Prochladnutí v jeskyních

Antonín Jančařík

(Český kras 4; str.73—77; Beroun 1979)

Ve světě existuje celá řada metod posuzování tepelné pohody prostředí, tzv. bioklimatických klasifikací. Jednou z nejdokonalejších, na jejímž základě jsou vypracovávány i normy a předpisy pro pracovní prostředí, je založena na výpočtu tepelné bilanční rovnice člověka. Pokusili jsme se touto metodou zhodnotit klimatické podmínky v jeskyních a odhadnout doby, za které dochází k prochladnutí.

Mírou tepelné pohody člověka je vyrovnanost tepelné bilanční rovnice:

/1/

kde:

Q ... teplo produkované (všechny veličiny [kJ.h⁻¹]),
Q_k ... teplo předávané tělem konvekcí,
Q_s ... teplo předávané tělem sáláním,
Q_v ... teplo předávané tělem výparem,
Q_d ... teplo předávané tělem dýcháním,
Q_a ... teplo akumulované v těle,

tj. velikost Q_a. Je-li Q_a = 0, je dosaženo tepelné pohody, je-li Q_a < 0, dochází k nadměrnému ochlazování a je-li Q_a > 0, dochází k přehřívání organismu. Jemnější posouzení velikosti přehřívání je možné podle velikosti Q_v, které je úměrné pocení.

Množství tepla produkovaného průměrným člověkem při různých činnostech je uvedeno v následující tabulce 1:

Tabulka 1:

Ležení	290 kJ/h
Sezení	335 kJ/h
Stoj	355 kJ/h
Chůze	670 kJ/h
Chůze s překonáváním překážek	1130 kJ/h
Horolezectví	3350 kJ/h

Teplo předávané tělem konvekcí, můžeme vyjádřit vztahem:

/2/

kde:

α_k ... koeficient přestupu tepla konvekcí z povrchu těla (obleku) [kJ.m⁻².h⁻¹.°C⁻¹].
F ... 1,8 m² = plocha těla [m²].
t_p ... teplota povrchu těla (obleku) [°C].
t_v ... teplota okolního vzduchu [°C].

Součinitel přestupu tepla v klidném vzduchu (v < 0,1 m.s⁻¹) je možno vypočítat ze vztahu:

/3/

a v proudícím vzduchu ze vztahu:

/4/

Vzhledem k tomu, že teplo odváděné z pokožky prochází většinou vrstvou oděvu, můžeme psát:

/5/

kde:

L ... tepelná převodlivost oděvu [kJ.m⁻².h⁻¹.°C⁻¹],
t_p ... teplota povrchu oděvu [°C],
t_k ... teplota pokožky [°C].

Teplo předávané tělem sáláním je možno vyjádřit vztahem:

/6/

kde:

C ... 18 = součinitel vzájemného sálání [kJ.m⁻¹.°K⁻⁴],
F' ... 1,6 = sálající plocha lidského těla [m²],
t_u ... teplota okolních stěn [°C] (v jeskyních možno obvykle nahradit t_u = t_v).

Protože případy přehřívání jsou v jeskyních vzácné, je možno hodnotu Q_v zanedbat.

Teplo odváděné z těla dýcháním, lze vyjádřit vztahem:

/7/

kde:

V ... množství vdechovaného vzduchu [m³.h⁻¹],
ϱ ... ró, měrná váha vzduchu [kg.m⁻³],
x₃₇ ... 1,97 = vodní obsah nasyceného vzduchu při teplotě 37 °C [g.kg⁻¹],
x ... vodní obsah nasyceného vzduchu při teplotě t_v [g.kg⁻¹],
φ ... relativní vlhkost vzduchu [%],
r ... výparné teplo vody při telpotě 37 °C [kJ.kg⁻¹].

Vzhledem k tomu, že intenzita dýchání je v prvém přiblížení úměrná produkci tepla, je možno provést výpočet Q_a pro různé produkce a klimatické podmínky. V tabulce 2 jsou uvedeny hodnoty Q_a za předpokladu klidného vzduchu, o vlhkosti blížící se 100 % a oděvu o třech vrstvách (L = 21 kJ.m⁻².h⁻¹.°C⁻¹).

Tabulka 2:

t_v	+15 °C	+10 °C	+5 °C	0 °C	−5 °C
Ležení	−200	−360	−500	−660	−800
Sezení	−165	−320	−465	−625	−760
Stoj	−155	−315	−460	−620	−755
Chůze	+135⁺	−25	−174	−336	−480
Chůze (§)	+500⁺	+330⁺	+170⁺	0	−150
Horolezectví	+2530⁺	+2355⁺	+2172⁺	+1980⁺	+1825⁺

Poznámky:

§ ... chůze s překonáváním překážek,

⁺ ... akumulované teplo je v rozmezí, které je možno vykompenzovat pocením.

Je zřejmé, že až dosud byla provedena řada zjednodušujících předpokladů. Byly zcela zanedbány některé termoregulační mechanizmy, které vstupují v činnost při nevyrovnané tepelné bilanci, osobní disposice každého jedince a řada dalších faktorů. Pokračujme však při zachování zjednodušujících předpokladů ve výpočtu.

Každého jedince je možno považovat za těleso o hmotnosti G [kg] a měrném teple β [kJ.kg⁻¹.°C⁻¹], pro něž platí:

/8/

kde:

T ... čas akumulace tepla [h].

Přijmeme-li výše uvedený předpoklad, bylo by možné vypočítat změny teploty lidského těla v průběhu pobytu v různých prostředích. Přestože jde o jistý vulgarismus v postupu, odpovídají stavy podchlazení při různých ve světě prováděných experimentech velmi dobře jistým hodnotám, vypočteným dle uvedeného postupu:

−0,2 °C ... pocit chladu,
−0,5 °C ... silný, nepříjemný pocit chladu,
−1,0 °C ... prochlazení provázené třesem,
−2,0 °C ... silné prochlazení, provázené neovladatelným třesem a počátky stavu netečnosti.

V následující tabulce 3 jsou uvedeny doby (v hodinách), potřebné k dosažení uvedených hodnot při daných určitých hodnotách Q_a.

Uvedené doby mohou být v jeskyni jednak výrazně zkráceny v důsledku provlhnutí oděvu, intenzivního místního ochlazování (při sedu nebo lehu na zemi) a dalších faktorů, jednak výrazně prodlouženy, např. udržováním některých žláz s vnitřní sekrecí (zejména štítné žlázy a nadledvinek) v teple (FILSAK, SELIGER 1952). Významnou roli hraje i individuální disposice každého jedince, „trénovanost“, psychické a řada dalších faktorů.

Tabulka 3:

Q_a	−0,2 °C	−0,5 °C	−1,0 °C	−2,0 °C
−50	1,4	3,5⁺	7⁺	14⁺
−100	0,7	1,75	3,5⁺	7⁺
−150	0,5	1,15	2,3⁺	4,6⁺
−300	0,25	0,6	1,2	2,4⁺
−500	0,15	0,35	0,7	1,4
−750	0,1	0,25	0,5	1
−1000	0,07	0,2	0,4	0,8

Poznámka:

⁺ ... uvedené doby jsou v rozporu s experimenty v důsledku zanedbaných faktorů.

Jak je však zřejmé, vede nečinnost v jeskyních v poměrně krátké době k prochlazení, které může kromě nepříjemných pocitů výrazně snížit výkonnost. Tuto skutečnost je nutno uvážit zejména při přípravě náročnějších akcí, kde by náhlé snížení výkonnosti mohlo ohrozit úspěšnost akce a mnohdy i zdraví účastníků.

Literatura:

Filsak J., Seliger V. (1952): Působení chladu na lidský organismus. – Zdravotnické nakladatelství: 1—82. Praha.
Pulkrábek J. (1954): Větrání. – Státní nakladatelství technické literatury: 1—391. Praha.
Suchan L., Bajer M. (1975): Termodynamika důlního větrání. – Nakladatelství technické literatury: 1—284. Praha.