随着全球互联网事业的迅速发展及数据中心规模的不断扩大,数据中心能耗和散热量也不断增加。为了保证数据中心IT设备的正常运行,需要配备相应冷却系统,为IT设备提供安全的运行环境。在数据中心能源消耗中,冷却系统能耗高达总能耗的40%左右。室外自然冷源利用不充分及送风温度过低是导致数据中心冷却系统运行能耗过大的重要原因。本文针对数据中心能耗过高的原因,通过采用合适的自然冷却方式和选择合适送风温度两方面对华北地区数据中心冷却系统进行优化研究,从而降低数据中心能耗。主要内容包括:(1)建立常见自然冷却系统模型,包括地表水冷却、水侧自然冷却并联系统、水侧自然冷却串联系统、风冷型水侧自然冷却、风侧直接自然冷却、风侧间接自然冷却六种系统,并给分析各种系统在不同运行模式下的控制策略及系统的优缺点。(2)以华北地区的天津市、张北县和运城市三个城市的数据中心为研究对象,从自然冷却在不同城市的可行性,自然冷却系统形式、送风温度对自然冷源利用天数的影响,送风温度对制冷机组COP的影响三个方面对华北地区不同城市数据中心自然冷却的节能潜力进行分析。(3)对华北地区三个城市数据中心自然冷却能耗和耗水量进行模拟分析。在利用DeST-c软件对数据中心机房冷负荷进行模拟的基础上,建立自然冷却系统的TRNSYS建仿真模型,对三个城市的数据中心在不同自然冷却系统形式、不同送风温度下的能耗和耗水量情况进行模拟,分析自然冷却形式及送风温度对系统能耗和耗水量的影响。(4)建立数据中心自然冷却系统评价的能耗、耗水量和经济性评价模型,从PUE、WUE、年总费用三个方面对各地数据中心在不同自然冷却系统形式、不同送风温度下的综合性能进行评价分析,旨在找到更适合各城市的自然冷源利用形式及送风温度。结果得出:对于天津市及其他气候、资源条件相似的城市应采用风侧直接自然冷却的方式、尽量降低送风温度或采用海水冷却(地表水冷却)的方式、尽量提高送风温度;张北县及其他气候、资源条件相似的城市应采用风侧直接自然冷却的方式,尽量降低送风温度;运城及其他气候、资源条件相似的城市应采用河水冷却(地表水冷却)的方式,尽量提高送风温度;提高数据中心机房送风温度或增加部分自然冷却模式后,自然冷却系统综合性能不一定变好。