A recuperação eficiente do calor residual industrial é crucial para alcançar as metas industriais de "duplo carbono". Este artigo aborda os desafios da baixa utilização do calor residual de média e baixa temperatura, a alta demanda por grande elevação de temperatura e a descompasso temporal. Ao recuperar o calor residual contínuo de uma estação de compressão de ar para atender à demanda industrial intermitente de calor de alta temperatura, foi realizado o projeto e estudo de desempenho de um sistema de bomba de calor transcrítico de alta temperatura baseado em fluido de trabalho não azeotrópico e armazenamento térmico por mudança de fase em níveis. Primeiramente, por meio de otimização de objetivo único, foi selecionado o fluido de trabalho não azeotrópico ótimo R290/cis-Buteno (0,5/0,5), com COP de 3,31 e calor útil volumétrico (VHC) atingindo 5.975,63 kJ/m³. Em seguida, foram obtidos os parâmetros estruturais do reservatório térmico, determinando-se a configuração otimizada dos materiais de mudança de fase (PCM) em níveis com razão volumétrica de parafina de alta temperatura para parafina de baixa temperatura de 25∶35. Finalmente, o desempenho operacional do sistema foi estudado, os resultados mostram que a configuração em níveis do PCM (Caso 1) reduziu a heterogeneidade da temperatura do PCM durante os processos de carga e descarga, e manteve uma temperatura média de saída mais alta durante a descarga. Seu desempenho é ótimo, com COP médio de 2,88 e o menor consumo de energia do compressor.

transcrítico; bomba de calor de alta temperatura; fluido de trabalho não azeotrópico; armazenamento térmico por mudança de fase em níveis