随着5G、云计算、人工智能等技术的快速发展,信息化浪潮已席卷全球,数据中心作为各行业信息系统运行的载体,已经成为数字经济发展的重要支点。数据中心规模和数量的不断增加带来了严峻的能耗和环境问题,因此提高其能源利用效率以降低运行能耗势在必行。冷却塔供冷技术作为目前数据中心空调系统应用最广泛的节能手段之一,明确该技术在不同地区的能耗及水耗特性,优化其应用效果至关重要。本文以重庆某数据中心为案例,通过数据中心能耗与水耗计算模型定量分析冷却塔供冷技术在全国34省会城市的应用效果并建立基于冷却塔供冷技术应用效果的气候分区,最后提出最大化利用室外冷源以延长冷却塔供冷时长的优化方案。本文首先从数据中心室内环境要求、能耗及能效现状及冷却塔供冷技术在数据中心的应用三个方面综述了国内外研究现状,基于现有研究的不足明确采用理论分析计算、现场实测和实验室测试的研究方法,确定了本文的主要研究内容。通过对冷却塔供冷系统原理、应用形式及管网设计的概述对比了不同应用形式及管网连接形式的优缺点。以重庆某数据中心为对象,通过现场实测与调研,以空调系统各设备运行参数及相关能效评价指标量化了冷却塔供冷技术的实际应用效果。准确的服务器功耗模型是数据中心能耗和水耗计算的关键。研究了Lookbusy、Stress和SPECpowerssj＿2008三种服务器性能测试软件对服务器硬件调用程度及功耗的影响,选取基于耦合进风温度的服务器功耗模型得到了数据中心能耗及水耗的计算方法,为后续分析提供理论依据。通过对现有22个能效评价指标的归纳总结,提出了基于数据中心算力的能效评价指标,可对空调、供配电及辅助系统的效率进行评价。以被测数据中心为案例,利用数据中心能耗及水耗计算模型得到了冷却塔供冷技术在全国34省会城市的应用效果。提出冷却塔折合供冷时长、WESR对其能耗与水耗进行评价,基于冷冻水供回水温度为12/18℃和21/27℃下冷却塔供冷技术的利用难度及潜力,综合考虑冷却塔供冷技术的节能量及耗水量,将全国分为4个气候区域,针对不同气候区域提出冷却塔供冷技术的应用建议,为数据中心的选址提供参考。为最大化利用自然冷源,基于冷却塔供冷系统传热过程中的温差损失及冷却塔不同设计运行参数下的性能曲线,提出降低冷却塔进出水温差或调节冷却塔运行流量比共3种优化方案。从冷机能耗、PUE、耗水量等方面对比了各方案在不同气候区域的优化效果。