1、柜体自然散热
电气柜的散热包括柜体自然散热，和增加风扇后的强制散热。自然散热的公式如下[1]：
$$Q=U\cdot A\cdot \Delta T$$
其中：
Q——通过柜体外壳的自然散热量，W；
U——导热系数，W/(m2·K)；
A ——柜体外壳有效散热面积，m2；
ΔT——柜内外空气的温度差，等于 柜内允许最高温度 减去 柜外冷空气温度，K。
热传导是一个复杂的过程，柜内的热空气将热量传导给金属外壳，再由外壳将热量传输给柜外的冷空气，这里很难确定导热系数。当柜体表面材料为喷涂钢板且柜体内外空气流动较慢时，U可取3；当柜体表面材料为喷涂钢板且柜体内外空气流动较快时，U可取5.2 [7]。
对于一台放置在中间的电气柜（宽x深x高=1000x800x2200mm），散热面积大概在6.84m2，具体算法可参考《冶金低压变频传动成套设备规范》；夏季柜内外空气的温度差按5°C和15°C考虑，可得柜体自然散热量在102.6~533.52W之间。可见，夏季时柜体利用空气自然散热能力不足。[
第一次修订]
2、柜体强制散热
计算电气柜体的强制散热所需的进风量，可以采用ProClima之类的软件，当然也可以采用以下公式[1,2]。
$$V=\frac{3600P}{\rho \cdot C_p\cdot \Delta T} $$
其中：
V——通风量，m3/h；
P—— 柜内元件发热量(需要减去柜体自然散热量)，kW；
ρ—— 空气密度，kg/m3；
Cp—— 比热容，约等于1，kJ/kg·K；
ΔT—— 柜内外空气的温度差，等于 柜内允许最高温度 减去 柜外冷空气温度，K。
干燥空气的密度可以用理想气体定律来计算，表示为温度和压力的函数，空气密度计算公式[3]：
$$\rho=\frac{pm}{k_BT}$$
其中：
ρ—— 空气密度，kg/m3；
p—— 大气压，Pa；
m——干燥空气的分子质量，约为4.81×10-26 kg；
kB——玻尔兹曼常数，1.380649×10-23J/K；
T—— 温度，K。
3、温度
在《电力工程设计手册 火力发电厂供暖通风与空气调节设计》一书中，对一般电气室要求室温不高于35°C，UPS、直流屏等二次设备室温度不高于30°C。很多规范要求PLC室温度不高于26°C，这里按不高于30°C计算。
西门子PLC允许设备在40°C运行[4]，施耐德断路器要求温度超过40°C时候必须降容使用[5]，ABB低压变频器额定环境温度为40°C[6]，低压电气柜内允许最高温度统一按40°C计算。
4、计算
一般来说，普通的PLC柜、低压柜发热量可以按照0.3kW考虑，在无特殊要求的情况下，可以不安装风扇。[第一次修订]
假设当地大气压87.5kPa，电气室内温度35°C(308.15K)，可得空气密度为0.989kg/m3。变频器柜内安装有一台200kW变频器，变频器效率为98%[6]，不考虑电抗器和其他情况下，柜体发热量为200×2%=4kW，柜内允许温度为40°C，可求得变频器柜最小通风量为2911m3/h，即1617CFM，风机能力至少应按照其1.25倍考虑[7]。对于普通的电气柜散热风扇，很难满足这样的要求。[第一次修订]
从实际运用情况来看，我们需要注意无功补偿柜、变频器柜的散热，PLC柜和普通低压柜一般不需要安装散热风扇。主要原因有三：第一，工艺设备未满负荷运行，电气室内部的电缆和设备发热量比预估的更低；第二，通风专业设计的空调制冷能力具有一定的富余量，室内温度整体比较低；第三，柜体的柜门没有完全关闭，工业空调可以将扰动的冷气流直接吹入柜体。
5、柜体进出风口面积
一般柜体的散热系统包括下部进风口、上部出风口，有的还有强制冷却风机，风口面积公式如下[7]：
$$\mathit{\left\{\begin{matrix}S2=V/3600u \\S1=(1.1\sim 1.3)\cdot S2\end{matrix}\right.} $$
其中：
S1——进风口面积，m2；
S2——出风口面积，m2；
V——通风量，m3/h；
u——进风口风速，m/s；无风机时取值为0~2，有风机时取值为2~6；
将上一节通风量2911m3/h代入，在无风机时，u取值1，得到S1为0.8，S2为0.96，显然面积过大，无法在柜门上开洞。在有风机时，u取值4，得到S1为0.2，S2为0.24；对于一般过滤网组，最大有效尺寸约325x325mm，勉强可以满足要求。[第一次修订]
参考文献
[1] Friedhelm Loh Group. Industrial Enclosure Cooling Applications – Filter Fans [R].
[2] How to calculate necessary flow of fan for cooling the drives in the cabinet? [EB/OL]. https://www.se.com/ww/en/faqs/FA369632/
[3] Density of air [EB/OL]. https://en.wikipedia.org/wiki/Density_of_air
[4] Siemens AG. SIMATIC S7-1500/ET200MP自动化系统[Z], 2016.
[5] Schneider Electric. EasyPactCVS塑壳断路器100A~630A产品目录[Z], 2019.
[6] ABB Group. ACS510-01变频器低压交流传动用户手册[Z], 2010.
[7] 中冶南方工程技术有限公司. 冶金低压变频传动成套设备规范[S]. 北京: 冶金工业出版社, 2014.
