La pompe à chaleur et le groupe frigorifique sont la même machine ; la différence tient à l’extrémité qui est utile. En froid, c’est la chaleur absorbée par l’évaporateur qui est recherchée, celle que rejette le condenseur est un déchet. Dans la pompe à chaleur, à l’inverse, la chaleur fournie par le condenseur est le produit. Les appareils dotés d’une vanne à quatre voies inversent le cycle et, avec les mêmes échangeurs, refroidissent l’été et chauffent l’hiver. Sur les appareils aérothermiques, l’unité extérieure fonctionne en hiver comme évaporateur, givre et dégivre. Les climatiseurs domestiques sont l’exemple le plus connu de cette disposition.
Son rendement se mesure par le coefficient de performance en chauffage (COP) : la chaleur fournie pour 1 kW d’électricité dépensé. Les valeurs types sont de 3–5 ; on obtient donc la même chaleur avec le tiers à un cinquième de l’électricité d’une résistance électrique. Le COP dépend de l’écart entre la température de la source et celle de l’utilisation : chaque fois que l’écart grandit de 1 K, le rendement baisse de 2–3 %. C’est pourquoi un plancher chauffant à 35 °C fonctionne avec un bien meilleur rendement qu’un circuit de radiateurs à 60 °C.
Dans les installations alimentaires et les entrepôts frigorifiques, la pompe à chaleur la plus rationnelle est celle qui prend pour source la chaleur fatale du système frigorifique. L’eau venant du circuit de condenseur à 25–35 °C est portée à 60–80 °C par la pompe à chaleur et sert à la pasteurisation, au lavage ou au séchage. La source étant tiède, le COP monte au niveau de 4–6. Les installations laitières, de viande et de boissons, qui ont en même temps des besoins de froid et de chaleur, sont celles qui profitent le plus de cette solution.
Pour le choix, on détermine la température d’eau nécessaire, la répartition du besoin de chaleur dans la journée et la valeur la plus basse de la température de la source. La puissance des appareils aérothermiques baisse précisément les jours froids où le besoin est le plus élevé ; à −10 °C, elle peut descendre à 60–70 % de la valeur nominale. Pour les hautes températures, les fluides naturels comme le R290, le R744 et le R717, ou le R134a, se distinguent. Le ballon de stockage évite au compresseur des marches et arrêts à courts intervalles. Le retour sur investissement est directement lié au nombre d’heures de fonctionnement par an.