集中空调在为人们营造舒适环境的同时也带来了严峻的能耗问题,空调节能势在必行。在影响空调系统能耗的众多因素中,自动控制系统是很重要的方面。随着越来越多大型楼宇自动控制系统(Building Automation System,BAS)的日益广泛化,对整个建筑物的空调及其他系统进行集成化管理和最优化控制已成为可能。当集中空调系统处于部分负荷时,如何通过优化控制管理、实时合理地给出各下位机控制器的控制变量设定值?这些问题的解决好坏对整个系统的能耗影响巨大,尤其在集中空调水系统中,管路复杂能耗大,若加强其优化控制研究,必能开发整个空调系统的巨大节能潜力。同时,控制系统的优化问题已成为提升空调系统的关键所在。本文的目的是在建立仿真的基础上,对建筑空调水系统的控制优化问题进行研究。本文以典型的变水量(VWV,Variable Water Volume)系统为研究对象,以节能和拓展控制的可及性为目标,研究和设计各优化控制策略对VWV系统的运行性能以及控制特性的影响。变水量由于其控制变量更多以及控制系统更为复杂的特点,传统的依赖经验控制的方式在很大程度上已无法很好地完成系统的优化和节能的任务,更不能很好地体现VWV系统的节能优势。本文首先建立了典型结构的建筑空调变水量水系统数字仿真器。在建立系统各部件数学模型的基础上,以TRNSYS为系统仿真平台,将各部件模型连接成系统数字仿真器。为了提高系统仿真器的运行速度,本文在建立系统的压力流量平衡时,把各部件的压力流量关系单独抽取出来建立单独的模型。系统的仿真结果表明,系统数字仿真器能够模拟实际系统的整体运行趋势,能够完成基本的控制要求,为优化控制策略的研究提供了必要的基础。在仿真分析的基础上,本文提出了对冷媒水供水压差和供水温度的单独实时优化以及串级优化控制策略、多台冷水机组联合运行系统的最佳COP运行控制策略和多控制变量同时优化的、在线可预测性的、系统层次的优化控制策略。冷媒水的供水压差和供水温度是影响系统冷量供给和能耗的关键因素,不合适的供水压差和供水温度设定值有可能会造成系统的冷量供给不足或能耗的浪费,而且这两个设定值又具有一定的相互补充的功能,因此本文提出了基于空气处理装置(AHU, Air Handling Unit)阀位信息的供水压差和供水温度串级优化控制策略。仿真的试验结果表明,该优化控制策略不仅能够更好地满足系统冷量的供给要求(拓宽了系统的控制范围),而且有较好的节能效果。冷水机组能耗是HVAC系统耗能的最主要部分,而冷水机组的能耗是与其负荷率密切相关的。对于多台机组联合运行的系统,特别是不同额定功率的多台并联运行机组,它们在部分负荷下所承担的负荷通常都未达到其额定负荷,因此通过优化启停机组的数目和优化分配各台机组的负荷以提高机组的负荷率是提高系统整体COP(Coefficient of Performance)的有效途径。本文分别采用离线回归和在线自适应的两种方法获得机组COP与机组部分负荷率(PLR,Part Load Ratio)的关系,在建立冷水机组系统能耗方程的基础上,利用序贯加权因子法(SWIFT,Sequential Unconstrained Minimization Technique)的优化方法求解获得各台机组所承担负荷,并通过每台机组冷媒水温度的设定实施控制。仿真试验结果表明,按照用户负荷优化机组启停并优化负荷分配之后,系统控制特性稳定,能够很好的满足用户侧负荷,而且节能效果明显。最后,在局部优化控制的研究基础上,本文又提出了集中空调水系统层次的在线可预测性的优化控制策略,该控制策略基于简单的物理特性及自适应控制技术的模型参数在线辨识,以水系统总能耗为目标函数,能通过自校正式的在线仿真对系统的运行特性和控制特性进行实时预测,同时采用基因遗传优化算法求解各控制变量在预测时间段内的最优设定值。仿真试验结果表明,对冷媒水供水温度和二级泵供水压差两个控制设定值的同时优化,在保证系统控制特性稳定的前提下能够更大地节约整个水系统总能耗。