Wärmepumpen funktionieren vergleichbar eines Kühlschrank, nur umgekehrt. Sie nutzen die Wärme aus der Umgebungsluft, dem Erdreich oder dem Grundwasser. Dazu werden in der Wärmepumpe Kältemittel, dessen Temperatur unter der Umgebungstemperatur liegt, in einem Wärmetauscher durch die zugeführte Umgebungswärme verdampft. Voraussetzung ist daher, dass das eingesetzte Kältemittel einen sehr niedrigen Siedepunkt besitzt. Verlässt das gasförmige Kältemittel den Wärmetauscher, wird es mittels eines elektrisch betriebenen Kompressors verdichtet. Hinter dem Verdichter ist die Temperatur des Kältemittels höher als die des Wassers im Heizungskreislauf. Über einen weiteren Wärmetauscher verflüssigt sich das Kältemittel und gibt die Wärmeenergie ab. Großen Einfluss auf die Effizienz der Wärmepumpe haben damit das Kältemittel und die Vorlauftemperatur (Temperatur am Beginn des Heizungskreislaufes). Je höher das Heizwasser erhitzt werden muss, je mehr Kältemittel muss in den Wärmetauscher geschickt werden. Da Kompressor und Pumpenantrieb elektrische Energie benötigen, ist hier ein wesentlicher Hebel. Der Kennwert COP (Coefficient of Performance) drückt das Verhältnis von eingesetzter elektrischer Energie und gewonnener Wärme aus. Sinnvoll bewertet kann er allerdings nur in Kombination mit der Vorlauftemperatur werden.

Da Wärmepumpen vorhandene Umgebungswärme nutzen, benötigen sie nur wenig Strom, um die notwendige Kompressionsarbeit zu leisten. Im Vergleich zu einem Elektroheizsystem kann eine Wärmepumpe somit bis zu 75 % weniger Energie verbrauchen. Voraussetzung ist immer eine niedrige Vorlauftemperatur, die entsprechend große Oberflächen wie Fußboden- oder Wandheizung benötigt. Je höher die Vorlauftemperatur, um so energieintensiver wird die Wärmepumpe. Besonders an sehr kalten Tagen, an denen die Außentemperatur unter 6Grad Celsius sinkt. Wird für den Betrieb eine eigene Photovoltaikanlage.- kann die Wärmepumpe CO₂-neutral betrieben werden.  

Luftwärmepumpe

Die Luftwärmepumpe ist besonders einfach zu installieren. Sie nutzt die Energie in der Umgebungsluft oder in der Abluft von Gebäuden. Im Vergleich mit erdgekoppelten Systemen arbeiten Luftwärmepumpen im Winter, wenn der Heizbedarf am größten ist, weniger effizient und benötigen mehr Energie. Wer auf Nummer sicher gehen will, kombiniert sie mit Erdgas, Photovoltaik oder Pelletheizung.

Erdwärmepumpe

Senkrechte Erdwärmesonden oder waagerechte Erdwärmekollektoren erschließen die oberflächliche Geothermie. Erdwärmesonden sind sehr effektiv, weil bereits ab zehn Metern Tiefe die Bodentemperatur dauerhaft gleichbleibt. Bei einem durchschnittlichen Einfamilienhaus kann die Bohrtiefe durchaus 100 Meter betragen. Die Installation ist deshalb genehmigungspflichtig. Kollektoren arbeiten mit einem waagerechten Rohrsystem. Es wird in etwa 1,5 Metern Tiefe ähnlich einer Fußbodenheizung verlegt.

Wasserwärmepumpe

Wasserwärmepumpen beziehen die Energie aus dem Grundwasser. Das macht sie im Vergleich zu anderen Wärmepumpen besonders effizient, da Grundwasser gegenüber dem Erdboden und der Umgebungsluft eine ganzjährig konstante Temperatur hat. Ungeachtet dieser Vorteile ist die Grundwasserwärmepumpe eher für Großobjekte wirtschaftlich.