目前,我国公共建筑多采用集中空调冷水系统来进行室内的温湿度控制。在这类公共建筑物中,空调系统能耗占建筑总能耗的比例很大,而其中的供冷水系统能耗又是空调系统能耗的主要组成部分。采用优化运行的方式降低其能耗,一直都是节能领域的热点课题,其中不乏对系统中冷水机组和水泵等各设备的优化运行研究。然而,系统中各设备在进行自身的优化运行时,相互间的耦合作用会对总体节能效果产生影响,只有考虑系统的全面优化,才能获得最佳的节能效果。在公共建筑中采用的水冷式集中空调冷水系统中,双冷水机组及双泵的一级泵系统是最基本的形式,也是应用非常广泛的形式,本论文以此为研究对象。通过对冷水机组等设备局部优化、冷冻水和冷却水子系统各自全局优化直至供冷水系统全面优化的研究,揭示了集中空调冷水系统各设备能耗的影响因素,水系统全面优化与各子系统全局优化、设备局部优化的节能效果以及系统的节能重点所在。将水泵、电机和变频器组合成一个整体,定义为变频水泵机组。从变频水泵机组运行原理着手,分析其运行特点,推导出变频水泵机组流量比与频率比的一次函数特征方程、扬程比与频率比的二次函数特征方程以及功率比与频率比的三次函数特征方程。为验证以上三个特征方程形式的准确性,在哈尔滨工业大学暖通实验室内搭建了空调水系统多功能水力工况实验平台进行验证。该实验平台既可进行水泵及水泵机组单设备的性能试验,也可进行一级泵闭式水系统的水力工况试验,并通过相应转换,还可在同一平台上进行开式水系统的实验研究。经该实验平台验证,变频水泵机组的三个特征方程形式准确,且其计算精度高于目前常用的三组水泵相似定律方程。冷水机组是集中空调冷水系统耗能最大的设备,分析发现,冷冻水供水温度、冷却水入口温度及部分负荷率是影响螺杆式冷水机组性能系数的三大因素。本文采用回归分析法,建立了双变水温的冷水机组性能系数（COP）模型,其适用于变冷冻水供水温度及变冷却水入口温度情况下的螺杆冷水机组COP性能预测模型,该模型特别适用于不同的冷冻水入口温度情况下,随着部分负荷率降低,其功率降低趋势一致的螺杆冷水机组。通过样本数据对模型进行验证,并与经典GN模型进行对比,表明该螺杆式冷水机组能耗数学模型具有更高的精度。以集中空调冷水一级泵系统为基础建立冷冻水子系统物理模型,以定流量运行模式作为基准运行模式,建立以最小能耗为目标函数的变流量冷冻水子系统全年能耗数学模型。分析发现,影响冷冻水子系统运行能耗的主要因素为冷冻水供水温度及冷水机组运行台数、水泵机组的定变频模式及运行台数。在冷冻水子系统的全局优化时,由于冷水机组与冷冻水泵机组的耦合作用,冷水机组相对于系统节能率为2.44%,低于仅采用冷水机组局部优化运行的3.84%;水泵机组相对于系统节能率平均值为5.26%,低于仅采用水泵机组局部优化运行的5.88%;但此时系统的优化效果最好,节能率平均值为7.70%。采用与冷冻水子系统优化相同的方法进行冷却水子系统的优化,分析发现,在冷却水子系统中,影响其运行能耗的主要因素为冷水机组运行台数、水泵机组的定变频模式及运行台数、冷却塔的运行模式及运行台数。在给定的冷水机组冷却水入口温度情况下,冷却水子系统各设备之间运行不存在耦合现象,即设备的局部优化节能率即等于冷却水子系统整体优化中各设备的节能率。水泵机组相对于系统节能率为12.32%,冷却塔为4.91%,此时系统的整体优化节能率为17.23%。仍以集中空调冷水一级泵系统为基础,结合冷冻水和冷却水子系统物理模型,建立以最小能耗为目标函数全面优化数学模型。结果发现,在集中空调冷水系统全面优化运行时,冷冻水子系统相对于全系统的节能率与冷冻水子系统全局优化运行的结果相同,平均值均为6.84%;冷却水子系统相对于全系统的节能率为2.02%,高于仅采用冷却水子系统全局优化运行的1.94%,差别不大;全系统的全面优化效果最好,节能率平均值为8.86%,高于冷冻水子系统全局优化节能率和冷却水子系统全局优化节能率之和。本文所提出的基于年节能性系统全面优化思想,所建立的集中空调供冷水系统节能全面优化数学模型,除可进行双冷机双泵的供冷水系统节能全面优化外,也可以作为多机多泵等后续复杂的系统优化的基础。