ikoktejl

Potápění s uzavřenými okruhy – 1. díl

   Připravil David Skoumal

 Od prvopočátku snah člověka o autonomní pobyt pod vodní hladinou se používala zařízení na principu uzavřeného okruhu. Na starém asyrském reliéfu z období 900 let př. n. l. je vyobrazen člověk pod vodou, dýchající z vaku umístěného na prsou.Takovéto zařízení umožňovalo pouze krátkodobý pobyt pod vodou. Potápěč mohl provádět buď pouze nádech, vak použil jako otevřený okruh a vydechoval do okolí, a potom v krátké době vysál z vaku všechen vzduch. Popřípadě mohl zpátky do vaku vydechovat a v tom případě hovoříme o uzavřeném okruhu, kde se směs stala v krátké době nedýchatelnou kvůli vysokému obsahu CO₂.

Zlomovým rokem pro sportovní potápění se stává rok 1943, kdy dochází k vynálezu plicní automatiky – autonomního regulátoru Aqua Lung Mistral J. Y. Cousteaua a E. Gagnana a následuje rozvoj potápění s otevřeným dýchacím okruhem. Tento přístroj navázal na předchozí konstrukce otevřených okruhů, jako byl historicky první Aerophore z roku 1863. Tento přístroj byl konstrukčně omezen tehdejší možností tlakových zásobníků, a tedy jeho autonomie byla velmi malá. Taktéž další přístroje – Fernezův či Le Prieurův aj. jsou buď neefektivní, či nejsou autonomní, vyžadují například manuální regulaci přívodu vzdušnin. Až plicní automatika dvojice Cousteau a Gagnan otevřela podmořský svět suchozemcům ve skutečně širokém měřítku.

Uzavřené okruhy však stály historicky jak u zrodu potápění, tak dnes patří k vrcholu techniky a používají se stále více a více.

V roce 1878 vyrobil Henry Fleuss jeden z prvních funkčních kyslíkových přístrojů s uzavřeným okruhem – rebreatherů (z angl. rebreathe – opětovné vdechování). Tyto přístroje se během druhé světové války používaly jako únikové dýchací přístroje z ponorek. Efektivita tohoto jednoduchého kyslíkového přístroje s uzavřeným okruhem byla daleko větší než možnosti vzduchových přístrojů s otevřeným okruhem té doby. Použití bylo původně hlavně pro armádní diverzní účely, neboť potápěče neprozrazují unikající bubliny. Ale toto není jediné použití. Nejslavnější vědecké použití dalšího přístroje s uzavřeným okruhem – Drägerova Kleintauchgerätu – bylo například při výpravách Hanse Haase s lodí Xarifa v letech 1951-1958.

V současné době stojí přístroje s uzavřeným či polouzavřeným okruhem za mnoha náročnými ponory v jeskyních, na hlubokých vracích a stávají se jednoznačně trendem dneška.

Základní rozdíl mezi uzavřeným a otevřeným okruhem je tento:

- u otevřeného okruhu vše, co jsem nadechl, vydechnu ven do okolí

- u uzavřeného okruhu vše, co jsem nadechl, vydechnu zpět do uzavřeného okruhu – dýchací smyčky.

Principiálně lze rozdělit přístroje:

Přístroje s polouzavřeným okruhem – SCR Semi Closed Circuit Rebreather

Přístroje s uzavřeným okruhem – CCR Closed Circuit Rebreather

Kyslíkové přístroje s uzavřeným okruhem – stojí konstrukčně mezi SCR a CCR

   Kyslíkové přístroje s uzavřeným okruhem

Obecné výhody:

- Úspora dýchacích plynů a zvýšení autonomie – mnohonásobně při zachování akceptovatelné hmotnosti a velikosti přístroje (slušná autonomie až 2 hodiny v přípustné hloubce s jednolitrovou kyslíkovou láhví oproti daleko většímu přístroji s otevřeným okruhem). Pro srovnání: Spotřeba kyslíku se pohybuje u člověka od 300 ml až po 1-2 l/min, podle stupně námahy. U otevřeného okruhu je spotřeba vzduchu na hladině 8-30 l/min, podle stupně námahy.

- S tím souvisí velikost a hmotnost přístroje, která je daleko menší než u přístroje s otevřeným okruhem.

- Ticho – skoro žádné bubliny, které by mohly prozradit potápěče či rušit okolí (fotografie, diverzní aktivity, jeskyně – žádný sediment ze stropu a stěn).

Nevýhody:

- složitější obsluha

- možnost selhání je stejná jako u otevřeného okruhu

- shodný je záložní systém(bail out) pomocí otevřeného okruhu

- omezení délky pobytu a hloubky kyslíkovou toxicitou.

U kyslíku je dle posledních norem NOAA přípustný max. parciální tlak O₂ 1,6 bar – tzn. hloubka 6 metrů vodního sloupce. Přístroje kdysi používali vojáci do hloubek větších než 12 metrů, ale jen a jen jedinci s dobrou tolerancí ke kyslíku, navíc ztráty jsou v armádě přirozenou věcí. Dále si musíme uvědomit, že vydýcháním inertního plynu dusíku z tkání snížíme parciální tlak kyslíku v dýchacím okruhu, a tedy posuneme limit hloubky. Takový pohled na věc však není možné doporučit, platí jen omezeně a my se musíme držet zavedené limitace a maximální hloubky 6 m. 

Složení přístroje:

Přístroj je celkem jednoduchý. Konstrukce se skládá z tlakové láhve s kyslíkem (vodní objem1-2 l), redukčního ventilu, trysky stálé dávky seřízené asi na 1,5 l/min, sprchy-bypassu, umožňující ruční přídavek kyslíku (když potřebujeme doplnit objem dýchací smyčky), dýchacího vaku s přetlakovým ventilem, vrapových hadic se směrovými ventily, s uzavíracím náustkem a s pohlcovačem CO₂. Celý systém tvoří uzavřenou smyčku.

Princip:

Z tlakové láhve proudí kyslík tryskou přesně nastaveným průtokem (asi 1,3-3 l O₂/min) do dýchacího vaku, z vaku vdechujeme jeho obsah směrovým ventilem vrapovou hadicí do náústku, do plic a z plic směrovým ventilem vrapovou hadicí do pohlcovače CO₂ a zpět do vaku. Spotřebovaný kyslík se doplňuje z tlakové láhve tryskou dávající stabilní průtok – stálou dávku. Vzhledem k tomu, že stálá dávka je nastavena tak, aby byla vždy bezpečně větší než spotřeba potápěče, můžeme kyslíkový přístroj z tohoto pohledu zařadit mezi SCR přístroje (Semi Closed Circuit Rebreather) – s polouzavřeným okruhem. Nespotřebovaný kyslík zvětšuje objem vaku, takže po čase dojde k upuštění vzdušnin ven do okolí.

Použití:

Vzhledem k velmi malým možnostem přístroje (hloubkové omezení 6 m) se ve sportovním potápění používal velmi omezeně (pouze v počátcích se proslavil při výpravách Hanse Haase). Hlavní význam měl pro armádní účely vzhledem ke kompaktnosti a velikosti přístroje a k „tichému provozu“ bez bublin. 

   Přístroje s polouzavřeným okruhem – SCR Semiclosed Circuit Rebreather

Historicky navazují na jednoduché kyslíkové přístroje s uzavřeným okruhem. Principiálně je můžeme rozdělit na přístroje s pasivní či aktivní dodávkou dýchacího plynu do dýchacího okruhu.

Aktivní dodávka – dýchací plyn proudí tryskou stálé dávky do dýchacího okruhu. Tryska je definována pro určitý plyn. Protože člověk spotřebovává pouze kyslík, a my dopouštíme kromě kyslíku i diluent – zde inertní plyn, tak objem plynů neustále narůstá a je po překročení nastaveného tlaku vypouštěn pojistným ventilem do okolí.

Je možné do okruhu přivést plyn jak z kyslíkové láhve, tak současně z láhve s diluentem. Toto řešení je vývojově překonáno dodávkou z jedné láhve, kde je dýchací plyn již namíchán.

Pokud bychom použili vzduch, bude dýchatelný v režimu polouzavřeného okruhu až od hloubky 5 m při klidnější ventilaci, proto musíme použít v přístroji SCR vždy HYPEROXICKOU SMĚS – směs s vyšším obsahem kyslíku než 21 %, nejčastěji v rozmezí 32-60 %. Takže běžně se používají v SCR přístrojích nitroxové směsi EAN 32 až EAN 60.

Maximální operační hloubka je dána frakcí kyslíku v láhvi a výpočet dekomprese se provádí odhadem, výpočtem nebo monitorováním parciálního tlaku kyslíku v dýchacím okruhu (např. dříve vyráběný analyzátor Uwatec Aladin Atlantis Oxy – SCR Dräger Dolphin).

Efektivita SCR s aktivní dodávkou se liší s hloubkou a ventilací – dodávka plynu do okruhu musí být adekvátní ponoru v maximální operační hloubce s maximální námahou, takže při klidném ponoru v malé hloubce dochází k nadbytečnému dofukování systému a tedy k častému vypouštění přebytečného dýchacího plynu. Z tohoto důvodu je vhodné v konstrukci přístroje zvolit verzi se dvěma dýchacími vaky – výdechový s vypouštěcím přetlakovým ventilem a nádechový, mezi nimiž je umístěn pohlcovač CO₂. Tato konstrukce je šetrnější k pohlcovači – část dýchacího plynu odchází ven do okolí a přes pohlcovač prochází už jen efektivní objem, který dále cirkuluje.

Obecné výhody a nevýhody:

- konstrukčně stejně jednoduchý jako kyslíkový

- použití do větší hloubky než kyslíkové přístroje (6 m) – maximální operační hloubka MOD je dána typem plynu, který dýcháme (pro EAN 32 asi 36 m)

- pro každý daný plyn musí být adekvátní typ trysky

- ostatní je obdobné, tak jako u kyslíkového přístroje.

Pasivní dodávka – prvním přístrojem byl francouzský DC 55 z roku 1955 a všechny ostatní na něj úspěšně navazují, boom těchto přístrojů se datuje od roku 2000.

Již v  devadesátých létech se úspěšně prosadila verze přístroje Halcyon PVR-BASC, následně jednodušší verze dr. Reinharda Buchalyho Halcyon RB80.

Pasivní dodávka znamená, že dodávka dalšího plynu do okruhu je řízena spotřebou, je tedy daleko přesnější než aktivní dodávka, a navíc se při ní nemění obsah v dýchací smyčce.

U aktivní dodávky je průtok plynu do vaku stejný, ale spotřeba se mění – od klidové po velkou spotřebu při usilovném plavání… takže se mění obsah v dýchacím okruhu. U pasivního dodáváme přesně to, co jsme spotřebovali.

Systém PVR-BASC měl proměnný poměr mezi výdechovým a nádechovým objemem, tento poměr se měnil s hloubkou. Na hladině byl poměr 1:4, v 90 metrech 1:10.

Vývoj však šel cestou zjednodušení a jako optimální byl mezi jinými zvolen stálý poměr 1:8, takže v průběhu cyklu nádech–výdech je vypuštěna 1/8 objemu do okolí a okruh je doplněn o další 1/8, takže proti otevřenému okruhu je spotřeba 8x menší.

Konstrukčně se jedná vždy o dvojici vaků v sobě – nádechového a výdechového.­Poměr jejich objemů je 8 nádechů:1 výdechu a každým cyklem nádech–výdech se vypouští z okruhu objem výdechového vaku – tj. 1/8, a napouští se novou směsí.

Pro extrémní ponory je poměr upraven až na 1:14 – např. ve skupině WKPP.

V současné době jsou to nejrozšířenější přístroje s polouzavřeným okruhem a stojí za mnoha extrémními sestupy v Evropě či ve Spojených státech. Přístroj RB 80 a jeho klony jsou používány jak skupinami WKPP, EKPP, tak i mnoha sportovními potápěči u nás a v zahraničí.

Členové WKPP, EKPP s přístrojem RB 80, který je pro extrémní průniky v jeskyních zdvojen, dosáhli úžasných průniků v jeskyních Wakulla Springs (vzdálenost okolo 6 km v hloubce 90 m, čas na dně 10 hodin a celková doba ponoru okolo 30 hodin), Doux de Coly (vzdálenost 5880 m v hloubce 50-60 m, čas na dně 8 hodin, celková doba ponoru 18 hodin), Gourneyras (vzdálenost 2250 m, max. hloubka 110 m a čas ponoru 450 min), Pozo Azul (vzdálenost 5020 m, max. hloubka 70 m), Source de la Vis…

Tyto ponory jsou zcela jistě mimo běžné potápěčské obzory a chápání, k jejich realizaci je zapotřebí dalšího podpůrného týmu, dekomprese se dělá často v dekompresním stanu – habitatu. Dokonalá znalost dekompresních procedur, kyslíkové problematiky… jsou další nezbytností k realizaci takovýchto sestupů.

I v našich krajích držíme prim – člen ZO 7-02 Hranický kras Olomouc Pavel Říha dosáhl dne 23. 11. 2005 v Hranické propasti hloubky 170 m a pořídil za krátkou dobu pobytu v maximální hloubce náčrt celého profilu a šikmo se svažujícího dna. Použil RB 80 s vlastní koncepcí off board láhví a v té době provedl s tímto typem přístroje nejhlubší sestup ve světě a vytvořil nový český rekord.

Obecné výhody:

- pouze mechanická konstrukce, žádná elektronika

- robustní, kompaktní přístroj s možností připojení různých typů lahví – jak tzv. on board, či tzv. off board – přídatné láhve, které můžeme libovolně připojovat do dýchacího okruhu.

Obecné ­nevýhody:

Oproti otevřenému okruhu je to sice spořič s osminásobně menší spotřebou, ve srovnání s CCR však nepřináší žádný dekompresní profit a optimalizaci dekomprese.

U modelu typu RB 80 se výrazně liší dýchací odpory podle polohy těla potápěče, s přístrojem se obtížně dýchá ve svislé poloze potápěče – zde je lépe krátkodobě přepnout na otevřený okruh.

Je možné jako doplňkové zařízení připojit samostatný senzor na monitorování kyslíku v dýchacím okruhu, nicméně současné zkušenosti hovoří pouze o informativním účelu.

Díky užitným vlastnostem však přístroj doznal velké obliby a je velmi rozšířen, i díky osvědčení se v extrémních podmínkách a sestupech. Vzniká spousta klonů – EDO, Habanero, RON, CO.RA, Satori… Mimo běžné klony stojí pSCR TresPresidentes se zajímavou ojedinělou konstrukcí kulové hlavy, zdvojeného zpětného ventilu, konstrukce umožňující rychlou montáž, výměnu a kontrolu dýchacích vaků systémem převlečných matic a mnoha dalších vylepšení.

Zcela specifické konstrukce SCR přístrojů byly vyvinuty v Evropě.

Jochen Hasenmayer používal zdvojený STR80 (Speleo Twin Rebreather) k průnikům do evropských jeskynních systémů, jako např. Emmergence du Ressel.

Olivier Isler společně s konstruktérem Alainem Ronjatem sestavil ztrojený rebreather RI 2000, se kterým prováděl nejtěžší explorace v Evropě před nástupem skupiny EKPP, a to v jeskyních Doux de Coly, Ressel, Gourneyras, Cogol dei Veci…

Samostatně stojí přístroje s uzavřeným okruhem ruské výroby – řady IDA, AKA…

Některé jsou konstruovány na bázi chemických vyvíječů kyslíku, v tomto oboru má Rusko stále ve světě prim, mnoho z toho je stále vázáno na utajovaný vojenský program…

Je vidět, že historie patří přístrojům s uzavřenými a polouzavřenými okruhy – jak v počátcích potápění, tak při nejextrémnějších sestupech dneška, a jak se přístroje s uzavřeným okruhem vyvíjely dále, bude námětem dalšího článku.

Poznámka:

WKPP a EKPP jsou organizace, zabývající se výzkumem jeskynních systémů: WKPP na severu Floridy – Woodville Karst Plain Project,

EKPP v Evropě – European Karst Plain Project.

Obě skupiny spolupracují, vyznávají stejnou filozofii DIR. Zakladatel EKPP Reinhard Buchaly je tvůrcem RB 80, který používají obě skupiny, George Irvine – bývalý ředitel WKPP konstruuje skútry Gavin, používané oběma skupinami.     

MUDr. David Skoumal

Nar. 1967, potápí se od 1982, kdy dělal Školu přístrojového potápění u Honzy Jahnse v Alvinu. Od roku 1986 je člen Hranického krasu Olomouc. Počet ponorů cca 2600.

Kvalifikace:

IANTD Instructor Trainer Trainer pro Trimix, Nitrox, Technical Cave, Instructor Trainer Technical Wreck, CCR Trimix Diver, Trimix Blender. CMAS Instruktor**, DAN Instruktor, Instruktor České speleologické

společnosti pro jeskynní potápění, dříve člen presidia Svazu potápěčů Moravy a Slezska - lékařská komise a vedoucí subkomise pro Technické potápění Svazu potápěčů, Instruktor potápění Hlavní báňské záchranné stanice Ostrava Konzultant Hyperbarické komory v Ostravě.