目前,我国即将步入大数据、云计算时代,移动互联网、物联网、云计算等业务量持续增长,使得数据中心需求量不断增加。2016年,中国数据中心市场总规模已达714.5亿元。数据中心内布置了大量服务器等IT设备,核心部件半导体是高发热量元件,需要巨大冷量来维持机房热环境,致使冷却系统能耗是普通公共建筑25倍到30倍。同时,随着IT技术的迅速发展,CPU功率密度也在不断增长,数据中心高热密度程度不断上升。因此,数据中心的节能减排势在必行,自然冷却技术通过对于自然冷源的利用,极大地减少了冷水机组的运行时间,提高了数据中心能源利用效率,是较为高效的解决方案,目前得到了广泛关注。本文研究对象是数据中心湖水源自然冷却系统,对比研究了相对于传统机械制冷系统及冷却塔供冷系统的节能效果,并进一步以能耗最低为目标,分析优化了湖水源自然冷却系统的运行状态。首先,利用Trnsys软件建立冷却系统中冷水机组、冷却塔、冷冻泵、冷却泵、湖水泵、板式换热器等模块,同时加入必要的控制模块及其他辅助模块,搭建了三种不同冷源系统的仿真平台。其次,利用Trnsys仿真平台进行了模拟,分析湖水源自然冷却系统的节能率。模拟结果表明:湖水源自然冷却系统相对于传统机械制冷系统、冷却塔供冷系统的节能率分别为38.6%和34.7%。利用湖水进行自然冷却的数据中心能源利用效率PUE为1.23,与传统机械制冷系统（PUE为1.34）相比,是一个很大的进步。最后,利用湖水源自然冷源系统的Trnsys仿真平台,分析了该冷却系统的运行参数对冷却系统能耗分布的影响;以能耗函数为目标函数,通过模拟仿真确定系统的最佳送风温度和冷冻水供水温度。模拟结果表明:该系统全年能耗随机房送风温度与冷冻水温度温差设定值的增大先减小后增大,能耗均在温差为7℃时达到最小。给定设定温差为7℃,优化送风温度设定值,从而确定系统的最佳运行状态点,即为送风温度设定值T_sa=21℃,冷冻水供水温度设定值T_chw,s=14℃。当湖水源自然冷却系统处于最佳运行状态点时,其运行能耗相比优化前(T_chw,s=12℃、T_sa=18℃)节能34.3%,相比于传统制冷系统节能59.7%。