CN110276926A - 侦测空气悬浮微粒值的早期火灾预警系统 - Google Patents

Abstract

本发明是一种侦测空气悬浮微粒值的早期火灾预警系统，其主要是由感测模块、微控制模块、及显示设备所组成，整体结构上相当简单，通过感测模块侦测悬浮微粒浓度值的上升曲率进行比对，在悬浮微粒发生异常时发出警示讯息提醒环境区域内的使用人员，使环境区域内的使用人员迅速发现起火位置，可迅速完成初期灭火等防灾功能。另外，本发明通过云端处理单元数字化调整临界值的设定，取代人工调整的方式，让使用人员依不同环境的需求做适当的因地制宜调整，有效减省人力作业成本、提升操作效率，并且降低火灾发生次数及保护生命财产安全的目的。

Description

侦测空气悬浮微粒值的早期火灾预警系统

技术领域

本发明关于一种火灾感测系统，特别是一种侦测空气悬浮微粒值的早期火灾预警系统。

背景技术

依据火灾调查报告显示，绝大部份的住宅火灾的死亡是因吸入烟雾，而不是被明火烧死。而且大约三分之二的火灾死亡是发生在夜间人们睡觉的时候。由于现代建筑的复杂化与大规模化，面对火灾的发生，若可以在最短时间内发出正确的警报，并进行灭火与避难行动，可减低灾害灾情。火灾的发展分为四个不同阶段：酝酿(燃烧前)、可见烟雾、产生火焰和高热阶段，火灾由产生火源开始闷烧转变到发焰起火而产生高热的这段时间是非常关键的。在这段时间内有两种可能的情况：一是情况持续恶化，进而发起明火、或者采取行动，找出火源，制止火灾的发生。火灾初期在尚未发展成明火的阶段具有缓慢发展并伴有显著烟雾的特性，因此在火灾闷烧的酝酿阶段提供了更多的时间与机会来早期侦测并控制火灾的发展。

火警警报系统为整个主动防火系统(侦测、灭火与避难导引)的前哨，而火灾行为的探测可依据火灾发生与成长过程不同阶段产生的物理、化学反应所伴随的元素，诸如：不可见烟(热释粒子)、可见烟、火焰、热等，因此不同的探测技术的选用须考虑被保护空间的特性与需求。防患火灾的设备负担着人类生命财产安全的重要使命。其最重要的功能，是要尽早于火灾发生之时，依靠准确的传感器检测讯息。在初级阶段的发现与通报火灾状况及初期灭火行动对生命财产的维护是最重要的阶段。

依据学者F.W.VAN LUIK研究，当物质受热超过其材质能承受的临界点(又称为热崩溃点，Thermal Particulate Point)时，将导致化学键结的破坏，造成材质分解裂化，因而每秒释放出数以千亿计的不可见次微米粒子(约0.002μm)，在短时间内，单位体积粒子数量瞬间即可超出500,000颗/立方厘米。当该物质持续受热达到燃点时，即开始转变产生碳粒子(即所谓的可见烟雾)，粒子颗粒尺寸也逐渐变大，并开始燃烧。从材质分解到烟雾开始产生之间的阶段，称之为“极早期火灾”阶段。

因物质先遇热源而热分解出现热释粒子，再产生可见烟，然后再产生火焰、高温，所以美国消防协会(National Fire Protection Association，简称NFPA)NFPA76定义“极早期警报火灾探测系统”中“低能量火灾现象”的解释，“火灾极早期”阶段的现象可采用“不可见的热释粒子”及“烟雾”来代表。

由于火灾初期，烟雾颗粒，粒径较小，传统虽有光电式与离子式两大类烟雾探测器动作，但因非采用主动抽气的方式，而被动地等待含燃烧生成粒子扩散到达探测器本体，并必须具备足够动能进入侦测腔室，达到一定浓度才能探测出并发出警报，但此时通常在火势已经成灾、产生明火不可收拾后，才侦测到烟雾，这时已经造成重大的人员伤亡及财产损失，已无法达到早期侦测功能。

此外，传统烟雾探测器采用“导通/断路(ON/OFF)”两段式设计方式而非“多阶段通报门坎”(Multiple Alarm Thresholds)，一律配置在天花板下面，对于防护区域内气体流速或气流无法到达的空间(如高屋顶或挑高天花板)，其反应时间及灵敏度更差，基本上这种传统烟雾探测器仅能侦测到大量的浓烟或烈焰造成的高温，而无法在火灾极早期阶段侦测到异常现象，再加上其灵敏度是人工事先设定，不可调整及多阶段设定，加上此时若受信总机只知道探测火警发生的区域，其无法精确定位出火灾发生的位置，不具备寻址能力，无法满足智能化防灾系统的要求。

目前有极早期火灾预警系统(Very Early Smoke Detection Apparatus,VESDA)是针对传统火灾报警系统的缺点所研发出来的产品，是具高灵敏度暨主动式的“抽气式侦烟探测器系统Aspiration Smoke Detector System”(简称ASD系统)，是属于“空气取样型的侦烟探测器”(Air Sampling Type Detector)，已经广泛应用在高科技厂房或一些特殊场所空间，其侦测原理是靠着主机内部的抽气泵，通过多条取样管路的延伸将空气样品抽回主机内部进行分析比对，如同人类嗅觉一样，当空气中的烟雾浓度到达一定程度时，系统则会实时发出警报，若能在火灾酝酿阶段实时产生告警讯号，将能提供更多的时间来控制火灾的发展。再者，其极早期侦测能分阶段发出警报的功能。通过高科技极早期火灾侦测技术，掌握状况的先机，正确的信息通报，配合通报系统可以提供快速的报警能力，正确与快速的避难引导，以及保护人的生命和财产安全。

请参阅图1A、图1B所示，极早期火灾预警系统(VESDA)主要由空气取样管路传输装置、空气分配阀、空气过滤器、抽气泵、光电侦测单元及警报控制器等组件组成，但早期火警预警系统(VESDA)系统配置若要达到最佳的早期预警机制，其空气取样管路必须多方考虑：(1)场所的布局和尺寸大小，(2)防护区域内的气流，(3)场所内的周边环境条件，(4)场所构造(横梁、柱子、管路障碍)，(5)防护区域内的外部环境可能带来的影响等复杂的施工因素，因复杂的现场勘查及高施工门坎，导致：第一，缺乏具技术性设计施工人员，第二，系统设置成本过高，目前仅能设置于如电信总机房、半导体厂、无尘室、发电厂、高压设备区域、长隧道、博物馆或机密档案室等的特殊需求场所，尚无法普及至一般场所或机构，如旅馆、医院、机场、餐馆、学校、娱乐场所、购物场所、体育馆、百货公司甚至居家的环境范围。

请参阅图1C所示，火灾传感器1就是能把化学量、生物量、物理量等转换成电讯号的组件。该火灾传感器1可输出各式各样的讯号，如电压、电流、频率、脉冲等，并满足讯息传输、处理、记录、显示、控制的要求。其中该火灾传感器1侦测的依据：(一)火灾通常伴随着烟、火光、高温和燃烧过后产生的气体，所以这些通常是拿来测量及判断起火与否的依据。(二)火灾初期处于阴燃的状况，通常温度不高但伴随着大量的烟雾，感应式传感器以此特征来侦测火灾。(三)火灾中后期，伴随着高温和火光，火焰传感器和温度传感器就是以此特征制成火灾警报器。(四)从火灾起火的原因和媒介来提前预防，例如瓦斯和天然气等有可能导致火灾发生的可燃性气体去侦测，进一步预防火灾发生。

常见的该火灾传感器1分为：气体传感器、或烟雾传感器。

其中该气体传感器为一种精密的电子仪器，其由电源组件、主电路板、感应头及外壳等主要零件组成。该气体传感器优点是轻巧灵活可佩戴于身上，不妨碍救灾行动，救灾人员穿戴消防帽及空气呼吸器等装备并未盖住耳朵，因此，当传感器发出警报声时，救灾人员应可听的很清楚，且同时有震动装置。然而，该气体传感器在使用时却有以下缺陷：

其一，高热、高粉尘等环境易影响传感器监测。通常其适合温度在摄氏–20～+60度之间，不适合在火场中使用，因高温环境下会遭破坏。所以，该设备适用尚未有明火发生环境，或监测有毒气体泄漏方属较为广泛。另粉尘粒子会阻塞感应头，所以亦不适合使用在粉尘环境中。其二，感应头寿命约1～2年，若储存环境不良时，则感测头的使用年限会更短。因此，感应头在自然状况下会持续老化衰退，若有损坏或无法校正时，一定要更换感应头，并列为耗材品，定期汰换，以保障第一线救灾人员安全。其三，气体传感器经长期使用后，因感应头或机体老化，无法正确监测异常气体的存在或泄漏，所以，传感器每年需要进行1次至2次校正，确保设备保持正常功能。其四，镍镉充电式电池的记忆效应特别严重，必须一次将其电量用完，不然必须全部放电。

其中，该烟雾传感器，例如光电式、或空气采样等等，是利用烟尘粒子增加所衍生的物理特性来作为火灾判断的依据，其中光电式利用发射光源后，若空气中存在烟尘粒子，则会对光产生散射作用而导致光亮的变化，据此侦测火灾的发生，然而如此设置的传感器，只要光源被遮住或者没光源的时候有可能产生误判动作，可能会因为物品遮住光源产生错误的警报，进而发动警报。另外，有烟雾但是烟雾不够浓，以致于光感测没有完全的屏蔽，而无法发出警报，而且由于受到光源发射的限制，其探测范围必然有局限性，对于大范围空间的感测效果也相当有限，故上述烟雾传感器若置于常时间使用下会有误报的情况发生，而缺乏烟雾侦测的准确性及稳定性；另一种空气采样式的感测则是利用对分析判断感测空间内的空气进行采样，所得的空气成分分析判断火灾的发生，此种空气采样式所使用的传感器本身较为昂贵，而且为了采样空气，必须通过布管来通连以利于感测(例如VESDA系统)。

目前该火灾传感器1的火灾临界点的设定是利用人工的方式来调整，工厂测试人员通过传感器的外部调整钮，使得传感器的临界点可以被调整到符合各国火灾侦测标准的警示点，其中外部调整钮是通过外部旋转钮以改变传感器内部的可变电阻，然而，目前人工调整警示点的做法有些缺陷，如测试人员的反应不同或者情绪不定，使得每一个制造出的传感器警示点都不相同。

此外，上述该火灾传感器1在设计上，其功能是固定不可变动的，例如输入键(按键)数量、发光二极管的数量与显示方式、蜂鸣片的鸣叫方式、韧体程序设定以及灵敏度调整都无法通过无线传输方式变动或修改。因此，使用人员若想增加或增加改变原警报的显示方式，必须派人现场重新刻录程序或手动调整传感器本身(如指拨开关)，因此该火灾传感器1必须投入更多任务时而增加成本。另外，由于现有技术该火灾传感器1客制化的结果，一旦当烟雾因为施工或误判的情况下超过正常标准时，就会发出警告声响。在一些公共地区甚至还会搭配喷水装置，当该火灾传感器1不小心误触时，进而破坏室内装潢，而造成日后责任归属及赔偿问题。

基于上述传统烟雾探测器具有：(1)无法早期火灾预警功能，(2)灵敏度无法调整及系统不具多阶段设定通报，而极早期火灾预警系统(VESDA)具有：(1)缺乏具技术性设计施工人员，(2)系统设置成本过高等缺点，本发明创新性率先提出“侦测空气悬浮微粒值的早期火灾预警系统”，具有：初期火灾烟雾监测、灵敏度可系统调整、可多阶段通报、具火灾定位、具智能化防灾功能、施工简易及设备成本低廉等优点，其设计原理说明如下。

近几年因为悬浮微粒PM2.5影响国人健康议题受各界重视，民众以每日生活周遭环境的空气质量直接影响健康，民众对于日常空气质量信息需求殷切。因应社会大众对室内空气质量重视，中国台湾的9项室内空气质量标准如下：二氧化碳(CO₂)为1000ppm(八小时平均)、一氧化碳(CO)为9ppm(八小时平均)、甲醛(HCHO)为0.08ppm(一小时平均)、总挥发性有机化合物(TVOC，包含：十二种挥发性有机物之总和)为0.56ppm(一小时平均)、细菌为1500CFU/m³(菌落数/立方米)(最高值)、真菌为1000CFU/m³(菌落数/立方米)(最高值)(但真菌浓度室内外比值小于等于1.3者不在此限)、PM10为75μg/m³(二十四小时平均)、PM2.5为35μg/m³(二十四小时平均)、臭氧(O₃)为0.06ppm(八小时平均)。

漂浮在空气中类似灰尘的粒状物称为悬浮微粒(Particulate Matter,PM)，PM粒径大小有别，小于或等于2.5微米(μm)的悬浮微粒，就称为细悬浮微粒(PM2.5)，单位为微克/立方米(μg/m³)，它的直径还不到人的头发丝粗细的1/28，其他常见的悬浮微粒有PM1及PM10。悬浮微粒的来源可分为原生性及衍生性，虽然皆可能由自然界或人为产生，一般PM值是应用于观察记录室内空气质量的变化，在正常情况下，其单位时间内PM浓度值的变化率不会剧烈变化，除非是有非自然或异常的烟雾突然产生，例如火灾初期在尚未发展成明火的早期阶段且具有缓慢发展并伴有显著烟雾的现象，这突发的烟雾浓度将造成PM值在短时间内剧烈增加，本发明即应用此原理来侦测早期火灾预警，并且达到平时状态可以侦测空气品值(包含悬浮微粒PM1、PM2.5及PM10值)，一旦发生火灾异常状态，又可以做早期火灾预警系统的多功能整合。

因此，有必要提供一种新颖且具有进步性的侦测空气悬浮微粒值的早期火灾预警系统，以解决上述问题，将火灾损害降至最低。

发明内容

鉴于上述现有技术的缺点，因此，本发明提供一种侦测空气悬浮微粒值的早期火灾预警系统，其主要目的利用环境中悬浮微粒的上升曲率进行比对，进而判断是否有火苗的产生，避免烟尘阻塞或扩散条件差的影响，大幅地提升警示的安全性而提早避免。另外，以自动化、网络化与数字化调整临界值的设定，能有效节省人力作业、提升操作效率的目的。

为达前述目的，本发明提供一种侦测空气悬浮微粒值的早期火灾预警系统，适用于无线网络且装设于至少一环境区域，该侦测空气悬浮微粒值的早期火灾预警系统包含：

一感测模块，包含至少一悬浮微粒传感器，该至少一悬浮微粒传感器用以感测该至少一环境区域的悬浮微粒以取得一悬浮微粒感测浓度值，并予以输出；

一微控制模块，通讯连接该感测模块且接收该悬浮微粒感测浓度值，并具有一比对值，该微控制模块用以将该悬浮微粒感测浓度值与该比对值进行比对，当该悬浮微粒感测浓度值大于该比对值时，产生至少一警示讯号，当该悬浮微粒感测浓度值小于该比对值时，则产生一正常讯号；以及

一显示设备，用以接收该警示讯号与该正常讯号来产生对应的讯息。

较佳地，其中该微控制模块的该至少一警示讯号能够为三个阶段设定通报，当侦测空气悬浮微粒浓度增加速度超过每分钟30微克/立方米(μg/m³)以上时，设定第一阶段警示讯号为烟雾异常；当空气烟浓悬浮微粒浓度没有减少且持续增加超过250微克/立方米(μg/m³)以上时，设定第二阶段警示讯号为火灾预警；当空气烟浓悬浮微粒浓度继续急遽上升超过500微克/立方米(μg/m³)以上时，设定第三阶段警示讯号为火灾避难。

较佳地，其中该悬浮微粒感测浓度值为PM1、PM2.5、或PM10。

较佳地，其中该感测模块取得一位置讯号，该侦测空气悬浮微粒值的早期火灾预警系统还包含一云端处理单元、及一通讯连接该云端处理单元且能够接收该至少一警示讯号的电子装置，该云端处理单元具有一数据库模块，该数据库模块包含一对应该位置讯号且具有该比对值的区域数据，该电子装置包含一编辑模块，该编辑模块用以输出一指令传递至该数据库模块，该数据库模块根据该指令调整该比对值。

较佳地，其中该电子装置与该显示设备能够以声音型态、亮光型态、影片型态、图片型态、简讯型态、推播型态、或振动型态显示三个阶段的该警示讯号。

较佳地，其中该感测模块还包含至少一气体传感器，该至少一气体传感器用以感测该至少一环境区域以取得一气体感测值，并予以输出，该微控制模块的该比对值能够通讯连接该至少一气体传感器，该至少一气体传感器与该至少一悬浮微粒传感器能够建立一多指标分析架构，该多指标分析架构用以进行双重确认提高火灾警报的准确率，降低误报的风险。

较佳地，其中该气体感测值为一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO₂)、瓦斯、氢气(H₂)、二氧化氮(NO₂)或甲烷(CH₄)。

较佳地，其中该侦测空气悬浮微粒值的早期火灾预警系统是通过Wi-Fi、蓝芽、RF、ZigBee、4G、5G、或LoRa无线达成讯号传输。

较佳地，其中该侦测空气悬浮微粒值的早期火灾预警系统能够与任何灭火系统链接，包含：排烟系统、洒水系统、水雾灭火系统、泡沫灭火系统、防火铁卷门设备或气体灭火系统。

较佳地，其中该侦测空气悬浮微粒值的早期火灾预警系统能够与避难标示引导设备连结，该避难标示引导设备用以提供迅速有效逃生避难方向及引导。

较佳地，其中该侦测空气悬浮微粒值的早期火灾预警系统能够与任何火灾警报广播系统链接，该火灾警报广播系统包含：火警受信总机系统、广播主机或紧急广播系统。

据此，本发明所提供一种侦测空气悬浮微粒值的早期火灾预警系统，其主要是由感测模块、微控制模块、及显示设备所组成，整体结构上相当简单，通过感测模块侦测悬浮微粒浓度值的上升曲率进行比对，在悬浮微粒发生异常时发出警示讯息提醒环境区域内的使用人员，使环境区域内的使用人员迅速发现起火位置，可迅速完成初期灭火等防灾功能。

另外，本发明通过云端处理单元网络化及数字化调整临界值的设定，取代人工调整的方式，让使用人员依不同环境的需求做适当的因地制宜调整，有效减省人力作业成本、提升操作效率，并且降低火灾发生次数及保护生命财产安全的目的。

附图说明

图1A为现有技术极早期火灾预警系统的示意图。

图1B为现有技术另一极早期火灾预警系统的示意图，显示机房不同的机柜采样。

图1C为现有技术的火灾传感器的示意图。

图2为本发明实施例的方块图，显示感测模块、微控制模块及显示设备。

图3A为本发明实施例的使用示意图，显示设备侦测烟雾异常的状况。

图3B为本发明实施例的使用示意图，显示Ipad侦测烟雾异常的状况。

图4为本发明实施例的示意图，显示云端处理单元与电子装置。

图5A为本发明实施例的平面图，显示环境区域内关闭门气窗无对流的状态。

图5B为本发明实施例的平面图，显示环境区域内开起气窗户自然对流的状态。

图6A为本发明实施例的曲线图，显示图5A悬浮微粒感测浓度值的上升曲率。

图6B为本发明实施例的曲线图，显示图5B悬浮微粒感测浓度值的上升曲率。

图7为本发明实施例的曲线图，显示警示讯号能够为三个阶段设定通报。

图8为本发明另一实施例的方块图，显示气体传感器。

图9为本发明又一实施例的示意图，显示本发明能够与任何灭火系统链接。

图10A为本发明再一实施例的示意图，显示本发明能够与避难标示引导设备连结。

图10B为图10A实施例的广告牌显示图，显示避难标示的状况。

图11为本发明又一实施例的广告牌显示图，显示本发明能够与任何火灾警报广播系统链接，包含：火警受信总机系统、广播主机或紧急广播系统。

附图标记说明。

现有技术：

火灾传感器1；

本发明：

悬浮微粒A 气窗B

气窗C 香炉D

人员E 环境区域20

感测模块30 悬浮微粒传感器31

气体传感器32 微控制模块40

显示设备50 云端处理单元60

数据库模块61 电子装置70

编辑模块71 收发装置80

1号逃生出口90 2号逃生出口100

紧急广播系统110 灭火系统120

避难标示引导设备130。

具体实施方式

请参阅图2至图10所示，本发明实施例提供一种侦测空气悬浮微粒值的早期火灾预警系统，适用于无线网络且装设于至少一环境区域20，该侦测空气悬浮微粒值的早期火灾预警系统包含：一感测模块30、一微控制模块40、及一显示设备50，其中：

该感测模块30，包含至少一悬浮微粒传感器31，该至少一悬浮微粒传感器31用以感测该至少一环境区域20的悬浮微粒A以取得一悬浮微粒感测浓度值(悬浮微粒感测浓度值单位为微克/立方米)，并予以输出；本实施例中，该悬浮微粒感测浓度值指空气中悬浮微粒的浓度，该悬浮微粒感测浓度值为PM1、PM2.5、或PM10，详细来说，空气动力学直径小于或等于10为微米的悬浮微粒称为细悬浮粒子(PM10)；空气动力学直径小于或等于2.5为微米的悬浮微粒称为细悬浮微粒(PM2.5)；空气动力学直径小于或等于1为微米的悬浮微粒称为细悬浮微粒(PM1)。

该微控制模块40，通讯连接该感测模块30且接收该悬浮微粒感测浓度值，并具有一比对值，该微控制模块30用以将该悬浮微粒感测浓度值与该比对值进行比对，当该悬浮微粒感测浓度值大于该比对值时，产生至少一警示讯号，当该悬浮微粒感测浓度值小于该比对值时，产生一正常讯号；本实施例中，该微控制模块40可通过无线网络进行韧体数据更新，韧体可以以是汇编语言、C语言等来撰写，但不以此为限。

该显示设备50，由至少二个发光二极管(Light Emitting Diode,LED)所组成，用以接收该警示讯号与该正常讯号来产生对应之讯息供该环境区域20的使用人员、或管理人员读取；本实施例中，该显示设备50举装置盒为例，但不以此为限，亦能够是手机、Ipad(请参阅图3B所示)、或是穿戴式装置，使人们能够容易地对于该环境区域20中该悬浮微粒A进行观察，通过该显示设备50可以得到该悬浮微粒A的浓度数据，其中该显示设备50能够以声音型态、亮光型态、影音型态、图片型态、简讯型态、推播型态、或振动型态显示三个阶段的该警示讯号。

通过该感测模块30、该微控制模块40与该显示设备50相互搭配的设置方式，可对火灾发展知早期阶段产生该警示讯号，使管理员、消防人员、或该环境区域20的人员有足够的时间做出适当的处置，并且提早采取相对应的应变措施，避免形成火灾而减少危害。

请参图2至图4所示，该感测模块30取得一位置讯号，该侦测空气悬浮微粒值的早期火灾预警系统还包含一云端处理单元60、及一通讯连接该云端处理单元60的电子装置70，该云端处理单元60具有一数据库模块61，该数据库模块61包含一对应该位置讯号且具有该比对值的区域数据，该电子装置70包含一编辑模块71，该编辑模块71用以输出一指令传递至该数据库模块61，该数据库模块61根据该指令调整该比对值。该云端处理单元60的数据库模块61是包含建筑物各楼层的平面图，并依据所接收到该位置讯号以及坐标，计算出该环境区域20的悬浮微粒及烟雾分布的状况，本发明能够通过无线传输及地址寻址方式取得该位置讯号，通过物联网的架构配置设计，可以精确定位出环境区域内火灾发生的位置。本发明该电子装置70举智能型手机为例，亦可以是桌面计算机、笔记本电脑、或平板计算机；据此，本发明实时地对于该环境区域20中的该悬浮微粒A浓度进行感测，并回报感测结果给该环境区域20的使用人员，该使用人员收到该警示讯息时，发现该环境区域20的该悬浮微粒A浓度过高，就可以马上做出反应，如停止施工并且离开该环境区域20、或关闭总电源设备等等，以减少火灾发生的机率。另外，通过该云端处理单元60的设置及网络化、数字化设定，不用在现场分别进行组装设定，节省许多的设置成本与时间，对于大型建筑物内的布建，赋予相当大地帮助。而且，该数据库模块61不仅仅具备该区域数据，还能够储存温度变化信息、气体变化信息、火源热释放率变化信息等。

此外，该侦测空气悬浮微粒值的早期火灾预警系统是通过Wi-Fi、蓝芽、RF、ZigBee、4G、5G、或LoRa无线等通讯技术达成讯号传输，以将该悬浮微粒A浓度状态等相关数据上传至该云端处理单元60，以供远程的使用人员通过手机或平板计算机等监看。例如使用人员可远程地通过手机或平板计算机等，以调整原厂该悬浮微粒A浓度之预设浓度值。

请参阅图5A、6A所示，显示该侦测空气悬浮微粒值的早期火灾预警系统在一密闭空间无对流的实验曲线图，该侦测空气悬浮微粒值的早期火灾预警系统位于气窗B与门C之间，并且靠近该门C的位置摆放一香炉D，该香炉D插置50支香做为悬浮微粒产生的实验依据(由于50支香数量太多，图中以3支香显示)。火灾初期悬浮粒子浓度骤然增加，但此时累积烟雾量，人眼观察尚不明显，所以传统烟雾探测器不会有所反应，但随着火势愈来愈大，粒子颗粒愈来愈大，PM浓度值增加至800微克/立方米(μg/m³)以上时，大量浓烟密布时，传统烟雾探测器才开始有所反应，但此时火势已经成灾及产生明火高温，可能会造成重大的人员伤亡及财产损失；据此，火灾初期在尚未发展成明火的早期阶段具有缓慢发展并伴有显著烟雾的现象，这突发的烟雾浓度将造成PM值在短时间内剧烈增加，本发明系应用此原理来侦测早期火灾预警，并且达到平时状态可以侦测空气品值(包含悬浮微粒PM1、PM2.5及PM10值)，一旦发生火灾异常状态，又可以做早期火灾预警系统。

请参阅图5B、6B所示，显示该侦测空气悬浮微粒值的早期火灾预警系统在该气窗B打开自然对流的实验曲线图，该侦测空气悬浮微粒值的早期火灾预警系统位于该气窗B与该门C之间，并且靠近该门C的位置摆放该香炉D，该香炉D插置50支香做为悬浮微粒产生的实验依据(由于50支香数量太多，图中以3支香显示)；据此，稳定气流的实验如上述曲线图所呈现(即关闭所有气窗与出入口大门)又比自然对流实验(即关闭所有气窗与出入口大门)，其悬浮粒子(PM)浓度增加速度较快。

本发明该侦测空气悬浮微粒值的早期火灾预警系统，其中该悬浮微粒感测值除了PM2.5外，也可以通过侦测PM1或PM10值来达成。

请参阅图2、图7所示，该微控制模块40的该至少一警示讯号能够为三个阶段设定通报，当侦测空气悬浮微粒浓度增加速度超过每分钟30微克/立方米(μg/m³)以上时，系统即发出“烟雾异常”讯息，并将信号出现在相关电子显示设备及行动穿载装置上，促使现场附近人员前往查看，此乃第一阶段通报；当空气烟浓悬浮微粒浓度没有减少且持续增加超过250微克/立方米(μg/m³)以上时，系统即发出“火灾预警”讯息，并将信号出现在相关电子显示设备及行动穿载装置上，由此通知警卫及管理人员前往加以辨识或确认，此为第二阶段通报；当空气烟浓悬浮微粒浓度急遽上升超过500微克/立方米(μg/m³)以上时，系统即发出“火灾避难”讯息，并将火灾警告讯息传至相关显示设备及行动穿载装置上，此为第三阶段通报，其中第一阶段的该警示讯号是依据悬浮微粒上升的斜率每分钟大于30微克/立方米(μg/m³)以上所决定。另外，参阅图7所示，两条曲线虽然分别代表环境背景不同(其中一条曲线是指初期空气质量普通，另一条曲线是指初期空气质量不良)，但初期启动的条件是每分钟大于30微克/立方米(μg/m³)以上是一样的，克服采用绝对值误报的缺点。另外，因考虑到每个环境区域的特殊要求，例如：当场所座落于高污染空气质量的区域内(地下停车场及公路隧道)、容易频繁暴露于外界环境的区域(仓库装卸区及坐落大马路旁低楼层)，或可能意想不到地出现背景烟雾水平提高(如厨房及车辆维修工厂)，其中三阶段的设定，可以因地制宜弹性调整烟雾异常、火灾预警及火灾避难比对值的大小。所以本发明“侦测空气悬浮微粒值的早期火灾预警系统”内部可调整比对值、灵敏度及采多阶段通报，可以比传统烟雾探测器提早数分钟发出火警信号，进而达到“智能化防灾系统”，系早期火灾侦测系统发挥效益的最大关键。

请参阅图8所示，该感测模块30还包含至少一气体传感器32，该至少一气体传感器32用以感测该至少一环境区域20以取得一气体感测值，并予以输出，该微控制模块40的该比对值能够通讯连接该至少一气体传感器32，该至少一气体传感器32与该至少一悬浮微粒传感器31建立一多指标分析架构，该多指标分析架构用以进行双重确认提高火灾警报的准确率，降低误报的风险，达到智能化防火的功能。该气体感测值为一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO₂)、瓦斯、氢气(H₂)、二氧化氮(NO₂)或甲烷(CH₄)，因此，通过该气体传感器32的设置能侦测该环境区域20的气体质量，当二氧化碳(CO₂)、一氧化碳(CO)、甲烷(CH₄)、瓦斯等任何一气体超过设定值时，又能传送信息至该显示设备50，并且供该环境区域20内的使用人员，尽早做出预警的处理，请参阅下表1为气体设定值的侦测浓度的范围。

表1

气体种类	侦测浓度范围
		一氧化碳(CO)	0-500ppm
氧气(O<sub>2</sub>)	0-25％V
		硫化氢(H<sub>2</sub>S)	0-100ppm
二氧化氮(NO<sub>2</sub>)	0-10ppm
		丙烷(C<sub>3</sub>H<sub>3</sub>)	0-100％LEL
氦气(NH<sub>3</sub>)	0-100ppm
		氢气(H<sub>2</sub>)	0-100％LEL
二氧化硫(SO<sub>2</sub>)	0-10ppm
		甲烷(CH<sub>4</sub>)	0-100％LEL

请参阅图2、图9所示，该侦测空气悬浮微粒值的早期火灾预警系统能够与任何灭火系统120链接，其中链接的方式能够为有线或是无线方式连结，本实施例举无线为例，该灭火系统120包含：排烟系统、洒水系统、水雾灭火系统、泡沫灭火系统、防火铁卷门设备或气体灭火系统。本发明举水系统为例，当该感测模块30侦测该悬浮微粒A异常上升时，并且依据该异常判断是否为火警，若为火警时，该感测模块30执行一系列的灭火手段，其中，该感测模块30传送讯号至加压马达将水加压，此时，建筑物内的管路因为该讯号由关闭的形态转换成通路的型态，该感测模块30同时将讯号传至伺服马达(图中未示)，让该伺服马达转动，据此，该灭火系统120通过上述动作喷嘴即可喷出强烈水柱达到迅速灭火的目的，反之，若是该异常判断为误判，则解除该灭火手段，并继续侦测悬浮微粒上升的异常状况。

请再参阅图10A至10B所示，该侦测空气悬浮微粒值的早期火灾预警系统能够与避难标示引导设备130连结，其中连结的方式能够为有线或是无线方式连结，提供迅速有效逃生避难方向及引导。当建筑物内发生火灾必须进行疏散的情况时，设在建筑物的1号逃生出口90及2号逃生出口100的无线收发装置80分别在其接收范围内与各人员E的该显示设备50(此处该显示设备50穿戴在人员E身上)相互连接，据此，各该人员E在疏散的过程中，可直接视该侦测空气悬浮微粒值的早期火灾预警系统的疏散讯息，以便在最短时间内做出最正确的判断，达到使建筑物内的该等人员E能够在短时间内，达到快速、安全疏散的目的，甚至在疏散过程中，在该等人员E无法直接视得逃生出口的情况下，可立即得知何者出口视安全且可快速通过。

请再参阅图2、图11所示，该侦测空气悬浮微粒值的早期火灾预警系统能够与任何火灾警报广播系统链接，其中链接的方式能够为有线或是无线方式连结，该火灾警报广播系统包含：火警受信总机系统、广播主机或紧急广播系统。本发明举该紧急广播系统110为例，当该感测模块30侦测该悬浮微粒A异常上升时，并且依据该异常判断是否为火警，若为火警，该感测模块30将讯号传送给该紧急广播系统110立即执行一系列的火灾逃生避难等疏散讯息广播，使建筑物内的人员能够在短时间内，达到快速、安全疏散的目的。

以上所述即为本发明实施例各主要构件的组合状态说明。至于本发明的使用方式及功效作以下说明。

其一，本发明整体结构上相当简单，通过该感测模块30侦测该悬浮微粒A的上升曲率进行比对，在该悬浮微粒A发生异常时发出警示讯息提醒该环境区域20内的使用人员，使该环境区域20内的使用人员迅速发现起火位置，可迅速完成初期灭火等防灾功能。

其二，本发明通过该云端处理单元60网络化及数字化调整该侦测空气悬浮微粒值的早期火灾预警系统临界值的设定，取代人工调整的方式，让使用人员依不同环境的需求做适当的调整，有效减省人力作业成本、提升操作效率，并且降低火灾发生次数及保护生命财产安全的目的。

其三，依据环境区燃烧行为特性，本系统整合多种火灾侦测技术成为一智能化防火系统，可获得正确的信息以掌握状况的先机，提供可靠的信息，降低误报的风险，并发挥有效的应变措施，达到安全防火之目的，提供可靠的信息，同时可降低误报的风险。

值得一提的是，以下是本发明与极早期火灾预警系统和传统烟雾探测系统之间比较如表2所示。

表2

综上所述，上述实施例及附图仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明的实施范围，凡依本发明专利权利要求所作的等同变化与修饰，皆应属于本发明专利涵盖的范围。

Claims (11)

1.一种侦测空气悬浮微粒值的早期火灾预警系统，适用于无线网络且装设于至少一环境区域，其特征在于，该侦测空气悬浮微粒值的早期火灾预警系统包含：

一感测模块，包含至少一悬浮微粒传感器，该至少一悬浮微粒传感器用以感测该至少一环境区域的悬浮微粒以取得一悬浮微粒感测浓度值，并予以输出；

一微控制模块，通讯连接该感测模块且接收该悬浮微粒感测浓度值，并具有一比对值，该微控制模块用以将该悬浮微粒感测浓度值与该比对值进行比对，当该悬浮微粒感测浓度值大于该比对值时，产生至少一警示讯号，当该悬浮微粒感测浓度值小于该比对值时，则产生一正常讯号；以及

一显示设备，用以接收该警示讯号与该正常讯号来产生对应的讯息。

2.如权利要求1所述的侦测空气悬浮微粒值的早期火灾预警系统，其特征在于，该微控制模块的该至少一警示讯号能够为三个阶段设定通报，当侦测空气悬浮微粒浓度增加速度超过每分钟30微克/立方米（μg/m³）以上时，设定第一阶段警示讯号为烟雾异常；当空气烟浓悬浮微粒浓度没有减少且持续增加超过250微克/立方米（μg/m³）以上时，设定第二阶段警示讯号为火灾预警；当空气烟浓悬浮微粒浓度继续急遽上升超过500微克/立方米（μg/m³）以上时，设定第三阶段警示讯号为火灾避难。

3.如权利要求1所述的侦测空气悬浮微粒值的早期火灾预警系统，其特征在于，该悬浮微粒感测浓度值为PM1、PM2.5、或PM10。

4.如权利要求1所述的侦测空气悬浮微粒值的早期火灾预警系统，其特征在于，该感测模块取得一位置讯号，该侦测空气悬浮微粒值的早期火灾预警系统还包含一云端处理单元、及一通讯连接该云端处理单元且能够接收该至少一警示讯号的电子装置，该云端处理单元具有一数据库模块，该数据库模块包含一对应该位置讯号且具有该比对值的区域数据，该电子装置包含一编辑模块，该编辑模块用以输出一指令传递至该数据库模块，该数据库模块根据该指令调整该比对值。

5.如权利要求1所述的侦测空气悬浮微粒值的早期火灾预警系统，其特征在于，该显示设备能够以声音型态、亮光型态、影音型态、图片型态、简讯型态、推播型态、或振动型态显示三个阶段的该警示讯号。

6.如权利要求1所述的侦测空气悬浮微粒值的早期火灾预警系统，其特征在于，该感测模块还包含至少一气体传感器，该至少一气体传感器用以感测该至少一环境区域以取得一气体感测值，并予以输出，该微控制模块的该比对值能够通讯连接该至少一气体传感器，该至少一气体传感器与该至少一悬浮微粒传感器能够建立一多指标分析架构，该多指标分析架构用以进行双重确认提高火灾警报的准确率，降低误报的风险。

7.如权利要求5所述的侦测空气悬浮微粒值的早期火灾预警系统，其特征在于，该气体感测值为一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO₂）、瓦斯、氢气（H₂）、二氧化氮（NO₂）或甲烷（CH₄）。

8.如权利要求1所述的侦测空气悬浮微粒值的早期火灾预警系统，其特征在于，该侦测空气悬浮微粒值的早期火灾预警系统是通过Wi-Fi、蓝芽、RF、ZigBee、4G、5G、或LoRa无线达成讯号传输。

9.如权利要求1所述的侦测空气悬浮微粒值的早期火灾预警系统，其特征在于，该侦测空气悬浮微粒值的早期火灾预警系统能够与任何灭火系统链接，包含：排烟系统、洒水系统、水雾灭火系统、泡沫灭火系统、防火铁卷门设备或气体灭火系统。

10.如权利要求1所述的侦测空气悬浮微粒值的早期火灾预警系统，其特征在于，该侦测空气悬浮微粒值的早期火灾预警系统能够与避难标示引导设备连结，提供迅速有效逃生避难方向及引导。

11.如权利要求1所述的侦测空气悬浮微粒值的早期火灾预警系统，其特征在于，该侦测空气悬浮微粒值的早期火灾预警系统能够与任何火灾警报广播系统链接，该火灾警报广播系统包含：火警受信总机系统、广播主机或紧急广播系统。