随着通信和网络技术的飞速发展、数据中心的建设数量和规模迅速增加。据测算，我国数据中心总量已超过40万个，其总能耗占全社会总能耗的1～2%，其中空调系统能耗平均占数据中心总能耗40%左右。数据中心节能，尤其是空调系统节能已经成为日益关注的课题。数据中心机房空调系统的最大特点是散热量大，全年需要连续不间断地供冷。其中，冷水机组能耗是空调系统的主要能耗。因此，降低冷水机组能耗，提高其能效成为实现数据中心节能运行的关键。为解决这一难题，冷却塔自然冷却技术受到了业内的广泛关注。

冷却塔供冷技术就是指在原有空调系统（存在冷却塔）基础之上，适当增加一些管道、阀门和设备等，通常在过渡季节和冬季，当室外大气湿球温度达到或低于某一定值时，关闭原有冷水机组，将通过冷却塔的冷却水间接或者直接作为空调冷源，代替原有冷水机组向建筑群供冷，由于此过程中关闭了冷水机组，节约了冷水机组能耗，具有较明显的节能效益。

冷却塔供冷（TowerCooling）系统，又称免费制冷，是十九世纪八十年代，由美国采暖、制冷和空调工程师协会（ASHRAE）提出的概念。

19 世纪 80 年代，冷却塔供冷技术最先引起了欧美国家的关注，该技术在这些国家首先推广应用，到 90 年代该技术就得到了广泛应用，同时在理论研究方面也取得了颇多成果，ASHRAE 更是收录了多篇冷却塔供冷技术的文献，1990年收录的文献中指出，冷却塔供冷技术具有很高的节能效益，并对该系统涉及到的一些主要设备进行了优化研究[16]；Hugh Crowther 等人分析研究了该系统的换热过程，并提出了几点关于优化冷却塔的意见[17]；之后，Marley 对冷却塔供冷系统进行了详细的分析，并就节能措施提出多项改进建议[18]；同一时期，该技术引起了欧洲的广泛关注，欧洲对该技术的研究也是如火如荼，基于北欧干冷的气候特点，使得该技术的节能效果更加显著，也因此在北欧得到了广泛应用，Jorge Facao 基于欧洲特殊的气候条件，对该系统的发展给出了很多改进意见[19]。T L White 对位于美国圣路易斯的需要全年供冷的某办公实验综合楼进行了研究，当对系统进行节能改造安装板式换热器进行冷却塔供冷后，当室外湿球温度降到7.2℃时，冷水机组关闭并转入冷却塔供冷模式，每年可以节约运行费用 12.5 万美元[20]；S.A.Mumma 对一栋办公楼的春秋季节进行了研究分析，当室外湿球温度为 7℃时开启冷却塔供冷系统，全年可以节约冷水机组开机时间 1044 小时，承担冷负荷 713688kWh，节能效果显著[21]；欧美国家对冷却塔供冷技术的研究和应用起步较早，发展较快，目前已经达到了一定的程度，在这些西方国家，冷却塔供冷技术也已在空调系统中得到了广泛应用，并取得了明显的经济、节能效果，后期对该技术的研究也已从最初的单一系统到与其他空调技术结合应用，如辐射顶板末端装置与冷却塔供冷技术的结合，考虑到辐射板对供冷温度的要求相较风机盘管要低，在春秋季节或者冬季，可以借助室外大气温度较低的优势，最大化利用冷却水的降温作用，增加冷却塔的供冷时数，与此同时，冷辐射板在热舒适性方面也有了明显的提升[22]。

我国对于冷却塔供冷技术的研究相对较晚，在欧美成熟的理论体系和实践应用基础上，我国许多高校、科研机构以及空调厂家都对冷却塔供冷系统结构、原理和节能效果做了相应的研究，随着科研的大力投入，冷却塔供冷技术在我国的实际应用案例也逐渐增多。由于冷却塔供冷技术在室外大气温度较低、相对湿度比较小的地区可以发挥更大的节能潜力，故而在我国北方偏干燥的地区应用最早也较多，例如东北的哈尔滨、首都北京以及西部的西安，这些地区推广该技术都得到了显著成效，而对于我国夏热冬冷地区，伴随大型建筑的增多，也开始应用此技术。

虽然我国相对欧美等国应用该技术较晚，但有很多实际应用的案例，马最良教授对于该系统进行了深入的研究，从系统的形式、特点到运行优化，方方面面发表多篇高水平论文，为其他科研人员开辟道路，奠定基础，并从供冷温度、设备选择、气象参数以及建筑负荷特点几个方面对该技术的经济性因素进行了概括性分析[2]；几年后，马教授结合我国实际的情况对冷却塔供冷技术又进行了进一步探讨，针对我国7个典型城市（北京、上海、广州、哈尔滨、西安、兰州、乌鲁木齐）分别建立系统能耗模型，通过对节能率、供冷温度等参数的分析给出该技术的适宜性，可用作设计参考[24]；在大量模拟结果的基础上，马教授的团队进一步分析了系统形式、室外的气象条件、建筑空调负荷特点、冷水供冷温度对系统能耗的影响，深化对该系统的理解，为该系统的广泛应用奠定了理论依据和参考基础[25]。

曲凯阳等对该系统中冷却水的水质对冷却水系统的节能性影响进行了详细的探讨，在探讨了冷却水水质处理的方法之后和处理后系统的节能效果之后，从冷却塔和冷却水输配系统等设备选型的角度出发，分析了不同设备的选型对冷却水系统能耗的影响，为后期冷却塔的节能改造提供很高的参考[26]。

王菊花、任世堔、许双霜分别对位于重庆、南京、武汉三地的实际工程进行了分析，对该系统的应用可行性、节能潜力、系统的经济性进行了详细的探讨[27-29]，通过三人的研究结果，可以看出该技术在各自地区均有一定的实用前景，可以推广应用。

孙敏生、储群飞对冷却塔供冷系统的适用条件、系统需要设定的供冷温度、系统冷却水量、冷冻水侧供水温度、冷冻水量以及供冷时间等一些关键问题进行了讨论，在不同的室外大气湿球温度下，对该系统的运行特性进行了分析[30]。

目前，国内外研究多采用实际测量或温频法等简化的能耗计算方法进行分析，实测的分析成本、时间成本较高，简化算法结果与实际结果差别较大，均存在不足。查阅文献可知，基于软件建模分析的文献相对较少，modelica作为一种先进的建模仿真语言，可以在dymola软件平台上针对冷却塔自然冷却技术进行建模仿真研究。本文希望可以利用其在建模仿真方面的优越性，为冷却塔自然冷却技术的优化选择提供参考。