优化制冷机房设计和发展机房运行参数调适技术是降低制冷系统能耗的重要途径,对我国实现碳达峰和碳中和战略目标具有重要意义。与常规制冷机房不能利用自然冷源相比,制冷机房耦合水侧节能系统通过使用自然冷源可以显著降低制冷系统能耗。然而,目前制冷机房耦合系统在控制性能分析和系统运行参数调适方面存在一些局限性:制冷机房耦合系统的能耗特征不够明确;常规制冷机房模拟仿真模型不易捕捉耦合系统设备运行事件状态和控制参数瞬态,且不易系统性评价耦合系统在多种配置情景下的控制性能;以及系统运行参数调适过程主要基于工程经验,对机房整体能耗优化考虑不足。针对这些局限性,本文开展了制冷机房耦合系统的建模仿真和优化控制方面的研究,主要研究内容和结果如下:（1）采用基于方程的Modelica语言建立了空调制冷机房模型和控制模型,通过耦合这两个模型搭建了完整的制冷机房模拟仿真平台,并通过实验验证了空调机房模型的准确性。为了演示制冷机房仿真平台在评估机房耦合系统性能方面的灵活性,研究了制冷机房耦合系统在40种系统情景下的控制性能。40种系统情景由2种系统配置、2种耦合系统运行模式预测控制策略、2种负荷类型和5个典型气候区组成。仿真结果表明,制冷机房模型能够反映系统运行过程中动态物理特性,捕捉系统运行过程中的参数的瞬态特征。制冷系统的主要运行控制参数,如冷冻水供水温度、冷却水供水温度和室内送风温度在绝大部分时间内都能满足设计值,但在系统运行过程中会出现±2℃左右的震荡。该震荡现象是由于系统控制模式转换或者设备开关引起的,且震荡时间通常在320秒以内。（2）建立了两类制冷机房耦合系统的运行模式控制模型,即冷却水温度预测控制模型和冷冻水温度预测控制模型。上述两种控制模型可以调节机房系统运行过程中设备的运行状态,通过减少冷机运行时间和冷机负荷,降低机房的运行能耗。案例仿真结果表明,机房耦合系统在两种运行模式控制策略都能获得明显的节能率。与常规机房相比,机房耦合系统可以显著减少寒冷地区冷水机组运行时间,但对温热地区冷机的运行时间影响有限。在稳态负荷下,机房耦合水侧经济器串联系统可以分别减少哈尔滨和北京城市冷水机组开机时间的47.4%和31.7%,减少机房能耗50%和37.4%;在昆明和广州,耦合系统可以通过降低冷冻水的回水温度来降低机房16.3%和6.7%的能耗。（3）揭示了制冷机房耦合系统在能效特征和运行经济性方面的区域化变化规律。通过对40种制冷机房耦合系统案例进行仿真研究,结果表明:机房制冷能效比（EER）与气候区有强相关性,从寒冷到湿热地区,在稳态负荷下机房EER从11.5至6.3逐渐降低,在动态负荷下EER从13.2至8.1变化。机房的运行经济性除了与能耗相关之外,还受到区域化峰谷电价的影响。在稳态负荷下,机房耦合水侧经济器并联系统在昆明的能耗是广州的88.6%,但由于前者的峰谷电价更低,机房年运行费用仅为广州机房运行费用的55.1%;（4）发展了基于模型预测控制技术的制冷机房耦合系统运行参数优化技术,解决了耦合系统运行参数提前优化调适的问题。基于机房能耗最优为目标,建立了机房能耗优化数学模型,并利用遗传算法和负荷预测技术对机房的运行参数进行逐时优化调适。提出了模型参数连续性优化方法,解决了模型预测控制优化仿真时参数值初始化的问题。优化结果表明,在稳态负荷下,优化后耦合系统的机房能效比EER可达6.9以上,EER相比于优化前提升9.7%以上。利用模型预测控制技术对制冷机房的控制参数进行提前调适,使机房处于最优运行状态区间,对提升机房的运行能效,降低建筑运行能耗和碳排放具有重要意义。