基于成本和環(huán)境控制的民宿采暖組合模式研究

丁潔

（南京旅游職業(yè)學(xué)院旅游管理學(xué)院，南京 211100）

隨著新農(nóng)村建設(shè)與美麗鄉(xiāng)村的發(fā)展，民宿經(jīng)濟(jì)作為地方本土特色與親朋好友闔家休息娛樂的結(jié)合產(chǎn)物近年來發(fā)展迅猛，市場前景廣闊[1-2]。民宿經(jīng)濟(jì)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)酒店旅館過于商業(yè)化、自由度低和缺少人性化的缺點(diǎn)，又能為游客提供相對獨(dú)立、隱私和融入新地方的機(jī)會[3]。從經(jīng)營成本化角度看，民宿經(jīng)營過程中應(yīng)該合理控制民宿經(jīng)營成本，而民宿院落的能源效率逐漸成為系統(tǒng)全面的成本預(yù)算中的組成部分，需要進(jìn)行研究分析[4]。作為北方地區(qū)民宿產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的有力保障，冬季采暖問題日益凸顯。

目前我國鄉(xiāng)村地區(qū)傳統(tǒng)民宿以空調(diào)采暖為主，有些地方也采用燃煤取暖。與縣市級采用的集中供暖相比，供暖季大部分鄉(xiāng)村獨(dú)立民居室內(nèi)采暖存在采暖效果差、舒適度低和能耗較高的問題。圖1為北方地區(qū)各省市2015年農(nóng)宅冬季供暖能耗情況，整個(gè)冬季供暖總能耗約為1.05億tce，其中煤炭約為7.8×107tce，生物質(zhì)為2.6×107tce。隨著國家鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的實(shí)施和新鄉(xiāng)村建設(shè)的推進(jìn)，傳統(tǒng)供暖方式不能保證民宿采暖的基本條件，制約了鄉(xiāng)村旅游發(fā)展，因此探索一套行之有效的民宿院落采暖方式勢在必行。高效暖方式不僅能夠促進(jìn)鄉(xiāng)村振興和新鄉(xiāng)村建設(shè)的發(fā)展戰(zhàn)略，還能夠提高鄉(xiāng)村生活水平與生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)節(jié)約資源的基本國策[5-7]。

1 鄉(xiāng)村民宿采暖模式分析

目前我國鄉(xiāng)村民宿大多數(shù)采用自籌自建的方式，沿襲傳統(tǒng)的粗放型模式，以分散式的單體住宅為主。鄉(xiāng)村地區(qū)建筑面積和院落面積普遍較大，建筑面積大部分為80～150 m2左右，院落面積約為200～500 m2，人均建筑面積為30 m2。北方地區(qū)民宿院落建筑結(jié)構(gòu)形式多為兩層以下的單體建筑，墻體材料多為磚瓦，而且這些住宅也不完全符合節(jié)能建筑的標(biāo)準(zhǔn)。民宿建筑具有規(guī)模小、采暖期短和供熱不連續(xù)的特點(diǎn)，現(xiàn)有的采暖方式主要用散煤或者清潔煤的小煤爐采暖，其中部分采用農(nóng)作物薪柴為主的土暖氣。室內(nèi)末端采暖設(shè)備主要為火炕和小煤爐，部分為分戶燃?xì)獗趻鞝t、電暖器和空氣源熱泵等，北方地區(qū)各種采暖方式分布如圖2所示，這些住宅普遍存在采暖能效率低、不環(huán)保和采暖效果差等現(xiàn)象。

2 鄉(xiāng)村民宿采暖設(shè)計(jì)

鄉(xiāng)村民宿采暖系統(tǒng)一般針對鄉(xiāng)村地區(qū)的不同氣候、資源及建筑情況構(gòu)建，最佳匹配方案的選擇需要從技術(shù)路線、設(shè)備投資成本以及運(yùn)行成本著手。同時(shí)初投資還要考慮國家和地方政府相繼推出的各種補(bǔ)貼政策、貸款利率、電價(jià)以及環(huán)保效益的影響，在滿足負(fù)荷需求的條件下，可以通過費(fèi)用年值的計(jì)算來判斷系統(tǒng)的可行性，還應(yīng)考慮地區(qū)的經(jīng)濟(jì)水平和環(huán)保要求，為項(xiàng)目的建設(shè)、運(yùn)營和推廣應(yīng)用提供根據(jù)，從而確定合理的技術(shù)路線，然后通過優(yōu)化技術(shù)方案最大限度地提高投資效益降低運(yùn)行成本。

由于民宿民居一般地處偏遠(yuǎn)，人口稀少，景色接近自然的地方，因此只能考慮分布式采暖方法。太陽集熱器為核心的熱水系統(tǒng)技術(shù)成熟，清潔環(huán)保，結(jié)合鄉(xiāng)村地區(qū)空地面積大的優(yōu)勢，可以作為供暖熱源。但太陽能光熱轉(zhuǎn)換存在不穩(wěn)定和不連續(xù)性，作為生活熱水尚可，而用來采暖則具有很大的限制性[8-9]。近年來，為了減少霧霾，降低污染，政府大力推廣“煤改電”供暖模式，因此熱泵采暖開始規(guī)?；瘧?yīng)用。相對于電鍋爐或碳晶板等電力取暖設(shè)備，熱泵可以通過壓縮機(jī)做功，將室外低溫?zé)嵩吹臒帷氨谩钡绞覂?nèi)，再經(jīng)過電力做功實(shí)現(xiàn)一份電力獲得多份熱量，具有較高的一次能源利用效率。除了冬季采暖，熱泵系統(tǒng)還可以解決夏季供冷問題。如果采用冬夏雙效熱泵機(jī)組，則房間末端需要采用風(fēng)管機(jī)的形式，而不能用暖氣片或者地暖管。

根據(jù)兩種系統(tǒng)的特點(diǎn)，將太陽能光熱轉(zhuǎn)換和熱泵聯(lián)合運(yùn)行，可以構(gòu)建農(nóng)村民宿民居采暖的最優(yōu)技術(shù)路線。如果再結(jié)合太陽能熱水淋浴系統(tǒng)，能夠進(jìn)一步降低運(yùn)行成本，提高能源綜合利用效率。根據(jù)室外低品位低溫?zé)嵩床煌?，熱泵可以從空氣取熱（空氣源熱泵），也可以通過地埋管，從地下取熱（地源熱泵）。由于空氣源熱泵系統(tǒng)具有投資小、易安裝和施工難度低等特點(diǎn)，可以優(yōu)先考慮，太陽能+空氣源熱泵+電輔采暖系統(tǒng)如圖3所示。地源熱泵則具有運(yùn)行穩(wěn)定、熱效率高以及受極端低溫天氣影響較小等優(yōu)勢，但是占地面積大，施工復(fù)雜，初投資大。在東北等嚴(yán)寒地區(qū)，空氣源熱泵效率急速下降，盡管可以采用除霜工藝、噴氣增焓技術(shù)或者高溫模塊來提高采暖能力，但是會帶來投資與運(yùn)行成本的增加，因此可以考慮選擇土壤源熱泵與太陽能互補(bǔ)采暖系統(tǒng)，由于室外機(jī)采用地埋管的方式與土壤換熱，在室外溫度極低的情況下，土壤溫度也能保證系統(tǒng)相對穩(wěn)定運(yùn)行，因此在充分利用太陽能資源的基礎(chǔ)上，可以滿足建筑負(fù)荷需求，太陽能+地源熱泵+電輔采暖系統(tǒng)如圖4所示。

以北京地區(qū)為例，通過模型將兩種高效的清潔能源采暖模式與傳統(tǒng)采暖方式對比（北京）如圖5所示，從圖中可見熱泵-太陽能耦合采暖系統(tǒng)費(fèi)用年值最低。新系統(tǒng)中不管是真空管還是平板式，太陽能集熱器投資都占很大比例。但是太陽能采暖沒有額外排放，環(huán)境效益顯著，同時(shí)還可以提供民宿的生活熱水，因此大大增加了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。如果考慮某些地區(qū)峰谷電價(jià)，系統(tǒng)可以適當(dāng)加大蓄熱水箱體積，結(jié)合自動(dòng)控制系統(tǒng)，盡可能在夜間電價(jià)便宜的時(shí)候儲存?？傊?，空氣源熱泵-太陽能集熱器聯(lián)合供暖系統(tǒng)為首選。

3 空氣源熱泵-光伏耦合供暖系統(tǒng)場景分析

除了太陽能集熱器與熱泵互補(bǔ)供熱的模式，光伏發(fā)電與熱泵耦合的供熱模式也比較適合鄉(xiāng)村民宿采暖，特別是在目前國家光農(nóng)扶貧的鄉(xiāng)村發(fā)展政策下，建立屋頂電站，將光伏板發(fā)電在冬季通過熱泵轉(zhuǎn)化成熱能供熱，既解決光伏發(fā)電的就地消納，減少電網(wǎng)負(fù)荷，又為鄉(xiāng)村精準(zhǔn)扶貧探索了新的道路和技術(shù)方案。以光伏與空氣源熱泵聯(lián)合采暖為例，太陽能光伏+空氣源熱泵+電輔采暖系統(tǒng)圖如圖6所示。在波峰電價(jià)為居民電價(jià)，波谷電價(jià)降為0.15元/kW·h時(shí)，該系統(tǒng)費(fèi)用為26元/（m2·a），已達(dá)到居民可承受的費(fèi)用。

光伏板不同供暖季熱泵耗電保證率下經(jīng)濟(jì)性分析如圖7所示，在北京市氣象條件下，當(dāng)太陽能光伏板為73 m2時(shí)，發(fā)電量可滿足空氣源熱泵供暖季全部耗電量需求。由于夏季光伏板發(fā)電用余量可上網(wǎng)盈利，采暖季自產(chǎn)自用也同樣享受國家補(bǔ)貼（按照0.42元/kW·h計(jì)算），因此，采用光伏與空氣源熱泵結(jié)合方式供暖可明顯提高運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，當(dāng)光伏發(fā)電量完全滿足供暖季熱泵耗電量時(shí)費(fèi)用年值為負(fù)值，這是由于非供暖季光伏發(fā)電量全部用于上網(wǎng)盈利，對于耦合系統(tǒng)而言可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體盈利。因此，在滿足條件的鄉(xiāng)村民宿民居，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際條件盡可能增大光伏板的安裝面積，提高系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。另一方面為了提高供暖季發(fā)電量自產(chǎn)自用比例，建議光伏板安裝面積為鄉(xiāng)村民宿院落建筑面積的75%。此外，為了確保多源互補(bǔ)民宿采暖切實(shí)可行，還應(yīng)因地制宜，對選取區(qū)域氣象情況歷史數(shù)據(jù)、太陽能集熱器投資補(bǔ)貼、當(dāng)?shù)胤骞入妰r(jià)政策以及貸款利率等相關(guān)因素綜合考慮。

4 結(jié)語

為了促進(jìn)鄉(xiāng)村旅游和民宿經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，本文通過對鄉(xiāng)村民宿冬季應(yīng)用可再生能源采暖模式的分析得到以下結(jié)論：

1）通過太陽能與高效熱泵耦合的供暖模式既可有效解決鄉(xiāng)村旅游中民宿院落的冬季采暖需求，又可降低投資和運(yùn)行成本，在為新型民宿產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展提供科技保證的同時(shí)實(shí)現(xiàn)較好的社會效益和環(huán)保效益。

2）太陽能集熱器與空氣源熱泵耦合系統(tǒng)操作安裝簡單，投資成本低，能夠滿足大部分地區(qū)的采暖需求。在冬季溫度較低的寒冷或者嚴(yán)寒地區(qū)，建議采用太陽能+地源熱泵的聯(lián)合采暖形式。

3）在新能源補(bǔ)貼與鄉(xiāng)村農(nóng)光互補(bǔ)的精準(zhǔn)扶貧政策支持下，采用光伏太陽能板與熱泵結(jié)合的技術(shù)可以有效地降低民宿供熱運(yùn)行成本，在非采暖季可以增加額外的經(jīng)濟(jì)效益。光伏板建議安裝面積為鄉(xiāng)村民宿院落建筑面積的75%。