TW201939451A - 偵測空氣懸浮微粒值之早期火災預警系統 - Google Patents

Abstract

本發明是一種偵測空氣懸浮微粒值之早期火災預警系統，其主要是由感測模組、微控制模組、及顯示裝置所組成，整體結構上相當簡單，透過感測模組偵測懸浮微粒濃度值的上升曲率進行比對，在懸浮微粒發生異常時發出警示訊息提醒環境區域內的使用人員，使環境區域內的使用人員迅速發現起火位置，可迅速完成初期滅火等防災功能。另外，本發明透過雲端處理單元數位化調整臨界值的設定，取代人工調整的方式，讓使用人員依不同環境的需求做適當的因地制宜調整，有效減省人力作業成本、提升操作效率，並且降低火災發生次數及保護生命財產安全的目的。

Description

偵測空氣懸浮微粒值之早期火災預警系統

本發明關於一種火災感測系統，特別是一種偵測空氣懸浮微粒值之早期火災預警系統。

依據火災調查報告顯示，絕大部份的住宅火災的死亡是因吸入煙霧，而不是被明火燒死。而且大約三分之二的火災死亡是發生在夜間人們睡覺的時候。由於現代建築的複雜化與大規模化，面對火災的發生，若可以在最短時間內發出正確的警報，並進行滅火與避難行動，可減低災害災情。火災的發展分為四個不同階段：醞釀(燃燒前)、可見煙霧、產生火焰和高熱階段，火災由產生火源開始悶燒轉變到發焰起火而產生高熱的這段時間是非常關鍵的。在這段時間內有兩種可能的情況：一是情況持續惡化，進而發起明火、或者採取行動，找出火源，制止火災的發生。火災初期在尚未發展成明火的階段具有緩慢發展並伴有顯著煙霧的特性，因此在火災悶燒的醞釀階段提供了更多的時間與機會來早期偵測並控制火災的發展。

火警警報系統為整個主動防火系統(偵測、滅火與避難導引)的前哨，而火災行為的探測可依據火災發生與成長過程不同階段產生的物理、化學反應所伴隨的元素，諸如：不可見煙（熱釋粒子）、可見煙、火焰、熱等，因此不同的探測技術的選用須考量被保護空間的特性與需求。防患火災的設備負擔著人類生命財產安全的重要使命。其最重要的功能，是要儘早於火災發生之時，依靠準確的感測器檢測訊息。在初級階段的發現與通報火災狀況及初期滅火行動對生命財產的維護是最重要的階段。

依據學者F. W. VAN LUIK研究，當物質受熱超過其材質能承受的臨界點(又稱為熱崩潰點，Thermal Particulate Point)時，將導致化學鍵結的破壞，造成材質分解裂化，因而每秒釋放出數以千億計的不可見次微米粒子(約0.002μm)，在短時間內，單位體積粒子數量瞬間即可超出500,000顆/立方公分。當該物質持續受熱達到燃點時，即開始轉變產生碳粒子(即所謂的可見煙霧)，粒子顆粒尺寸也逐漸變大，並開始燃燒。從材質分解到煙霧開始產生之間的階段，稱之為「極早期火災」階段。

因物質先遇熱源而熱分解出現熱釋粒子，再產生可見煙，然後再產生火焰、高溫，所以美國消防協會（National Fire Protection Association，簡稱NFPA）NFPA76定義「極早期警報火災探測系統」中「低能量火災現象」的解釋，「火災極早期」階段的現象可採用「不可見的熱釋粒子」及「煙霧」來代表。

由於火災初期，煙霧顆粒，粒徑較小，傳統雖有光電式與離子式兩大類煙霧探測器動作，但因非採用主動抽氣的方式，而被動地等待含燃燒生成粒子擴散到達探測器本體，並必須具備足夠動能進入偵測腔室，達到一定濃度才能探測出並發出警報，但此時通常在火勢已經成災、產生明火不可收拾後，才偵測到煙霧，這時已經造成重大的人員傷亡及財產損失，已無法達到早期偵測功能。

此外，傳統煙霧探測器採用「導通/斷路(ON/OFF)」兩段式設計方式而非「多階段通報門檻」 (Multiple Alarm Thresholds)，一律配置在天花板下面，對於防護區域內氣體流速或氣流無法到達的空間(如高屋頂或挑高天花板)，其反應時間及靈敏度更差，基本上這種傳統煙霧探測器僅能偵測到大量的濃煙或烈焰造成的高溫，而無法在火災極早期階段偵測到異常現象，再加上其靈敏度是人工事先設定，不可調整及多階段設定，加上此時若受信總機只知道探測火警發生的區域，其無法精確定位出火災發生的位置，不具備定址能力，無法滿足智慧化防災系統的要求。

目前有極早期火災預警系統（Very Early Smoke Detection Apparatus, VESDA）是針對傳統火災報警系統的缺點所研發出來的產品，是具高靈敏度暨主動式的「抽氣式偵煙探測器系統 Aspiration Smoke Detector System」(簡稱ASD系統)，是屬於「空氣取樣型的偵煙探測器」(Air Sampling Type Detector)，已經廣泛應用在高科技廠房或一些特殊場所空間，其偵測原理是靠著主機內部的抽氣泵，透過多條取樣管路的延伸將空氣樣品抽回主機內部進行分析比對，如同人類嗅覺一樣，當空氣中的煙霧濃度到達一定程度時，系統則會即時發出警報，若能在火災醞釀階段即時產生告警訊號，將能提供更多的時間來控制火災的發展。再者，其極早期偵測能分階段發出警報之功能。透過高科技極早期火災偵測技術，掌握狀況的先機，正確的資訊通報，配合通報系統可以提供快速的報警能力，正確與快速的避難引導，以及保護人命財產安全。

請參閱圖1A、圖1B所示，極早期火災預警系統(VESDA)主要由空氣取樣管路傳輸裝置、空氣分配閥、空氣過濾器、抽氣泵、光電偵測單元及警報控制器等元件組成，但早期火警預警系統(VESDA)系統配置若要達到最佳的早期預警機制，其空氣取樣管路必須多方考慮:(1)場所的佈局和尺寸大小，(2)防護區域內的氣流，(3)場所內的周邊環境條件，(4)場所構造(橫樑、柱子、管路障礙)，(5)防護區域內的外部環境可能帶來的影響等複雜的施工因素，因複雜的現場勘查及高施工門檻，導致:第一，缺乏具技術性設計施工人員，第二，系統設置成本過高，目前僅能設置於如電信總機房、半導體廠、無塵室、發電廠、高壓設備區域、長隧道、博物館或機密檔案室等的特殊需求場所，尚無法普及至一般場所或機構，如旅館、醫院、機場、餐館、學校、娛樂場所、購物場所、體育館、百貨公司甚至居家的環境範圍。

請參閱圖1C所示，火災感測器1就是能把化學量、生物量、物理量等轉換成電訊號的元件。該火災感測器1可輸出各式各樣的訊號，如電壓、電流、頻率、脈衝等，並滿足訊息傳輸、處理、記錄、顯示、控制的要求。其中該火災感測器1偵測的依據：(一)火災通常伴隨著煙、火光、高溫和燃燒過後產生的氣體，所以這些通常是拿來測量及判斷起火與否的依據。(二)火災初期處於陰燒的狀況，通常溫度不高但伴隨著大量的煙霧，感應式感測器以此特徵來偵測火災。(三)火災中後期，伴隨著高溫和火光，火焰感測器和溫度感測器就是以此特徵製成火災警報器。(四)從火災起火的原因和媒介來提前預防，例如瓦斯和天然氣等有可能導致火災發生的可燃性氣體去偵測，進一步預防火災發生。

常見的該火災感測器1分為：氣體感測器、或煙霧感測器。

其中該氣體感測器為一種精密的電子儀器，其由電源元件、主電路板、感應頭及外殼等主要零件組成。該氣體感測器優點是輕巧靈活可佩戴於身上，不妨礙救災行動，救災人員穿戴消防帽及空氣呼吸器等裝備並未蓋住耳朵，因此，當感測器發出警報聲時，救災人員應可聽的很清楚，且同時有震動裝置。然而，該氣體感測器在使用時卻有以下缺失：

其一，高熱、高粉塵等環境易影響感測器監測。通常其適合溫度在攝氏–20~+60度之間，不適合在火場中使用，因高溫環境下會遭破壞。所以，該設備適用尚未有明火發生環境，或監測有毒氣體洩漏方屬較為廣泛。另粉塵粒子會阻塞感應頭，所以亦不適合使用在粉塵環境中。其二，感應頭壽命約1～2年，若儲存環境不良時，則感測頭的使用年限會更短。因此，感應頭在自然狀況下會持續老化衰退，若有損壞或無法校正時，一定要更換感應頭，並列為耗材品，定期汰換，以保障第一線救災人員安全。其三，氣體感測器經長期使用後，因感應頭或機體老化，無法正確監測異常氣體之存在或洩漏，所以，感測器每年需要進行1次至2次校正，確保設備保持正常功能。其四，鎳鎘充電式電池的記憶效應特別嚴重，必須一次將其電量用完，不然必須全部放電。

其中，該煙霧感測器，例如光電式、或空氣採樣等等，是利用煙塵粒子增加所衍生的物理特性來作為火災判斷的依據，其中光電式利用發射光源後，若空氣中存在煙塵粒子，則會對光產生散射作用而導致光亮的變化，藉此偵測火災的發生，然而如此設置的感測器，只要光源被遮住或者沒光源的時候有可能產生誤判動作，可能會因為物品遮住光源產生錯誤的警報，進而發動警報。另外，有煙霧但是煙霧不夠濃，以致於光感測沒有完全的遮罩，而無法發出警報，而且由於受到光源發射的限制，其探測範圍必然有侷限性，對於大範圍空間的感測效果也相當有限，故上述煙霧感測器若置於常時間使用下會有誤報的情況發生，而缺乏煙霧偵測的準確性及穩定性；另一種空氣採樣式的感測則是利用對分析判斷感測空間內的空氣進行採樣，所得的空氣成分分析判斷火災的發生，此種空氣採樣式所使用的感測器本身較為昂貴，而且為了採樣空氣，必須藉由佈管來通連以利於感測(例如VESDA系統)。

目前該火災感測器1的火災臨界點的設定是利用人工的方式來調整，工廠測試人員透過感測器的外部調整鈕，使得感測器的臨界點可以被調整到符合各國火災偵測標準的警示點，其中外部調整鈕是透過外部旋轉鈕以改變感測器內部的可變電阻，然而，目前人工調整警示點的作法有些缺失，如測試人員的反應不同或者情緒不定，使得每一個製造出的感測器警示點都不相同。

此外，上述該火災感測器1在設計上，其功能是固定不可變動的，例如輸入鍵(按鍵)數量、發光二極體的數量與顯示方式、蜂鳴片的鳴叫方式、韌體程式設定以及靈敏度調整都無法透過無線傳輸方式變動或修改。因此，使用人員若想增加或增加改變原警報的顯示方式，必須派人現場重新燒錄程式或手動調整感測器本身(如指撥開關)，因此該火災感測器1必須投入更多工時而增加成本。另外，由於習知該火災感測器1客制化的結果，一旦當煙霧因為施工或誤判的情況下超過正常標準時，就會發出警告聲響。在一些公共地區甚至還會搭配噴水裝置，當該火災感測器1不小心誤觸時，進而破壞室內裝潢，而造成日後責任歸屬及賠償問題。

基於上述傳統煙霧探測器具有:(1)無法早期火災預警功能，(2)靈敏度無法調整及系統不具多階段設定通報，而極早期火災預警系統(VESDA)具有：(1)缺乏具技術性設計施工人員，(2)系統設置成本過高等缺點，本發明創新性率先提出「偵測空氣懸浮微粒值之早期火災預警系統」，具有：初期火災煙霧監測、靈敏度可系統調整、可多階段通報、具火災定位、具智慧化防災功能、施工簡易及設備成本低廉等優點，其設計原理說明如下。

近幾年因為懸浮微粒PM2.5影響國人健康議題受各界重視，民眾以每日生活周遭環境的空氣品質直接影響健康，民眾對於日常空氣品質資訊需求殷切。因應社會大眾對室內空氣品質重視，加上環保署已於101年11月23日公告之「室內空氣品質管理法」，9項室內空氣品質標準如下：二氧化碳(CO2)為1000ppm（八小時平均）、一氧化碳(CO)為9ppm（八小時平均）、甲醛(HCHO)為0.08ppm（一小時平均）、總揮發性有機化合物(TVOC，包含：十二種揮發性有機物之總和)為0.56ppm（一小時平均）、細菌為1500 CFU/m³ （菌落數/立方公尺）（最高值）、真菌為1000CFU/m³ （菌落數/立方公尺）（最高值）（但真菌濃度室內外比值小於等於1.3者不在此限）、PM10為75μg/m³ （二十四小時平均）、PM2.5為35μg/m³ （二十四小時平均）、臭氧（O3）為0.06ppm（八小時平均）。

漂浮在空氣中類似灰塵的粒狀物稱為懸浮微粒(Particulate Matter, PM)，PM粒徑大小有別，小於或等於2.5微米 (μm)的懸浮微粒，就稱為細懸浮微粒( PM2.5 )，單位以微克/立方公尺(μg/m³ )表示之，它的直徑還不到人的頭髮絲粗細的1/28，其他常見的懸浮微粒有PM1及PM10。懸浮微粒的來源可分為原生性及衍生性，雖然皆可能由自然界或人為產生，一般PM值是應用於觀察記錄室內空氣品質的變化，在正常情況下，其單位時間內PM濃度值的變化率不會劇烈變化，除非是有非自然或異常的煙霧突然產生，例如火災初期在尚未發展成明火的早期階段且具有緩慢發展並伴有顯著煙霧的現象，這突發的煙霧濃度將造成PM值在短時間內劇烈增加，本發明即應用此原理來偵測早期火災預警，並且達到平時狀態可以偵測空氣品值(包含懸浮微粒PM1、PM2.5及PM10值)，一旦發生火災異常狀態，又可以做早期火災預警系統之多功能整合。

因此，有必要提供一種新穎且具有進步性之偵測空氣懸浮微粒值之早期火災預警系統，以解決上述問題，將火災損害降至最低。

鑒於上述習知技術的缺點，因此，本發明提供一種偵測空氣懸浮微粒值之早期火災預警系統，其主要目的利用環境中懸浮微粒的上升曲率進行比對，進而判斷是否有火苗的產生，避免煙塵阻塞或擴散條件差的影響，大幅地提升警示的安全性而提早迴避。另外，以自動化、網路化與數位化調整臨界值的設定，能有效節省人力作業、提升操作效率之目的。

為達前述目的，本發明係一種偵測空氣懸浮微粒值之早期火災預警系統，適用於無線網路且裝設於至少一環境區域，該偵測空氣懸浮微粒值之早期火災預警系統包含：

一感測模組，包含至少一懸浮微粒感測器，該至少一懸浮微粒感測器用以感測該至少一環境區域的懸浮微粒以取得一懸浮微粒感測濃度值，並予以輸出；

一微控制模組，通訊連接該感測模組且接收該懸浮微粒感測濃度值，並具有一比對值，該微控制模組用以將該懸浮微粒感測濃度值與該比對值進行比對，當該懸浮微粒感測濃度值大於該比對值時，產生至少一警示訊號，當該懸浮微粒感測濃度值小於該比對值時，則產生一正常訊號；以及

一顯示裝置，用以接收該警示訊號與該正常訊號來產生對應之訊息。

較佳地，其中該微控制模組的該至少一警示訊號能夠為三個階段設定通報，當偵測空氣懸浮微粒濃度增加速度超過每分鐘30微克/立方公尺(μg/m³ )以上時，設定第一階段警示訊號為煙霧異常；當空氣煙濃懸浮微粒濃度沒有減少且持續增加超過250微克/立方公尺(μg/m³ )以上時，設定第二階段警示訊號為火災預警；當空氣煙濃懸浮微粒濃度繼續急遽上升超過500微克/立方公尺(μg/m³ )以上時，設定第三階段警示訊號為火災避難。

較佳地，其中該懸浮微粒感測濃度值為PM1、PM2.5、或PM10。

較佳地，其中該感測模組取得一位置訊號，該偵測空氣懸浮微粒值之早期火災預警系統還包含一雲端處理單元、及一通訊連接該雲端處理單元且能夠接收該至少一警示訊號的電子裝置，該雲端處理單元具有一資料庫模組，該資料庫模組包含一對應該位置訊號且具有該比對值的區域資料，該電子裝置包含一編輯模組，該編輯模組用以輸出一指令傳遞至該資料庫模組，該資料庫模組根據該指令調整該比對值。

較佳地，其中該電子裝置與該顯示裝置能夠以聲音型態、亮光型態、影片型態、圖片型態、簡訊型態、推播型態、或振動型態顯示三個階段的該警示訊號。

較佳地，其中該感測模組還包含至少一氣體感測器，該至少一氣體感測器用以感測該至少一環境區域以取得一氣體感測值，並予以輸出，該微控制模組的該比對值能夠通訊連接該至少一氣體感測器，該至少一氣體感測器與該至少一懸浮微粒感測器能夠建立一多指標分析架構，該多指標分析架構用以進行雙重確認提高火災警報的準確率，降低誤報的風險。

較佳地，其中該氣體感測值為一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、瓦斯、氫氣(H2)、二氧化氮(NO2)或甲烷(CH4)。

較佳地，其中該偵測空氣懸浮微粒值之早期火災預警系統是透過Wi-Fi、藍芽、RF、ZigBee、4G、5G、或LoRa無線達成訊號傳輸。

較佳地，其中該偵測空氣懸浮微粒值之早期火災預警系統能夠與任何滅火系統連結，包含：排煙系統、灑水系統、水霧滅火系統、泡沫滅火系統、防火鐵捲門設備或氣體滅火系統。

較佳地，其中該偵測空氣懸浮微粒值之早期火災預警系統能夠與避難標示引導設備連結，該避難標示引導設備用以提供迅速有效逃生避難方向及引導。

較佳地，其中該偵測空氣懸浮微粒值之早期火災預警系統能夠 與能夠與任何火災警報廣播系統連結，該火災警報廣播系統包含：火警受信總機系統、廣播主機或緊急廣播系統。

據此，本發明所提供一種偵測空氣懸浮微粒值之早期火災預警系統，其主要是由感測模組、微控制模組、及顯示裝置所組成，整體結構上相當簡單，透過感測模組偵測懸浮微粒濃度值的上升曲率進行比對，在懸浮微粒發生異常時發出警示訊息提醒環境區域內的使用人員，使環境區域內的使用人員迅速發現起火位置，可迅速完成初期滅火等防災功能。

另外，本發明透過雲端處理單元網路化及數位化調整臨界值的設定，取代人工調整的方式，讓使用人員依不同環境的需求做適當的因地制宜調整，有效減省人力作業成本、提升操作效率，並且降低火災發生次數及保護生命財產安全的目的。

請參閱圖2至圖10所示，本發明實施例提供一種偵測空氣懸浮微粒值之早期火災預警系統，適用於無線網路且裝設於至少一環境區域20，該偵測空氣懸浮微粒值之早期火災預警系統包含：一感測模組30、一微控制模組40、及一顯示裝置50，其中：

該感測模組30，包含至少一懸浮微粒感測器31，該至少一懸浮微粒感測器31用以感測該至少一環境區域20的懸浮微粒A以取得一懸浮微粒感測濃度值(懸浮微粒感測濃度值單位為微克/立方公尺)，並予以輸出；本實施例中，該懸浮微粒感測濃度值指空氣中懸浮微粒的濃度，該懸浮微粒感測濃度值為PM1、PM2.5、或PM10，詳細來說，空氣動力學直徑小於或等於10為微米的懸浮微粒稱為細懸浮粒子(PM10)；空氣動力學直徑小於或等於2.5為微米的懸浮微粒稱為細懸浮微粒(PM2.5)；空氣動力學直徑小於或等於1為微米的懸浮微粒稱為細懸浮微粒(PM1)。

該微控制模組40，通訊連接該感測模組30且接收該懸浮微粒感測濃度值，並具有一比對值，該微控制模組30用以將該懸浮微粒感測濃度值與該比對值進行比對，當該懸浮微粒感測濃度值大於該比對值時，產生至少一警示訊號，當該懸浮微粒感測濃度值小於該比對值時，產生一正常訊號；本實施例中，該微控制模組40可透過無線網路進行韌體資料更新，韌體可以以是組合語言、Ｃ語言等來撰寫，但不以此為限。

該顯示裝置50，由複數個發光二極體(Light Emitting Diode,LED)所組成，用以接收該警示訊號與該正常訊號來產生對應之訊息供該環境區域20的使用人員、或管理人員讀取；本實施例中，該顯示裝置50舉裝置盒為例，但不以此為限，亦能夠是手機、Ipad(請參閱圖3B所示)、或是穿戴式裝置，使人們能夠容易地對於該環境區域20中該懸浮微粒A進行觀察，透過該顯示裝置50可以得到該懸浮微粒A的濃度數據，其中該顯示裝置50能夠以聲音型態、亮光型態、影音型態、圖片型態、簡訊型態、推播型態、或振動型態顯示三個階段的該警示訊號。

透過該感測模組30、該微控制模組40與該顯示裝置50相互搭配的設置方式，可對火災發展知早期階段產生該警示訊號，使管理員、消防人員、或該環境區域20的人員有足夠的時間做出適當的處置，並且提早採取相對應的應變措施，避免形成火災而減少危害。

請參圖2至圖4所示，該感測模組30取得一位置訊號，該偵測空氣懸浮微粒值之早期火災預警系統還包含一雲端處理單元60、及一通訊連接該雲端處理單元60的電子裝置70，該雲端處理單元60具有一資料庫模組61，該資料庫模組61包含一對應該位置訊號且具有該比對值的區域資料，該電子裝置70包含一編輯模組71，該編輯模組71用以輸出一指令傳遞至該資料庫模組61，該資料庫模組61根據該指令調整該比對值。該雲端處理單元60的資料庫模組61是包含建築物各樓層的平面圖，並依據所接收到該位置訊號以及座標，計算出該環境區域20的懸浮微粒及煙霧分布的狀況，本發明能夠透過無線傳輸及位址定址方式取得該位置訊號，透過物聯網的架構配置設計，可以精確定位出環境區域內火災發生的位置。本發明該電子裝置70舉智慧型手機為例，亦可以是桌上型電腦、筆記型電腦、或平板電腦；藉此，本發明即時地對於該環境區域20中的該懸浮微粒A濃度進行感測，並回報感測結果給該環境區域20的使用人員，該使用人員收到該警示訊息時，發現該環境區域20的該懸浮微粒A濃度過高，就可以馬上做出反應，如停止施工並且離開該環境區域20、或關閉總電源設備等等，以減少火災發生的機率。另外，透過該雲端處理單元60的設置及網路化、數位化設定，不用在現場分別進行組裝設定，節省許多的設置成本與時間，對於大型建築物內的布建，賦予相當大地助益。而且，該資料庫模組61不僅僅具備該區域資料，還能夠儲存溫度變化資訊、氣體變化資訊、火源熱釋放率變化資訊等。

此外，該偵測空氣懸浮微粒值之早期火災預警系統是透過Wi-Fi、藍芽、RF、ZigBee、4G、5G、或LoRa無線等通訊技術達成訊號傳輸，以將該懸浮微粒A濃度狀態等相關資料上傳至該雲端處理單元60，以供遠端的使用人員透過手機或平板電腦等監看。例如使用人員可遠端地透過手機或平板電腦等，以調整原廠該懸浮微粒A濃度之預設濃度值。

請參閱圖5A、6A所示，顯示該偵測空氣懸浮微粒值之早期火災預警系統在一密閉空間無對流的實驗曲線圖，該偵測空氣懸浮微粒值之早期火災預警系統位於氣窗B與門C之間，並且靠近該門C的位置擺放一香爐D，該香爐D插置50支香做為懸浮微粒產生的實驗依據(由於50支香數量太多，圖中以3支香顯示)。火災初期懸浮粒子濃度驟然增加，但此時累積煙霧量，人眼觀察尚不明顯，所以傳統煙霧探測器不會有所反應，但隨著火勢愈來愈大，粒子顆粒愈來愈大，PM濃度值增加至800微克/立方公尺(μg/m³ )以上時，大量濃煙密布時，傳統煙霧探測器才開始有所反應，但此時火勢已經成災及產生明火高溫，可能會造成重大的人員傷亡及財產損失；藉此，火災初期在尚未發展成明火的早期階段具有緩慢發展並伴有顯著煙霧的現象，這突發的煙霧濃度將造成PM值在短時間內劇烈增加，本發明係應用此原理來偵測早期火災預警，並且達到平時狀態可以偵測空氣品值(包含懸浮微粒PM1、PM2.5及PM10值)，一旦發生火災異常狀態，又可以做早期火災預警系統。

請參閱圖5B、6B所示，顯示該偵測空氣懸浮微粒值之早期火災預警系統在該氣窗B打開自然對流的實驗曲線圖，該偵測空氣懸浮微粒值之早期火災預警系統位於該氣窗B與該門C之間，並且靠近該門C的位置擺放該香爐D，該香爐D插置50支香做為懸浮微粒產生的實驗依據(由於50支香數量太多，圖中以3支香顯示)；藉此，穩定氣流的實驗如上述曲線圖所呈現(即關閉所有氣窗與出入口大門)又比自然對流實驗(即關閉所有氣窗與出入口大門)，其懸浮粒子(PM)濃度增加速度較快。

本發明該偵測空氣懸浮微粒值之早期火災預警系統，其中該懸浮微粒感測值除了PM2.5外，也可以透過偵測PM1或PM10值來達成。

請參閱圖2、圖7所示，該微控制模組40的該至少一警示訊號能夠為三個階段設定通報，當偵測空氣懸浮微粒濃度增加速度超過每分鐘30微克/立方公尺(μg/m³ )以上時，系統即發出「煙霧異常」訊息，並將信號出現在相關電子顯示設備及行動穿載裝置上，促使現場附近人員前往查看，此乃第一階段通報；當空氣煙濃懸浮微粒濃度沒有減少且持續增加超過250微克/立方公尺(μg/m³ )以上時，系統即發出「火災預警」訊息，並將信號出現在相關電子顯示設備及行動穿載裝置上，藉此通知警衛及管理人員前往加以辨識或確認，此為第二階段通報；當空氣煙濃懸浮微粒濃度急遽上升超過500微克/立方公尺(μg/m³ )以上時，系統即發出「火災避難」訊息，並將火災警告訊息傳至相關顯示設備及行動穿載裝置上，此為第三階段通報，其中第一階段的該警示訊號是依據懸浮微粒上升的斜率每分鐘大於30微克/立方公尺(μg/m3)以上所決定。另外，參閱圖7所示，兩條曲線雖然分別代表環境背景不同(其中一條曲線是指初期空氣品質普通，另一條曲線是指初期空氣品質不良)，但初期啟動的條件是每分鐘大於30微克/立方公尺(μg/m3)以上是一樣的，克服採用絕對值誤報的缺點。另外，因考慮到每個環境區域的特殊要求，例如：當場所座落於高污染空氣品質的區域內(地下停車場及公路隧道)、容易頻繁暴露於外界環境的區域(倉庫裝卸區及坐落大馬路旁低樓層)，或可能意想不到地出現背景煙霧水準提高(如廚房及車輛維修工廠)，其中三階段的設定，可以因地制宜彈性調整煙霧異常、火災預警及火災避難比對值的大小。所以本發明「偵測空氣懸浮微粒值之早期火災預警系統」內部可調整比對值、靈敏度及採多階段通報，可以比傳統煙霧探測器提早數分鐘發出火警信號，進而達到「智慧化防災系統」，係早期火災偵測系統發揮效益的最大關鍵。

請參閱圖8所示，該感測模組30還包含至少一氣體感測器32，該至少一氣體感測器32用以感測該至少一環境區域20以取得一氣體感測值，並予以輸出，該微控制模組40的該比對值能夠通訊連接該至少一氣體感測器32，該至少一氣體感測器32與該至少一懸浮微粒感測器31建立一多指標分析架構，該多指標分析架構用以進行雙重確認提高火災警報的準確率，降低誤報的風險，達到智慧化防火的功能。該氣體感測值為一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、瓦斯、氫氣(H2)、二氧化氮(NO2)或甲烷(CH4)，因此，透過該氣體感測器32的設置能偵測該環境區域20的氣體品質，當二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)、甲烷(CH4)、瓦斯等任何一氣體超過設定值時，又能傳送資訊至該顯示裝置50，並且供該環境區域20內的使用人員，盡早做出預警的處理，請參閱下表1為氣體設定值的偵測濃度的範圍。

表1

請參閱圖2、圖9所示，該偵測空氣懸浮微粒值之早期火災預警系統能夠與任何滅火系統120連結，其中連結的方式能夠為有線或是無線方式連結，本實施例舉無線為例，該滅火系統120包含：排煙系統、灑水系統、水霧滅火系統、泡沫滅火系統、防火鐵捲門設備或氣體滅火系統。本發明舉水系統為例，當該感測模組30偵測該懸浮微粒A異常上升時，並且依據該異常判斷是否為火警，若為火警時，該感測模組30執行一系列的滅火手段，其中，該感測模組30傳送訊號至加壓馬達將水加壓，此時，建築物內的管路因為該訊號由關閉的形態轉換成通路的型態，該感測模組30同時將訊號傳至伺服馬達(圖中未示)，讓該伺服馬達轉動，藉此，該滅火系統120透過上述動作噴嘴即可噴出強烈水柱達到迅速滅火的目的，反之，若是該異常判斷為誤判，則解除該滅火手段，並繼續偵測懸浮微粒上升的異常狀況。

請再參閱圖10A至10B所示，該偵測空氣懸浮微粒值之早期火災預警系統能夠與避難標示引導設備130連結，其中連結的方式能夠為有線或是無線方式連結，提供迅速有效逃生避難方向及引導。當建築物內發生火災必須進行疏散的情況時，設在建築物的1號逃生出口90及2號逃生出口100的無線收發裝置80分別在其接收範圍內與各人員E的該顯示裝置50(此處該顯示裝置50穿戴在人員E身上)相互連接，據此，各該人員E在疏散的過程中，可直接視該偵測空氣懸浮微粒值之早期火災預警系統的疏散訊息，以便在最短時間內做出最正確的判斷，達到使建築物內的該等人員E能夠在短時間內，達到快速、安全疏散的目的，甚至在疏散過程中，在該等人員E無法直接視得逃生出口的情況下，可立即得知何者出口視安全且可快速通過。

請再參閱圖2、圖11所示，該偵測空氣懸浮微粒值之早期火災預警系統能夠與任何火災警報廣播系統連結，其中連結的方式能夠為有線或是無線方式連結，該火災警報廣播系統包含：火警受信總機系統、廣播主機或緊急廣播系統。本發明舉該緊急廣播系統110為例，當該感測模組30偵測該懸浮微粒A異常上升時，並且依據該異常判斷是否為火警，若為火警，該感測模組30將訊號傳送給該緊急廣播系統110立即執行一系列的火災逃生避難等疏散訊息廣播，使建築物內的人員能夠在短時間內，達到快速、安全疏散的目的。

以上所述即為本發明實施例各主要構件的組態說明。至於本發明的使用方式及功效作以下說明。

其一，本發明整體結構上相當簡單，透過該感測模組30偵測該懸浮微粒A的上升曲率進行比對，在該懸浮微粒A發生異常時發出警示訊息提醒該環境區域20內的使用人員，使該環境區域20內的使用人員迅速發現起火位置，可迅速完成初期滅火等防災功能。

其二，本發明透過該雲端處理單元60網路化及數位化調整該偵測空氣懸浮微粒值之早期火災預警系統臨界值的設定，取代人工調整的方式，讓使用人員依不同環境的需求做適當的調整，有效減省人力作業成本、提升操作效率，並且降低火災發生次數及保護生命財產安全的目的。

其三，依據環境區燃燒行為特性，本系統整合多種火災偵測技術成為一智慧化防火系統，可獲得正確的資訊以掌握狀況的先機，提供可靠的資訊，降低誤報的風險，並發揮有效的應變措施，達到安全防火之目的，提供可靠的資訊，同時可降低誤報的風險。

值得一提的是，以下是本發明與極早期火災預警系統和傳統煙霧探測系統之間比較如表2所示。

表2

綜上所述，上述實施例及圖式僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以之限定本發明實施之範圍，舉凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應屬本發明專利涵蓋之範圍內。

﹝習知﹞

1‧‧‧火災感測器

﹝本發明﹞

A‧‧‧懸浮微粒

B‧‧‧氣窗

C‧‧‧氣窗

D‧‧‧香爐

E‧‧‧人員

20‧‧‧環境區域

30‧‧‧感測模組

31‧‧‧懸浮微粒感測器

32‧‧‧氣體感測器

40‧‧‧微控制模組

50‧‧‧顯示裝置

60‧‧‧雲端處理單元

61‧‧‧資料庫模組

70‧‧‧電子裝置

71‧‧‧編輯模組

80‧‧‧收發裝置

90‧‧‧1號逃生出口

100‧‧‧2號逃生出口

110‧‧‧緊急廣播系統

120‧‧‧滅火系統

130‧‧‧避難標示引導設備

圖1A係習用極早期火災預警系統的示意圖。 圖1B係習用另一極早期火災預警系統的示意圖，顯示機房不同的機櫃採樣。 圖1C係習用的火災感測器的示意圖。 圖2係本發明實施例的方塊圖，顯示感測模組、微控制模組及顯示裝置。 圖3A係本發明實施例的使用示意圖，顯示裝置偵測煙霧異常的狀況。 圖3B係本發明實施例的使用示意圖，顯示Ipad偵測煙霧異常的狀況。 圖4係本發明實施例的示意圖，顯示雲端處理單元與電子裝置。 圖5A係本發明實施例的平面圖，顯示環境區域內關閉門氣窗無對流的狀態。 圖5B係本發明實施例的平面圖，顯示環境區域內開起氣窗戶自然對流的狀態。 圖6A係本發明實施例的曲線圖，顯示圖5A懸浮微粒感測濃度值的上升曲率。 圖6B係本發明實施例的曲線圖，顯示圖5B懸浮微粒感測濃度值的上升曲率。 圖7係本發明實施例的曲線圖，顯示警示訊號能夠為三個階段設定通報。 圖8係本發明另一實施例的方塊圖，顯示氣體感測器。 圖9係本發明又一實施例的示意圖，顯示本發明能夠與任何滅火系統連結。 圖10A係本發明再一實施例的示意圖，顯示本發明能夠與避難標示引導設備連結。 圖10B係圖10A實施例的看板顯示圖，顯示避難標示的狀況。 圖11係本發明又一實施例的看板顯示圖，顯示本發明能夠與任何火災警報廣播系統連結，包含：火警受信總機系統、廣播主機或緊急廣播系統。

Claims (11)

1. 一種偵測空氣懸浮微粒值之早期火災預警系統，適用於無線網路且裝設於至少一環境區域，該偵測空氣懸浮微粒值之早期火災預警系統包含： 一感測模組，包含至少一懸浮微粒感測器，該至少一懸浮微粒感測器用以感測該至少一環境區域的懸浮微粒以取得一懸浮微粒感測濃度值，並予以輸出； 一微控制模組，通訊連接該感測模組且接收該懸浮微粒感測濃度值，並具有一比對值，該微控制模組用以將該懸浮微粒感測濃度值與該比對值進行比對，當該懸浮微粒感測濃度值大於該比對值時，產生至少一警示訊號，當該懸浮微粒感測濃度值小於該比對值時，則產生一正常訊號；以及 一顯示裝置，用以接收該警示訊號與該正常訊號來產生對應之訊息。
2. 如請求項1所述之偵測空氣懸浮微粒值之早期火災預警系統，其中該微控制模組的該至少一警示訊號能夠為三個階段設定通報，當偵測空氣懸浮微粒濃度增加速度超過每分鐘30微克/立方公尺(μg/m³ )以上時，設定第一階段警示訊號為煙霧異常；當空氣煙濃懸浮微粒濃度沒有減少且持續增加超過250微克/立方公尺(μg/m3)以上時，設定第二階段警示訊號為火災預警；當空氣煙濃懸浮微粒濃度繼續急遽上升超過500微克/立方公尺(μg/m³ )以上時，設定第三階段警示訊號為火災避難。
3. 如請求項1所述之偵測空氣懸浮微粒值之早期火災預警系統，其中該懸浮微粒感測濃度值為PM1、PM2.5、或PM10。
4. 如請求項1所述之偵測空氣懸浮微粒值之早期火災預警系統，其中該感測模組取得一位置訊號，該偵測空氣懸浮微粒值之早期火災預警系統還包含一雲端處理單元、及一通訊連接該雲端處理單元且能夠接收該至少一警示訊號的電子裝置，該雲端處理單元具有一資料庫模組，該資料庫模組包含一對應該位置訊號且具有該比對值的區域資料，該電子裝置包含一編輯模組，該編輯模組用以輸出一指令傳遞至該資料庫模組，該資料庫模組根據該指令調整該比對值。
5. 如請求項1所述之偵測空氣懸浮微粒值之早期火災預警系統，其中該顯示裝置能夠以聲音型態、亮光型態、影音型態、圖片型態、簡訊型態、推播型態、或振動型態顯示三個階段的該警示訊號。
6. 如請求項1所述之偵測空氣懸浮微粒值之早期火災預警系統，其中該感測模組還包含至少一氣體感測器，該至少一氣體感測器用以感測該至少一環境區域以取得一氣體感測值，並予以輸出，該微控制模組的該比對值能夠通訊連接該至少一氣體感測器，該至少一氣體感測器與該至少一懸浮微粒感測器能夠建立一多指標分析架構，該多指標分析架構用以進行雙重確認提高火災警報的準確率，降低誤報的風險。
7. 如請求項5所述之偵測空氣懸浮微粒值之早期火災預警系統，其中該氣體感測值為一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、瓦斯、氫氣(H2)、二氧化氮(NO2)或甲烷(CH4)。
8. 如請求項1所述之偵測空氣懸浮微粒值之早期火災預警系統，其中該偵測空氣懸浮微粒值之早期火災預警系統是透過Wi-Fi、藍芽、RF、ZigBee、4G、5G、或LoRa無線達成訊號傳輸。
9. 如請求項1所述之偵測空氣懸浮微粒值之早期火災預警系統，其中該偵測空氣懸浮微粒值之早期火災預警系統能夠與任何滅火系統連結，包含：排煙系統、灑水系統、水霧滅火系統、泡沫滅火系統、防火鐵捲門設備或氣體滅火系統。
10. 如請求項1所述之偵測空氣懸浮微粒值之早期火災預警系統，其中該偵測空氣懸浮微粒值之早期火災預警系統能夠與避難標示引導設備連結，提供迅速有效逃生避難方向及引導。
11. 如請求項1所述之偵測空氣懸浮微粒值之早期火災預警系統，其中該偵測空氣懸浮微粒值之早期火災預警系統能夠與任何火災警報廣播系統連結，該火災警報廣播系統包含：火警受信總機系統、廣播主機或緊急廣播系統。