基于成本和环境控制的民宿采暖组合模式研究

丁洁

（南京旅游职业学院旅游管理学院，南京 211100）

随着新农村建设与美丽乡村的发展，民宿经济作为地方本土特色与亲朋好友阖家休息娱乐的结合产物近年来发展迅猛，市场前景广阔[1-2]。民宿经济弥补了传统酒店旅馆过于商业化、自由度低和缺少人性化的缺点，又能为游客提供相对独立、隐私和融入新地方的机会[3]。从经营成本化角度看，民宿经营过程中应该合理控制民宿经营成本，而民宿院落的能源效率逐渐成为系统全面的成本预算中的组成部分，需要进行研究分析[4]。作为北方地区民宿产业健康发展的有力保障，冬季采暖问题日益凸显。

目前我国乡村地区传统民宿以空调采暖为主，有些地方也采用燃煤取暖。与县市级采用的集中供暖相比，供暖季大部分乡村独立民居室内采暖存在采暖效果差、舒适度低和能耗较高的问题。图1为北方地区各省市2015年农宅冬季供暖能耗情况，整个冬季供暖总能耗约为1.05亿tce，其中煤炭约为7.8×107tce，生物质为2.6×107tce。随着国家乡村振兴战略的实施和新乡村建设的推进，传统供暖方式不能保证民宿采暖的基本条件，制约了乡村旅游发展，因此探索一套行之有效的民宿院落采暖方式势在必行。高效暖方式不仅能够促进乡村振兴和新乡村建设的发展战略，还能够提高乡村生活水平与生态环境，实现节约资源的基本国策[5-7]。

1 乡村民宿采暖模式分析

目前我国乡村民宿大多数采用自筹自建的方式，沿袭传统的粗放型模式，以分散式的单体住宅为主。乡村地区建筑面积和院落面积普遍较大，建筑面积大部分为80～150 m2左右，院落面积约为200～500 m2，人均建筑面积为30 m2。北方地区民宿院落建筑结构形式多为两层以下的单体建筑，墙体材料多为砖瓦，而且这些住宅也不完全符合节能建筑的标准。民宿建筑具有规模小、采暖期短和供热不连续的特点，现有的采暖方式主要用散煤或者清洁煤的小煤炉采暖，其中部分采用农作物薪柴为主的土暖气。室内末端采暖设备主要为火炕和小煤炉，部分为分户燃气壁挂炉、电暖器和空气源热泵等，北方地区各种采暖方式分布如图2所示，这些住宅普遍存在采暖能效率低、不环保和采暖效果差等现象。

2 乡村民宿采暖设计

乡村民宿采暖系统一般针对乡村地区的不同气候、资源及建筑情况构建，最佳匹配方案的选择需要从技术路线、设备投资成本以及运行成本着手。同时初投资还要考虑国家和地方政府相继推出的各种补贴政策、贷款利率、电价以及环保效益的影响，在满足负荷需求的条件下，可以通过费用年值的计算来判断系统的可行性，还应考虑地区的经济水平和环保要求，为项目的建设、运营和推广应用提供根据，从而确定合理的技术路线，然后通过优化技术方案最大限度地提高投资效益降低运行成本。

由于民宿民居一般地处偏远，人口稀少，景色接近自然的地方，因此只能考虑分布式采暖方法。太阳集热器为核心的热水系统技术成熟，清洁环保，结合乡村地区空地面积大的优势，可以作为供暖热源。但太阳能光热转换存在不稳定和不连续性，作为生活热水尚可，而用来采暖则具有很大的限制性[8-9]。近年来，为了减少雾霾，降低污染，政府大力推广“煤改电”供暖模式，因此热泵采暖开始规模化应用。相对于电锅炉或碳晶板等电力取暖设备，热泵可以通过压缩机做功，将室外低温热源的热“泵”到室内，再经过电力做功实现一份电力获得多份热量，具有较高的一次能源利用效率。除了冬季采暖，热泵系统还可以解决夏季供冷问题。如果采用冬夏双效热泵机组，则房间末端需要采用风管机的形式，而不能用暖气片或者地暖管。

根据两种系统的特点，将太阳能光热转换和热泵联合运行，可以构建农村民宿民居采暖的最优技术路线。如果再结合太阳能热水淋浴系统，能够进一步降低运行成本，提高能源综合利用效率。根据室外低品位低温热源不同，热泵可以从空气取热（空气源热泵），也可以通过地埋管，从地下取热（地源热泵）。由于空气源热泵系统具有投资小、易安装和施工难度低等特点，可以优先考虑，太阳能+空气源热泵+电辅采暖系统如图3所示。地源热泵则具有运行稳定、热效率高以及受极端低温天气影响较小等优势，但是占地面积大，施工复杂，初投资大。在东北等严寒地区，空气源热泵效率急速下降，尽管可以采用除霜工艺、喷气增焓技术或者高温模块来提高采暖能力，但是会带来投资与运行成本的增加，因此可以考虑选择土壤源热泵与太阳能互补采暖系统，由于室外机采用地埋管的方式与土壤换热，在室外温度极低的情况下，土壤温度也能保证系统相对稳定运行，因此在充分利用太阳能资源的基础上，可以满足建筑负荷需求，太阳能+地源热泵+电辅采暖系统如图4所示。

以北京地区为例，通过模型将两种高效的清洁能源采暖模式与传统采暖方式对比（北京）如图5所示，从图中可见热泵-太阳能耦合采暖系统费用年值最低。新系统中不管是真空管还是平板式，太阳能集热器投资都占很大比例。但是太阳能采暖没有额外排放，环境效益显著，同时还可以提供民宿的生活热水，因此大大增加了系统的经济效益。如果考虑某些地区峰谷电价，系统可以适当加大蓄热水箱体积，结合自动控制系统，尽可能在夜间电价便宜的时候储存。总之，空气源热泵-太阳能集热器联合供暖系统为首选。

3 空气源热泵-光伏耦合供暖系统场景分析

除了太阳能集热器与热泵互补供热的模式，光伏发电与热泵耦合的供热模式也比较适合乡村民宿采暖，特别是在目前国家光农扶贫的乡村发展政策下，建立屋顶电站，将光伏板发电在冬季通过热泵转化成热能供热，既解决光伏发电的就地消纳，减少电网负荷，又为乡村精准扶贫探索了新的道路和技术方案。以光伏与空气源热泵联合采暖为例，太阳能光伏+空气源热泵+电辅采暖系统图如图6所示。在波峰电价为居民电价，波谷电价降为0.15元/kW·h时，该系统费用为26元/（m2·a），已达到居民可承受的费用。

光伏板不同供暖季热泵耗电保证率下经济性分析如图7所示，在北京市气象条件下，当太阳能光伏板为73 m2时，发电量可满足空气源热泵供暖季全部耗电量需求。由于夏季光伏板发电用余量可上网盈利，采暖季自产自用也同样享受国家补贴（按照0.42元/kW·h计算），因此，采用光伏与空气源热泵结合方式供暖可明显提高运行的经济性，当光伏发电量完全满足供暖季热泵耗电量时费用年值为负值，这是由于非供暖季光伏发电量全部用于上网盈利，对于耦合系统而言可以实现系统整体盈利。因此，在满足条件的乡村民宿民居，应当根据实际条件尽可能增大光伏板的安装面积，提高系统的运行经济性。另一方面为了提高供暖季发电量自产自用比例，建议光伏板安装面积为乡村民宿院落建筑面积的75%。此外，为了确保多源互补民宿采暖切实可行，还应因地制宜，对选取区域气象情况历史数据、太阳能集热器投资补贴、当地峰谷电价政策以及贷款利率等相关因素综合考虑。

4 结语

为了促进乡村旅游和民宿经济的可持续发展，本文通过对乡村民宿冬季应用可再生能源采暖模式的分析得到以下结论：

1）通过太阳能与高效热泵耦合的供暖模式既可有效解决乡村旅游中民宿院落的冬季采暖需求，又可降低投资和运行成本，在为新型民宿产业的健康发展提供科技保证的同时实现较好的社会效益和环保效益。

2）太阳能集热器与空气源热泵耦合系统操作安装简单，投资成本低，能够满足大部分地区的采暖需求。在冬季温度较低的寒冷或者严寒地区，建议采用太阳能+地源热泵的联合采暖形式。

3）在新能源补贴与乡村农光互补的精准扶贫政策支持下，采用光伏太阳能板与热泵结合的技术可以有效地降低民宿供热运行成本，在非采暖季可以增加额外的经济效益。光伏板建议安装面积为乡村民宿院落建筑面积的75%。