我国低纬度岛屿地区温度高、湿度大、太阳辐射强,岛上建筑的空调系统全年运行时间长。而低纬度岛屿地区自身常规能源匮乏且远离大陆,常规能源运输成本高、代价大,传统高能耗空调系统难以适应我国低纬度岛屿地区。但是,岛屿周围海水资源丰富,尤其是常年低温的深层海水的利用潜力大。利用深层海水作为空调冷源进行供冷,可省去中间制冷机组环节,从而大幅度降低空调系统能耗。基于此,本文提出闭式深层海水供冷系统,通过理论分析、数值模拟和实验测试的方法,对该系统换热特性和换热管道关键参数优化设计展开研究。本文首先介绍了深层海水供冷系统,根据海水换热部分中换热管道换热特性的不同将整个换热过程其分解为垂直管段和海底换热盘管段两部分,并建立了垂直管段和海底换热盘管段数学模型和仿真模型。搭建了管道换热实验平台,分析管道换热特性并验证了仿真模型的准确性。研究结果表明,温度和流速的分层变化对换热管道的换热影响显著,流速温度均分层的工况相比于仅考虑温度分层或流速分层的工况管内流体温度下降加快,其出口温度可相差0.7℃,表明温度和流速分层对换热性能的影响显著,尤其是对于深层海水换热过程而言,应同时考虑温度和流速随梯度的变化。实验和模拟的最大均方根误差1.4%,模型满足计算要求。其次,研究了垂直管段和海底换热盘管段管长、管径和管内流速对换热性能的影响。结果表明,管径的增大导致出水温度降低,换热量升高,单位面积换热量降低;流速的增大导致出水温度升高,单位面积换热量降低,沿程阻力损失快速增大。为保证合适的出水温度、较大的单位面积换热量以及较低的沿程阻力损失,垂直管段管径应小于0.6m,流速在1m/s～2m/s之间;进一步对海底换热管道进行分析,得到管长应在60m～200m之间,管径在0.025m-0.05m之间,管内流速在0.4-0.8m/s之间。最后,综合考虑垂直管段初投资、运行成本和换热特性,建立了管段关键设计参数优化方法,得到不同流量条件下管道推荐参数。结果表明,管内流速在1.13～1.73m/s之间,管道比摩阻在101.5～180.8Pa/m之间,垂直管段具有最佳经济效益,可作为垂直管段关键参数设计依据。进一步综合考虑管长、管径和流速对海底换热盘管换热特性的影响,提出了适用于海底换热盘管段设计选型的设计线算图,为工程设计提供依据。结合海水垂直方向上温度和流速的梯度变化,提出垂直管段出水段分段保温策略及设计方法,结果表明,以3℃海水温度区间为分段原则,其保温层总经济效益最佳,且相比于均匀保温策略,其保温层总费用年值可降低18.69%。本文针对传统海水源热泵系统能耗高而开式系统易腐蚀、结垢和运行不稳定的问题,提出了闭式海水源供冷系统,并研究了其换热特性及关键设计参数,为低纬度岛屿地区空调系统设计提供了方法与依据。