A hőszivattyú egy olyan berendezés, amely a környezetből közvetlenül nem hasznosítható hőfokszintű hőenergiát von el, melyet utána külső energia befektetésével magasabb hőmérsékletű és hasznosítható hővé alakít. A rendszer elemeit vezetékek kötik össze, amelyekben a munkaközeg áramlik. Működése termodinamikailag a fordított Carnot-körfolyamattal szemléltethető - írja a NAK.

Az első szakaszban a környezeti hőforrásból felvett energia légneművé alakítja az eredetileg folyékony munkaközeget. Ezt követően a kompresszor nagyobb nyomásra sűríti a gőzt, miközben a nyomás növekedésével a kondenzációs hőmérséklet is emelkedik. A kompresszort villanymotor vagy földgázzal működtetett belső égésű motor hajthatja meg, de gázzal működő adszorpciós hőszivattyú is létezik (Komlós, 2005 a,b). A folyamat harmadik szakaszában a munkaközeg nagyobb nyomású gőze a kondenzátorba jut, ahol hőt ad át a nála alacsonyabb hőmérsékletű hőfelvevő közegnek, miközben lecsapódik (Komlós, 2002). Végül a munkaközeg az expanziós szelepeken keresztül, csökkentett nyomáson és hőmérsékleten jut vissza az elpárologtatóba, ezt követően pedig a körfolyamat újraindul (Komlós, 2005b).

A hőszivattyú teljesítményét a teljesítménytényezővel (COP, Coefficient of Performance), azaz a „jósági fokkal” jellemezhetjük. A COP azt fejezi ki, hogy a szolgáltatott hasznos hőenergia hányszorosa a működtetéshez, elsősorban a kompresszorban felhasznált energiának. A teljesítménytényező általában 3 és 6 közötti értéket vesz fel, a kedvezőnek tekinthető érték pedig 4 és 5 között alakul (Mádlné Szőnyi, 2006). Fűtési üzemnél nemzetközileg a COP, hűtési üzemnél pedig az energiahatékonysági tényező (EER, Energy Efficiency Ratio) használatos.

A földhőszivattyús rendszereket két fő csoportra, nyitott és zárt rendszerekre oszthatjuk. A zárt rendszerű, talajalapú rendszerek (Ground Coupled Heat Pump, GCHP) néhány méter mélységben elhelyezett vízszintes talajkollektorokkal, valamint tíz–száz méter mélységű földhőszondákkal vagy fúrólyuk-hőcserélőkkel alakíthatóak ki. A nyitott rendszerű, talajvízre alapozott hőszivattyúk (Groundwater Heat Pump, GHP) hőforrása a talajvíz, míg más nyitott rendszerek tavak vagy folyók vizét is hasznosíthatják (Mádlné Szőnyi, 2006). A megfelelő rendszer kiválasztásakor a helyi földtani és hidrogeológiai adottságokat, a létesítmény hőigényét, valamint a beruházás műszaki és gazdasági feltételeit együttesen kell értékelni. A körültekintően megtervezett földhőszivattyús rendszerek a mezőgazdasági létesítmények fűtési és hűtési igényeinek kielégítésében is kiemelt szerepet kaphatnak.