近年来中国持续深化经济改革和产业调整,数据中心行业随着各行各业信息化程度的不断提高,也迎来了快速发展期。截至2018年,全球IDC市场规模达到6253.1亿元人民币,增速为23.6%。同时期中国IDC市场总规模达1228亿元人民币,同比增长29.8%。随着数据中心规模的不断扩大,能耗问题也日益凸显。根据相关资料显示,2020年我国数据中心耗电量预计将达到2500亿kW·h,其中数据中心空调系统能耗占总能耗的40%左右。因此数据中节能发展的关键问题是如何降低制冷系统能耗。在冬季和过渡季室外蕴藏大量的低焓值空气,通过自然冷却技术最大限度地利用自然冷源,减少全年冷水机组的使用是数据中心空调系统节能降耗的重要手段。国内外研究学者对数据中心自然冷却技术进行了大量研究,其中影响系统节能的因素较多,对于制冷系统而言,各个影响因素会互相影响,很难仅通过优化某个设备或运行参数来实现系统节能。在此背景下,本文以北京移动某数据中心为研究对象,针对冷却塔+板换间接式自然供冷系统形式,通过软件TRNSYS 17建立系统模拟仿真平台,从系统全局出发进行节能分析、自然供冷系统控制策略制定、不同制冷模式运行参数设计优化和冷水机群控系统设计优化等方面研究。首先,对数据中心负荷特性和空调设备特性进行描述,建立完整的末端机房负荷计算模型和系统各设备数学模型。在此基础上编写数据中心制冷模式切换控制策略、精密空调变风量控制策略、冷冻水定温差控制策略和冷却塔出水温度控制策略等全局控制系统。最终通过TRNSYS 17搭建数据中心冷却塔自然供冷系统模拟仿真平台。其次,根据《数据中心设计规范》GB50174-2017对数据中心制冷系统环境要求,进行系统模拟工况参数选取。通过模拟仿真平台从系统全局出发探究不同参数对系统运行控制和能耗的影响,包括机柜送风温度、冷冻水供回水温度和冷却塔出水温度。其中末端精密空调的能耗主要由机柜送风温度和冷冻水供水温度差值决定,同时冷冻水供水温度也决定了冷水机组的能耗以及全年自然供冷时长,经过综合比较,当机柜送风温度为23℃,冷冻水供水温度为16℃,此时系统全年运行最优。同时针对系统不同制冷模式,优化冷却塔出水温度控制策略,提出在完全自然冷却模式采取14.5℃定温控制策略。在混合制冷模式和机械制冷模式采取比室外室球温度高4℃的定温差变风量控制方式。最终得出数据中心冷却塔自然供冷系统全局最优工况参数设置,并分析在上述最优控制模式下,全国五大建筑气候区典型城市的节能潜力排序:哈尔滨>西安>上海>大理>海口。最后,为了保证冷水机组的实时运行效率,降低冷水机组群在部分负荷下的运行能耗。本文根据末端机架使用情况建立三种制冷负荷工况,针对负荷分配方式不同建立逐台启停、均分负荷和基于COP最佳负荷分配三种群控策略,对比不同负荷分布情况下三种冷机群控策略系统运行能耗,得出不同负荷分布情况下能耗最低的控制策略,制定出最优数据中心冷水机组群控策略,从而提高冷水机组效率降低系统能耗。