本实用新型公开了一种高效蒸发冷却式冷水机组，包括壳体、控制系统和环境温度传感器，所述壳体内设置有卡诺循环通道和逆卡诺循环通道；所述压缩机、蒸发式冷凝器、过滤器、储液器、第一氟泵、第一电子膨胀阀、高效蒸发器、气液分离器和第二电动阀依次连接形成逆卡诺循环通道；所述第一氟泵、第一电子膨胀阀、高效蒸发器、第一电动阀和蒸发式冷凝器依次连接形成卡诺循环通道；本实用新型提供的高效蒸发冷却式冷水机组，采用逆卡诺循环和卡诺循环在同一冷水机组内运行的方案，部分制冷流体部件可共用，简化了冷水机组的繁杂程度，在低环境温度和低负荷的条件下，采用卡诺循环实现自然供冷，降低了冷水机组的能耗。