Der Wärmepumpen-Kreisprozess folgt im wesentlichen dem (idealen) Carnot-Prozess, rückwärtslaufend (Kraftwärmemaschine).

Damit können wir die Leistungszahl auch über die Temperaturdifferenz zwischen Wärmequelle (Verdampfer) und Wärmenutzungsanlage (Kondensator) berechnen:

ec = T / (T - Tu) = T / DT

ec = Leistungszahl nach Carnot
Tu = Temperatur der Umgebung aus der die Wärme aufgenommen wird
T = Temperatur der Umgebung an die die Wärme abgegeben wird
DT = Temperaturdifferenz zwischen warmer und kalter Seite

Eine Darstellung der während des Carnot-Prozesses durchlaufenen Werte der Variablen T und S (Entropie) sieht wie folgt aus:

Abb.: T-S Diagramm. Die Kurve besteht aus zwei Adiabaten (S = const) und zwei Isothermen (T = const)

Von Umwelt aufgenommene Energie: Fläche a

Antriebsenergie Kompressor: Fläche b

Gesamte abgegebene Energie: Fläche a + b

S = Entropie = Energieinhalt

4 - 1: verdampfen
1 - 2: verdichten (Temperaturhub)
2 - 3: kondensieren
3 - 4: expandieren

Beispiel:
Tu = 0°C = 273 K, T = 50°C = 323 K
ec = T / (T - Tu) = 323 / 323-273 = 6,46

Ideale Prozesse sind nicht möglich. Die Leistungszahlen für den tatsächlichen Wärmepumpenprozess, also inklusive Verluste, werden daher geringer sein. Aufgrund der thermischen, mechanischen und elektrischen Verluste sowie des Energiebedarfs der Hilfsantriebe ist die effektiv erreichte Leistungszahl e kleiner als ec.

Für Überschlagsrechnungen kann e gleich 0,5 x ec gesetzt werden.