat ein sehr geringes Treibhauspotenzial und verdrängt fluorierte Kältemittel, weil die EU diese schrittweise verbietet.

Die EU-F-Gase-Verordnung 2024/573 weist Propan ein Treibhauspotenzial (GWP) von 0,02 zu. Das fluorierte Kältemittel R32 kommt dort auf 675, wirkt also um ein Vielfaches stärker auf das Klima. Ab dem 1. Januar 2027 dürfen Hersteller kompakte Monoblock-Wärmepumpen bis zwölf Kilowatt mit F-Gasen ab einem GWP von 150 nicht mehr in Verkehr bringen.

Ab 2032 gilt für diese Geräteklasse ein Verbot fluorierter Kältemittel insgesamt, für kleine Split-Geräte ab 2035, jeweils mit Ausnahmen aus Sicherheitsgründen. Im Fraunhofer-Feldtest nutzten erst acht Prozent der Anlagen R290. Drei Viertel arbeiteten laut Abschlussbericht noch mit einem Kältemittel mit einem GWP über 1.000.

Propan ist brennbar und fällt laut Umweltbundesamt in die Sicherheitsklasse A3. Im Innenraum erlaubt die Produktnorm deshalb nur geringe Füllmengen unter 150 Gramm, je nach Raum bis zu 998 Gramm. Hersteller bauen Propan-Geräte darum meist als Monoblock für die Außenaufstellung. Geräte mit Propan gibt es laut Umweltbundesamt inzwischen für alle Wärmequellen.

Wie viel Strom braucht eine Wärmepumpe und was bringt ein Wärmepumpentarif?

Den Strombedarf erhält man, indem man den jährlichen Wärmebedarf durch die Jahresarbeitszahl teilt. Ein Wärmepumpentarif senkt die Kosten pro Kilowattstunde, weil der Netzbetreiber im Gegenzug die Leistung bei Engpässen begrenzen darf.

Ein Rechenbeispiel mit angenommenem Wärmebedarf von 15.000 Kilowattstunden pro Jahr: Bei der mittleren Luft-Wasser-JAZ von 3,4 aus dem Fraunhofer-Feldtest ergeben sich rund 4.400 Kilowattstunden Strom. Mit der Erdwärme-JAZ von 4,3 wären es knapp 3.500 Kilowattstunden. Jeder Zehntelpunkt Jahresarbeitszahl schlägt sich also direkt auf der Stromrechnung nieder.

Seit dem 1. Januar 2024 gelten neue Wärmepumpen mit mehr als 4,2 Kilowatt Anschlussleistung als steuerbare Verbrauchseinrichtungen nach Paragraf 14a Energiewirtschaftsgesetz. Laut Bundesnetzagentur darf der Netzbetreiber sie bei akuter Überlastung vorübergehend drosseln. 4,2 Kilowatt bleiben dabei immer verfügbar, eine Wohnung kühlt in dieser Zeit also nicht aus.

Im Gegenzug zahlen Haushalte weniger Netzentgelt. Die Bundesnetzagentur sieht drei Module vor. Modul eins ist eine Pauschale, die je nach Netzgebiet 110 bis 190 Euro im Jahr beträgt (abgerufen im September 2026). Bei Modul zwei sinkt der Netzentgelt-Arbeitspreis mit separatem Zähler auf 40 Prozent. Seit April 2025 gibt es als Modul drei zeitvariable Netzentgelte. Wie sich ein Wärmepumpentarif mit Solaranlage und Speicher kombinieren lässt, ist ein eigenes Thema.

Für die Wirtschaftlichkeit zählt vor allem das Verhältnis von Strom- zu Gaspreis. Deutschland schneidet dabei im europäischen Vergleich schlecht ab, mehr dazu im Beitrag über Wärmepumpen und hohe Strompreise. Um Anschaffung, Förderung und Einbau im Altbau geht es im Überblick zu Vorteilen und Nachteilen der Wärmepumpe.

Was bedeutet die Wärmepumpe für die Energiewende?

Mit der Wärmepumpe hängt die Heizung am Stromsystem, ihre Klimabilanz ist also so sauber wie der Strommix. Laut Fraunhofer ISE verursachen Wärmepumpen schon heute deutlich weniger CO₂ als Gasheizungen, und jeder neue Wind- und Solarpark vergrößert den Abstand.

Das Fraunhofer ISE hat die Emissionen der 77 Feldtest-Anlagen erstmals mit viertelstündlichen Werten des Strommixes berechnet. Für 2024 ergab sich ein um 64 Prozent geringerer CO₂-Ausstoß als bei Gasheizungen. Mit der klassischen Jahresbilanz kamen die Forscher sogar auf 68 Prozent.

Gleichzeitig wandert mit Millionen Wärmepumpen zusätzliche Last ins Stromnetz, vor allem an kalten Winterabenden. Netzbetreiber können diese Spitzen über Paragraf 14a glätten, Hausbesitzer über Pufferspeicher und eigenen Solarstrom. Im Fraunhofer-Feldtest erreichten Häuser mit Photovoltaik und Batterie eine Autarkie von 32 bis 62 Prozent.

Die Frage „Wie funktioniert eine Wärmepumpe?" betrifft deshalb längst nicht nur den eigenen Heizungskeller. Nicht jedes Haus braucht eine eigene Wärmepumpe. In dichten Quartieren planen Kommunen Wärmenetze, die oft selbst von Großwärmepumpen gespeist werden. Ob ein Anschluss infrage kommt, legen Städte und Gemeinden in der kommunalen Wärmeplanung fest. Wie Hausbesitzer im Einzelfall abwägen, steht im Vergleich Fernwärme oder Wärmepumpe.

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