Ved normalt lufttrykk koker vann ved 100 ºC, men ved lavere trykk blir også kokepunktet lavere. For eksempel koker vann ved omtrent 93 ºC i 2000 m høyde og ved omtrent 87 ºC i 4000 m høyde. I en trykk-koker kan vi flytte kokepunktet høyere ved å øke trykket. Dette er også et viktig prinsipp bak varmepumpen. I en varmepumpe sirkulerer et kjølemedium i et lukket rørsystem, for eksempel amoniakk, og ved å variere trykket i ulike deler av systemet kan vi få væsken til å gå over til damp (fordampe) i den ene delen og få dampen til å gå tilbake igjen til væske (kondensere) i den andre delen.
Det andre viktige prinsippet er at fordampning krever energi (fordampningsvarme), mens kondensering avgir energi, (kondensasjonsvarme.) Dette gjør at varmepumpen kan flytte varme fra den delen av systemet der fordampningen skjer (dvs. ute) til det stedet der kondenseringen skjer (inne).
Nedenfor er en skjematisk tegning som viser hovedtrekkene i en varmepumpe.
figur
Det er mange ulike typer varmepumper. Den enkleste måten å hente energi fra er fra uteluften, Men siden varmepumpen er avhengig av at utetemperaturen er høyere enn kjølemediets temperatur i fordamperen (2) vil den slutte å virke når det er for kaldt ute. Derfor vil andre kilder som har en mer stabil, og høyere temperatur egne seg bedre. Eksempel på det er grunnvannet, berg og fjell, sjøvann og innsjøer eller jordvarme. Ulempen er relativt høyere innstallasjonsutgifter.
Systemet mottar energien QL fra omgivelsene, mens motoren til pumpen gjør et arbeid W på kjølemiddelet, og begge disse energiene går over til systemet. Det betyr at den energien som systemet avgir, QH kan skrives
QH = QL + W.
Den varmen QL som systemet mottar fra omgivelsene er gratis energi, og det er grunnen til at mange vil installere en varmepumpe. En god varmepumpe bruker lite elektrisk energi (W) i forhold til den energien totale energien (QH) vi får inn. Forholdet mellom disse energiene kalles varmefaktoren:
f = QH/W.
Vi vil altså at f skal være så høy som mulig. For de fleste varmepumper som brukes i dag ligger varmefaktoren rundt 3. Det betyr at for hver kilowatt-time vi bruker av elektrisk energi for å drive pumpa, så får vi 3 kWh varme til huset, noe som gjør den økonomisk attraktiv. Men siden varmepumpen fører til mindre forbruk av elektrisk energi er den også et miljøvennlig alternativ, selv om et er baksider her. For eksempel har det vært brukt mange miljøskadelige kjølemedier, som freon i pumpene.
Termofysikkens andre lov sier at energikvaliteten i en prosess alltid synker. Vi vet at kvaliteten på termisk energi er lavere ved lav temperatur enn høy. altså er kvaliteten på QL lavere enn QH . Det betyr at vi trenger et bidrag fra W som er høyverdig for at energikvalitets-regnskapet skal gå opp. Vi trenger nemlig så mye elektrisk energi at energikvaliteten for QL og W til sammen er høyere enn for QH . Med andre ord er det en grense for hvor stor varmefaktoren f kan bli. Det er altså ikke mulig å lage en ideell varmepumpe som klarer å hente energi fra et kaldt sted til et varmt sted uten at det koster noe.