针对大朝山水电站地下厂房老旧空调系统能效低下及可靠性差的问题，提出一种融合多目标约束优化选型与智能协同控制的制冷主机改造方法。本研究首先构建了以制冷量、供电容量、空间尺寸为约束条件，以综合能效比(IPLV)、运行电流、设备兼容性为优化目标的选型模型，确立了风冷变频涡旋机组与智能高压微雾系统的协同技术路线。实施后，通过建立改造前后能效对比评估模型，验证了该方法的有效性。结果表明：在主厂房满负荷运行工况下，厂内关键区域温度平均降低5 ℃，系统总功耗下降12.8%(月节电约61 MW·h)，综合能效比(IPLV)提升至4.0，并采用R410A制冷剂实现零臭氧消耗潜值(ODP)排放。该研究为类似复杂约束条件下的工业空调系统节能改造提供了可量化的决策模型和成功案例，具有显著的工程应用价值与推广意义。