散热计算实例：如何优化设备散热效率？

1.自然散热能力

自然散热能力是指安装有电器元件的电气柜、操纵台等部件，在不采取强制冷却措施时，依靠表面积所能够散发的热量。

电气柜的自然散热能力决定于电气柜的有效散热面积。有效散热面积是指电气柜暴露在空气中或与金属零件接触部分的表面积，它应除去电气柜与地面接触部分的面积。

一般来说，当采用风机进行内部空气循环、保证内部热量分布均匀的情况下，利用钣金制作的电气柜热传导率（单位面积的散热能力）为5～6W/℃·m²，即利用1m²的金属表面，可保证5～6W发热量的电气柜的温升保持在1℃内，换言之，对于允许温升为10℃的CNC控制系统来说，每50～60W的发热量应保证有1m²的金属表面进行散热。

2.操纵台散热能力

操纵台的散热能力同样决定于操纵台的有效散热面积，由于其体积较小加上一般均采用悬挂式或防护罩一体式安装，因此，散热效果较好。

当采用风机进行内部空气循环、保证内部热量分布均匀的情况下，钣金制作的操纵台其单位面积的热传导率可以取7～8W/℃·m²。但是，由于操纵台上往往布置有非金属（通常为塑料）的操作面板等部件，这部分的热传导率为3.5W/℃·m²。

3.计算实例

【例12】假设某数控机床的操纵台尺寸为650mm×350mm×130mm，内部安装有CNC基本单元、主面板B，其总发热量可计算如下：

操纵台金属部分表面积为

操纵台塑料部分表面积为(www.xing528.com)

当操作台温升为10℃时的自然散热能力为

可见该操作台的自然冷却能力已经可以满足温升10℃的要求，不需要进行强制冷却。

【例13】假设某数控机床的电气柜尺寸为1530mm×850mm×350mm，元器件安装见表4.6-7，试计算当驱动器散热器内置及外置时的总发热量与电气柜的自然散热能力。

根据要求，通过计算各部分的发热量，可得到散热器内置安装时的电气柜内器件的总发热量为749W；散热器外置安装时的总发热量Q₁为282W。

表4.6-7 电气柜内部元件安装与发热量计算

根据电气柜的外形，可以计算出表面积为：A=4.267m²；

当ΔT=10℃时，电气柜的自然散热能力为：5.5×4.267×10W=235W

当ΔT=13℃时，电气柜的自然散热能力为：5.5×4.267×13W=305W

因此，当采用散热器内置安装时，必须进行强制冷却；但如果采用散热器外置安装，一般不需要进行强制冷却。