现代建筑中，空调系统冷冻机房的耗电占具了大楼总电耗相当大的部分。对于商用建筑，例如写字楼、商场、酒店，冷冻机房耗电可达到大楼总耗电量的30-35%。同样情况也发生在工业场合，冷冻机房主要用于空调系统或者工艺冷却需求，在工厂的总能耗中也占据相当大的比例，例如纺织厂、电子半导体厂，冷冻机房的运行耗电大约是工厂总耗电的15-25%。因此，最大化地节省冷冻机房能耗对降低整体建筑物的能耗有着至关重要的意义。通过超高效中央空调冷冻站节能优化控制系统，对冷冻机房进行节能改造控制。以机房各设备的基本特性为基础，以系统的制冷负荷为依据，结合现代智能优化算法对冷冻机房进行建模及仿真，通过各种控制、优化措施协调冷冻机房内各设备的联合运行。以冷冻机房整体能耗最低为控制目标，并具有先进的模拟工具模拟全年8760小时的机房运行，科学诊断现有机房的能耗以及效率状况。
        超高效节能优化控制系统是从常规冷冻机房各设备组DDC闭环独立控制研制而成的以数学模型为基础的整个冷冻机房系统PLC多维、主动寻优的节能控制系统。冷冻机房控制系统是建立在冷冻机房的每个设备模型的基础上，通过多维寻优的方法寻找整个冷冻机房的最佳效率点，保证冷冻机房能动态地运行在最佳效率点上实现最佳节能目标。冷冻机房的耗能主要设备为冷水机组、冷冻水泵组、冷却水泵组、冷却塔组，机房的综合能耗由每个单体设备的能耗累加而成，但是每个单体设备的能耗又受到多种因素的影响。在具体的控制策略中，首先根据冷冻机房内各设备的特性建立各自的能耗数学模型，在此基础上建立整个冷冻机房的能量平衡数学模型及能耗数学模型。在系统运行时，控制计算机以一定的时间步长测量制冷负荷的实时值以及其他参数（例如温度，压力，室外工况，流量等），并据此进行各能耗数学模型的联合求解，从成百上千种各参数运行组合方式中找出能够满足此制冷负荷的、且整个冷热水机房总能耗最低（即整体效率最高）的工作状态。在此基础上，控制计算机确定各受控变量的设定值，并将之传送到对应的下位机PLC中，再由下位机PLC控制各台设备的运行状态，使得整个冷冻机房运行在效率最高的状态下。与市场上其它类型的冷冻机房自控系统不同，优势在于其强大的数据库背景和完善的数学模型来实现综合的、非单个设备的系统节能控制。
硬件：
        节能控制系统为两层构架，上位机为工业控制计算机，负责整个控制策略的实现及整个机房运行状态的监视；下位机为PLC，实际控制各相关设备的运行。控制计算机与PLC之间采用RS 485方式实现控制器以及监控主机之间的通讯。
中央控制站：
        中央控制站以工业控制计算机为硬件基础，安装核心节能优化控制软件。该软件以各个设备模型为基础，根据设备控制子站采集到的系统工况按照优化算法进行计算，并将计算结果传递给设备控制子站作为其执行的依据。另外，中央控制站的软件界面承担了机房日常运行管理的工作。
设备控制子站：
        设备控制子站以工业级别的PLC控制器为基础，执行中央控制站发出的指令，对冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔及相关执行机构实施控制。同时，控制子站通过相关传感器采集系统运行参数，通过工业以太网传送至中央控制站参与优化程序计算。
传感器、执行机构：
        当前的水系统管路需要增加的传感器、执行机构包括：

冷冻水供回水管温度传感器；

冷冻水供回水管压力传感器；

冷却水供回水管温度传感器；

冷却水供回水管压力传感器；

冷冻水总管流量传感器冷却水总管流量传感器；

室外温湿度传感器等

智能电表

        采用智能电表记录各设备实时功率及累计功率。这种智能电表可测量有功功率，无功功率、有功无功组合，功率经隔离变送成线性输出的模拟信号。冷水机组的功率变送器安装在冷水机组配电柜电源进线上桩头侧，冷冻水泵和冷却泵的功率变送器安装在每台泵的变频控制柜内，冷却塔的功率变送器则安装在冷却塔风机开关柜内。
软件：
        一个冷冻机房主要由冷水机组、冷冻水泵组、冷却水泵组、冷却塔组构成，其整体能耗受到多种因素的影响，是这些因素的函数。例如，影响冷水机组效率的主要因素有机组制冷量、冷冻水供水温度（或冷水机组蒸发压力）、冷却水进水温度/出水温度（或冷水机组冷凝压力）等。同样，离心水泵组的整体效率也是其流量和台数的函数，且一般在水泵流量75%~90%的范围内，水泵效率出现峰值。同时，控制方式和水泵转速也会影响水泵效率。
        由于冷水机组、冷冻水泵和冷却水泵的效率都有峰值存在，而在实际运行时，这些设备的工况一般不会恰好同时运行在各自的峰值效率点上。同时，冷冻水的温度与流量，及冷却水的温度与流量都允许在一定的范围内变化，而不会对满足制冷需求造成影响。这样，就有可能通过统筹考虑，通过合理选择冷水机组出力、冷冻水供水温度及流量、冷却水进水温度以及冷却塔工作状态等参数，调整各设备的工作状态，达到使整个冷冻机房设备运行效率最高的优化目标。
        系统的控制原理是对冷冻机房内的全部设备，包括冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔，建立性能模型，并应用计算机联合计算求解出冷冻机房的最低总能耗，然后进行控制寻优找出各设备实现机房最低能耗的运行工况，并对其进行主动式控制而非传统的被动式反馈控制。节能控制系统能够充分利用冷水机组在部分负荷下的高效率优势，根据当前系统的实时负荷需求，运行不同的台数组合，使每台冷水机组都在其最佳效率点附近运行。同时，主动控制水泵和冷却塔，使系统的综合效率趋于最佳 – 即冷冻机房能耗最低。下图所示为优化控制原理示意图。
        在具体的控制策略中，首先根据冷冻机房内各设备的特性建立各自的能耗数学模型，在此基础上建立整个冷冻机房的能量平衡数学模型及能耗数学模型。在系统运行时，控制计算机以一定的时间间隔测量制冷负荷的实时值，并据此进行各能耗数学模型的联合求解，找出能够满足此制冷负荷的、且整个冷冻机房总能耗最低（即整体效率最高）的工作状态。在此基础上，控制计算机确定各受控变量的设定值，并将之传送到对应的PLC中，再由PLC控制各台设备的运行状态，使得整个冷冻机房运行在效率最高的状态下。优化计算中所涉及到的数学模型有：冷水机组能耗模型、冷却水泵能耗模型、冷冻水泵能耗模型和冷却塔性能模型。
离心式冷水机组模型及控制：
        通过我们建立的冷水机组的能耗模型，可以精确计算出冷水机组在各运行工况下（如：不同的冷冻水进出水温、冷却水进出水温、部分负荷率等）的能效COP，从而得到各种系统工况下冷水机组的能耗，并显示在上位机上。本项目的模型计算中将充分考虑到当前冷冻机房中的离心式冷水机组和地源热泵机组的性能参数。优化算法中将在离心式冷水机组和热泵机组精确建模的基础上，在不同的工况下充分发挥定频离心机组的最佳性能。
        冷水机组的台数控制和加减机策略是基于优化程序的计算结果来执行的。即在满足不同的冷负荷需求的前提下，以机房整体能效比最高为控制目标，在不同运行组合中寻优而确定冷水机组运行的台数，并进行加减机判断。
下位机（设备控制子站）内嵌的控制算法中已考虑冷水机组冷冻水最低流量的要求，与采集到的冷冻水回水总管上的流量值进行比较和控制，以保证冷机的最小流量不低于限定值，保证冷机不会出现结冰现象，此流量可以显示在上位机上。同时系统监测蒸发温度和冷凝温度，根据机组的喘振曲线，在喘振误区范围附近，不再降低流量，可以避免由于冷机喘振而发生自动停机。
空调循环水泵模型及控制：
通过建立空调循环水泵的能耗模型，可以精确计算出空调循环水泵在各运行工况下(如：不同的冷冻水流量、扬程和运行频率等)的能耗，并显示于上位机上。
空调循环水泵根据最不利点的压差信号来进行变频调速，保证系统最不利点冷热水压力满足系统要求，并显示于上位机上。冷热水供水压差设定值根据末端需求进行流量重置，空调循环水泵据重置后的压差设定值工作，通过优化算法计算得到最佳流量，控制水泵变频器，使水泵运行在实时优化工作点。
空调循环水泵的变频器设置有最低频率点的限制控制，可以保证通过冷机冷冻水的最小流量，保证机组的安全运行。
冷却水泵模型及控制：
通过建立冷却水泵的能耗模型，可以精确计算出冷却水泵在各运行工况下(如：不同的冷却水流量、扬程和运行频率等)的能耗，并显示于上位机上。
冷却水泵的台数和运行频率控制都是基于流量优化及温度控制来执行的，以机房整体能效比最高为控制目标，在不同的组合中实时寻优来确定冷却水泵的运行方式。
冷却水泵的变频器设置有最低频率点的限制控制，可以保证通过冷机冷却水的最小流量，保证机组的安全运行。
冷却塔模型及控制：
        通过我们建立的冷却塔的热湿交换模型，可以精确计算出冷却塔在各工况下(如：不同的冷却水进出水温、冷却水流量、排热量、室外湿球温度等)的运行参数。
冷却塔的台数控制是基于优化程序的计算结果来执行的，即在满足不同的排热量需求的前提下，以机房整体能效比最高为控制目标，在不同运行组合中寻优而确定冷却塔运行的台数。
冷冻水供水温度重置：
        冷水机组冷冻水供水设定温度的上限根据室外温度重置。冷冻水供水温度上限根据室外温度进行分区间选择即可以进一步为降低机房能耗提供机会，也同时确保了不同室外条件下的除湿要求。中央计算机的优化程序在不同室外干球温度条件下优化选择对应区间内的冷冻水供水温度，所选之该温度即能对应最低的冷冻机房整体能耗。
控制功能：

实现冷冻机房综合能耗最低；

冷水机组智能化喘振保护；

冷水机组冷冻水供水温度重置；

冷冻水泵变频控制；

冷冻水泵台数控制；

冷却水泵变频控制；

冷却水泵台数控制；

冷却塔台数控制；

冷却风机变频控制；

冷却水温度重置；

电动蝶阀开关控制等

机房管理功能：
除了实现整个冷冻机房的高效节能，系统还能实现冷冻机房所有所需要的自动化管理的功能，提供基于WINDOWS的可视化操作界面，具体功能包括：

冷冻机房综合能耗自动记录及计算；

各设备运行状态显示及历史数据趋势分析；

各设备运行时间累计及轮换控制；

运行状态报告；

故障报警；

自动和人工模式切换；

操作员访问权限；

远程监控。

         智能优化系统的用户界面友善清晰,触摸屏控制快捷方便，图中反映了系统运行情况、设定值和设备信息等，强大的数据库功能便于能耗比较。用户界面友善清晰,触摸屏控制快捷方便，简洁的图标，方便用户操作和查看系统运行状况；强大的数据库功能便于能耗比较和EMC合同能源管理的实施；历时数据自动记录备份，方便用户查看以往运行情况、历时运行数据的统计分析和运行诊断功能。