中央空调系统能耗在建筑能耗中占比大,使得其一直备受关注。但是空调系统的前期设计的不合理与后期运行及控制不科学使其能耗居高不下,是造成大部分能耗浪费的主要原因。大型中央空调系统实际采用智能控制系统进行节能运行时,因为空调系统存在的多变量、非线性、高度耦合特性,使得运行过程中存在可调性差、稳定性差、节能效果差、滞后性严重等问题亟待人们解决。大型中央空调系统优化设计是优化运行控制、稳定运行的前提,所以对冷冻水管网各末端负荷和各管段管径进行合理设计使得系统在不同的工况下都能较低能耗运行是十分必要。本文为了研究既有的冷冻水系统在不同负荷率下能以较低能耗运行,建立了舒适性风机盘管模型、管网水力特性模型及其次优控制计算分析模型,分别对同程管网和异程管网的空调区域16个空调处理末端区域的人员密度进行模拟计算分析。以管网最小输送能耗作为优化目标,采用随机走步+变步长的次优化计算方法进行次优化计算,得满足一定控制欲度的次优解群,通过分析了次优解的统计规律与随机行为,解群的解符合管网的水力特性,并且运行于不同负荷率工况时冷冻水输送功率较低。结果充分说明,该次优计算方法可用于研究空调区域人员密度分布机理,能为冷冻水管网优化设计提供参考价值,并且优化计算时间短、能跳出局部最优寻求最优解。为了研究出冷冻水管网管径的优化设计范围,本文建立了包括20个末端的同程管网和异程管网结构的模型,对管网各管段的管径大小进行随机取值,以包括初投资、年运行费用等的等价均匀全年费用作为目标函数进行优化计算,根据得出的解群分析统计规律与随机行为,得出各管段管径的参考范围。同时对实际的办公大楼空调系统进行监测与模拟,根据实际监测数据与模拟得到的大量故障数据进行对比分析,探索空调系统末端故障检测。