La recuperación eficiente del calor residual industrial es fundamental para lograr los objetivos industriales de "doble carbono". Este artículo aborda los desafíos de la baja utilización del calor residual de temperatura media y baja, la alta necesidad de aumento de temperatura y el desajuste temporal. Mediante la recuperación del calor residual continuo de una estación de compresores de aire para satisfacer la demanda industrial intermitente de calor de alta temperatura, se llevó a cabo el diseño y estudio del rendimiento de un sistema de bomba de calor de alta temperatura transcrítica basado en un fluido de trabajo no azeotrópico y almacenamiento térmico de cambio de fase escalonado. Primero, mediante optimización de un solo objetivo, se seleccionó el fluido de trabajo no azeotrópico óptimo R290/cis-Buteno (0,5/0,5), con un COP de 3,31 y un calor útil volumétrico (VHC) de 5975,63 kJ/m³. Posteriormente, se obtuvieron los parámetros estructurales del acumulador de calor y se determinó la configuración óptima de materiales de cambio de fase (PCM) escalonados con una relación volumétrica de parafina de alta temperatura a parafina de baja temperatura de 25∶35. Finalmente, se estudió el rendimiento de operación del sistema; los resultados muestran que la configuración escalonada de PCM (Caso 1) reduce la desigualdad térmica de la temperatura del PCM durante los procesos de carga y descarga, y mantiene una temperatura de salida promedio más alta durante la descarga. Su rendimiento es óptimo, con un COP promedio de 2,88 y el menor consumo energético del compresor.

transcrítico; bomba de calor de alta temperatura; fluido de trabajo no azeotrópico; almacenamiento térmico de cambio de fase escalonado