Żeby zrozumieć proces działania pompy ciepła najprościej będzie przytoczyć przykład: podczas pompowania opony, pompka rozgrzewa nam się w dłoniach. Dzieje się tak, gdyż sprężanie powietrza powoduje wzrost jego temperatury. Jeśli zimne powietrze najpierw lekko podgrzejemy (np. ciepłem z gruntu), a potem sprężymy, to uzyskamy wysoką temperaturę potrzebną do ogrzewania. 

W sprężarkowej pompie ciepła transport ciepła urzeczywistniony jest za pomocą czynnika roboczego, który krążąc w zespole urządzeń, wykonuje obieg Lindego.

Skutek działania pompy ciepła polega na wykorzystywaniu ciepła przegrzania i ciepła skraplania pary czynnika roboczego do podgrzania wody lub powietrza w instalacji c.o lub c.w.u.

Wciąż postępujące zmiany klimatyczne narzucają konieczność wprowadzania rozwiązań, które mają na celu ograniczenie emisji gazów cieplarnianych. Tradycyjne stosowane czynniki chłodnicze mają wysoki Współczynnik Ocieplenia Globalnego (GWP- Global Warming Potential). Jednak dwutlenek węgla jako czynnik chłodniczy jest uznawany za jeden z najbardziej ekologicznych czynników, poza tym CO2 jest niepalny, niewybuchowy i nietoksyczny, co oznacza, że nie rozkłada się w systemie ani gdy jest przypadkowo uwalniany. Znajduje on bardzo szerokie zastosowania od ogrzewania, przez chłodzenie do mrożenia. Wykorzystując CO2 jako czynnik chłodniczy, pompa ciepła może działać przy niższych temperaturach otoczenia oraz może pracować wydajniej w wysokim zakresie temperatur.

Aby zrozumieć zasadę działania mechanicznej pompy ciepła, można zastosować diagram log P-h. Pokazuje on wszystkie zmienne stanu czynnika chłodniczego. Na osi poziomej pokazana jest entalpia (h). Oś pionowa ma skalę logarytmiczną i pokazuje ciśnienie. Pozostałe linie pokazują:

Czerwony: Temperatura [°C]
Niebieski: Entropia [kJ/kg]
Zielony: Objętość właściwa [m3/kg]

• 1-2 Sprężarka: Dzięki sprężarce ciśnienie czynnika chłodniczego wzrasta z 35 do 88 bar. Idealna entropia (s) pozostaje stała podczas tego procesu. W rzeczywistości entropia nieco wzrośnie, ponieważ energia elektryczna potrzebna do zasilania sprężarki jest częściowo pochłaniana przez czynnik chłodniczy. Dzięki temu temperatura CO2 wzrasta do 82,5 °C.
• 2-3 Chłodnica gazu: Przy stałym ciśnieniu czynnik jest chłodzony, następuje oddanie ciepła przez CO2. Temperatura czynnika spada do 15 °C.
• 3-4 Wymiennik ciepła: Część ciepła zostaje wykorzystana do podgrzania czynnika na wlocie do sprężarki.  Zwiększy to efektywność obiegu. 
• 4-5 Zawór rozprężny: Przy stałej entalpii, obniżamy ciśnienie czynnika.
• 5-6 Parownik: Czynnik odparowuje, następuje pobranie ciepła z zewnątrz. Zamyka się obieg termodynamiczny.

Powyżej 31 °C, CO2 jest w obszarze nadkrytycznym. W obiegu transkrytycznym CO2, pobór ciepła w parowniku odbywa się poniżej ciśnienia krytycznego 71 barów. Uwalnianie ciepła w chłodnicy gazu odbywa się powyżej ciśnienia krytycznego 71 barów. Z tego powodu ciepło jest uwalniane w przy stałym ciśnieniu przy zmiennej temperaturze. Jest to przeciwieństwo konwencjonalnych systemów sprężarkowych, w których uwalnianie ciepła odbywa się w stałej temperaturze. Dlatego mówimy o chłodnicy gazu zamiast skraplaczu. Czynnik chłodniczy nie będzie się skraplał jest tylko chłodzony.

Wydajność systemów chłodniczych i pomp ciepła jest określana przez ich współczynnik wydajności COP (Coefficient of Performance), jest zwykle obliczany na podstawie temperatury parowania i temperatury kondensacji. Jednak nadkrytyczna pompa ciepła nie ma temperatury kondensacji, ale zakres temperatur w chłodnicy gazu. Aby obliczyć COP, musimy użyć średniej temperatury w tym zakresie temperatur. Ta średnia temperatura jest obliczana na podstawie temperatury na wlocie chłodnicy gazu  i temperatury na wylocie chłodnicy gazu.

Wysoka wartość COP oznacza wysoką wydajność.

Dla pompy ciepła wartość COP równy 4 oznacza, że dodanie 1 kW energii elektrycznej jest potrzebne, aby uwolnić 4 kW ciepła w skraplaczu. Z drugiej strony: W przypadku systemu chłodniczego COP wynoszący 4 wskazuje, że 1 kW energii elektrycznej jest potrzebny do wyparowania 4 kW ciepła. Ze względu na tę ważną różnicę w definicji COP, w przypadku pompy ciepła często mówi się o COPh. W tym skrócie „h” oznacza ogrzewanie.

Wydajność pompy ciepła, COPh, zależy od kilku czynników. Dominująca jest tutaj różnica temperatur kondensacji i parowania: im mniejsza różnica, tym wyższy COPh. Kolejnym ważnym czynnikiem wpływającym na wydajność jest zastosowany czynnik chłodniczy.

W produkcji spożywczej jak i również podczas przechowywania powszechna jest potrzeba chłodzenia i podgrzewania produktów (gotowanie, pasteryzacja, upłynnianie itd.) 

Zastosowania pomp ciepła w przemyśle spożywczym to między innymi browarnictwo, mleczarstwo, konserwowanie, suszarnie ziarna czy rafinerie cukru.  Najczęstsze procesy to pasteryzacja, odparowywanie, blanszowanie i suszenie. Wymóg sterylizacji wynosi 121 °C, mycie butelek wymaga gorącej wody o temperaturze 80 °C, a różne procesy mycia wymagają gorącego powietrza. W jednostkach do produkcji mleka w proszku powietrze o temperaturze 70 °C jest najpierw wytwarzane przez pompę ciepła, a następnie gorące powietrze jest dalej podgrzewane do 210 °C przez zewnętrzną grzałkę w celu suszenia. Można zatem zaobserwować, że w większości przypadków NH3 nie byłby odpowiednim czynnikiem chłodniczym. CO2 natomiast zapewni lepszą wydajność niż inne płyny. Pompa ciepła na CO2 może również być stosowana w suszarniach wymagających gorącej wody i gorącego powietrza.

Papier ze względu na szerokie zastosowanie, relatywnie niską cenę oraz biodegradowalność jest jednym z najpowszechniej spotykanych produktów. Jednocześnie przemysł celulozowo-papierniczy należy do jednych z najbardziej energochłonnych w gospodarce. Podczas produkcji emituje CO2 i powoduje wysoką emisję dwutlenku węgla. W produkcji papieru kilka procesów, takich jak bielenie masy celulozowej, odparowywanie ługu czarnego i suszenie papieru, wymaga dużej ilości ciepła procesowego. Produkcja masy celulozowej/papieru/ tarcicy wymaga podgrzewania wody, odzyskiwania pary i suszenia produktu.  Pompy ciepła pomagają ograniczyć tę emisję, a tym samym pomagają w zrównoważonym rozwoju. Do suszenia wymagane jest gorące powietrze o temperaturze do 70°C. Obserwuje się, że do procesów suszenia można skutecznie stosować pompy ciepła CO2.

Procesy wymagające dużej ilości ciepła technologicznego to odparowanie, destylacja i suszenie. Pompy ciepła mają również zastosowanie w reaktorach chemicznych. Instalacje rafinerii ropy naftowej wymagają ciepła technologicznego w postaci pary do ciśnienia 5 bar i w temperaturze ok. 135 °C. Istnieje wiele innych procesów, takich jak rozdzielacz propan-propylen, separator propan-butan, polimeryzacja, krystalizacja itp. gdzie wymagana jest gorąca woda lub para o temperaturze 120°C. W procesach chemicznych stosuje się pompy ciepła ze sprężaniem pary, absorpcyjne transformatory ciepła lub kombinowane pompy ciepła ze sprężaniem pary i cykl organiczny Rankine’a.

• PRZEMYSŁ I ROLNICTWO- OGRZEWANIE SZKLARNI, PODGRZEWANIE WODY DO ZAKŁADÓW UBOJU,

• OGRZEWANIE WODY W BASENACH,
• OGRZEWANIE BIUROWCÓW,
• ZAOPATRZENIE SZKÓŁ I SZPITALI W CIEPŁĄ WODĘ