Ahhoz hogy megismerjük az alapjait egy kicsit a fizikára, és a kémiára helyezném a hangsúlyt.
Nem kell megijedni, mert úgy szeretném elmondani mondanivalómat, hogy szakmai, vagy bármely jellegű tudás nem szükséges a megértéséhez.

A kiindulási pontom a víz! 

Víz borítja földünket 70%-ban.
Milyen halmazállapotú a víz?

Erre mindenki rávágná, hogy folyadék, noha alapértelmezésben ez a válasz nem helyes.

A víz halmazállapota, illetve minden anyag állapota attól függ, hogy milyen az anyag, esetünkben a víz: hőmérséklete, nyomása és viszonya a közvetlen érintkező szomszédos anyaggal: 

tehát a víz halmazállapota változó!
A mértékegységeink is különböző kiosztásban mérik, de mi maradunk a mindenki számára ismert Celsius mértékegységnél, mely pontosan a vízre tervezett mértékegység.

0 Celsius fok alatt a víz szilárd, azaz megfagyott. „ne felejtsük el a vas is szilárd, de mégsem "megfagyott”
Ez abból adódik, hogy az emberek bizonyos dolgokat másik dologhoz viszonyítva mérnek. 

Ez az emberek esetében a víz hőmérséklete.
A vasra is azt mondjuk, hogy fagyott, ha pl. -15 fok van, noha a vas olvadáspontja rendkívül magas hőmérsékleten van.
A vasnak esetünkben teljesen mindegy hogy -30 vagy +120 Celsius fokos a hőmérséklete mindkét esetben az anyag ugyanolyan szilárd, legfeljebb égési sérülést okozna. Ez azért van mert a vasnak jelentősen többszáz celsius fokkal magasabb az olvadáspontja!

A víz 100 Celsiusfokon gőzzé válik! És itt válik érdekessé a dolog, ugyanis az autóinkban a víz néha 100 Celsius fok fölött van 

(főleg nyáron) és

„mégsem forr fel
Ez mitől lehetséges?

A magyarázat egyszerű:
az anyagok forrás és szilárdulás pontja légköri vagy egyéb külső nyomásra megváltozik, azaz eltolódik.

Nyomás alatt a víz forráspontja is megemelkedik. Nyomásesés esetén, pl vákuumban a viz pedig már szobahőmérsékleten is fel tud forrni!

Ezért lehet például kuktában főzni kevesebb energia ráfordítással, mert az edény belső terében a nyomás jelentősen emelkedik, a víz pedig így nem válik gőzzé, viszont az anyag (étel magasabb hőmérsékleten hamarább megfő)! 

Kevesebb energia szükséges a főzés befejezéséhez.

A hőszivattyú alapja az a hűtőgáz vagy hűtőfolyadék, mely segítségével kitermelhetjük az energiát alacsony hőmérsékletű energiaforrásból, mint például a talaj vagy kút vize, a külső levegő, szennyvíz hulladék hője, stb..
Ez azért lehetséges, mert olvadás utáni forráspontjuk jóval alacsonyabb a környezetünk állandó hőmérsékleténél!

Egyszerűen fogalmazva: A téli hidegben is gáz állapotban vannak! 

Így ezek az anyagok összenyomhatóak, melyek munkavégzés közben hőt termelnek, illetve a környezetben lévő hőcserélőbe visszakerülve újra gázzá tudnak alakulni, így hőt tudnak felvenni környezetüktől.

Ha a folyadékot vagy gázt összenyomjuk, akkor atommagjaik közelebb kerülnek egymáshoz, mely hő emelkedésével jár, a folyamat fordítva is igaz, ha távolabb kerülnek, akkor hőt vonnak el környezetüktől. 

Ez a működéshez szükséges anyag tulajdonsága, ettől fog energiát szállítani részünkre a természet.

Egy hőszivattyú a gépészeti eszközével így nyer lakóházunk fűtéséhez energiát.

Azzal hogy összepréseljük a hűtőgázt, felforrósodik. 

Ha ezt a hőt elvesszük , azaz elvonjuk az épületben akkor a gáz halmazállapota is megváltozik.

Azért válik folyadékká, mert a nagyobb nyomáson megnövekedik a forráspontja, ráadásul elvesszük a termelt hőt, esetünkben a fűtőtesteken keresztül, így hidegebbé válik, ezért a hűtés miatt és a nyomásemelkedés miatt Folyadékká válik a hűtőgáz. (Magasabb nyomáson, illetve alacsonyabb hőmérsékleten) Ezt a víznél kifejtettem.

A folyadék állapotú gáz, amikor áthalad egy gáznyomást beállító csapon,(capillar szabályozó szelep, vagy automatikus adagoló, ennek a szelepeknek kevesebb az áteresztő képessége mint a kompresszorunk által összenyomott gáz mennyisége), jelentősen veszít a nyomásából, így jelentős hőt von el környezetétől, hogy a cseppfolyós hűtőgáz újra gázzá váljon.

(Amikor egy szódásszifonba patront csavarunk a nagynyomású széndioxid beáramlik a szifonba, miközben a nyomását nagyon gyorsan elveszti. 

A hirtelen távolodó CO2 atommagvai távolodásának az eredménye miatt a CO patron szinte azonnal lefagy!

Másik példa: Disznóvágáskor perzseléskor a PB palackot is azért kell langyos vízzel locsolni, mert a nagy gázkiáramlás miatt nagy a hőelvonás, és a Propán-bután gázpalack lehűl, fagyos hőmérsékleten pedig leesik a gáz nyomása, kevés kiáramló gázzal pedig nem lehet perzselni)

Ezt a hőt tudja hőszivattyúnk a gáz mesterséges mozgatásával elvenni a külső levegőből vagy talajból. A mozgatáshoz pedig az energia egy része elegendő!

Mivel a talaj mélyebb rétegei fagyponti hőmérséklet felett van és a geotermikus hőtermelés állandóan pótolja, ezért az korlátlan kitermelési lehetőséget biztosít a mai mértékrendünk szerint.

Ahhoz azonban hogy a gáz dolgozni tudjon kifogástalanul két dolog szükséges:

1. A működéshez szükséges hűtőközegnek a forráspont feleti hőmérséklet, tehát a hő elvétele illetve hozzáadása mindkét oldalon
(fűtő és hűtő) Ettől HŐ szivattyú!

2. És szükséges külső energia a gáz összepréseléshez.(szivattyú, kompresszor) ami általában elektromos energia, de bármilyen eszközzel megoldható lenne, amivel forgási energia kialakítható. (gázmotor, szélkerék, akár vízimalom,stb.)