随着电子设备的发展，机房内高热密度服务器数量逐渐增多，其散热量也以惊人的速度增长，仅增加穿过架空地板或者天花板的冷空气供应量不仅不能满足高热密度服务器机柜散热的需要，而且造成能源浪费。本文对某数据机房的温度和空调耗电量进行了测量和分析。为保证高热密度服务器的正常工作，减少能源的浪费，本文介绍一种新的散热方法—水冷，该系统具有节能、环保等特点。本文从能源环境以及水冷技术等方面提出了机柜水冷系统的研究背景及意义，对国内外关于机柜水冷技术的研究现状进行了综述。根据设计要求及系统特点，设计了一台水冷机柜，搭建了实验测试装置，对系统的相关数据进行采集。根据实验数据展开分析，水冷机柜能移除机柜内的大部分热量，降低机柜出风温度，维持机房内的温湿环境。以北京地区为例，根据外界气温变化情况，提出利用自然冷源的制冷方法，并对系统的节能性问题进行了探讨。实验和理论分析结果证明，系统整体匹配性较好，具有普遍适应性。为了实验系统能自动安全运行，开发了温湿度监测系统、综合控制系统。最后提出了高热密度服务器机柜水冷系统在机房中应用方案，为旧机房改造和水冷技术的推广使用提供理论和设计指导。