Das Präfix unter- gehört zu den Präfixen, die sowohl trennbar als auch nicht trennbar sein können. Dabei kommt es nicht nur auf den Stamm an, mit dem es kombiniert wird, sondern vor allen Dingen auf den Kontext.
Beispielsweise umfahren ist mal trennbar (Fahr das Schild nicht um!) und mal nicht (Umfahre das Schild nicht!).1
Bezogen auf das Präfix unter- ist es so, dass wenn es eine konkrete Bedeutung hat (und betont ist), ist es trennbar. Ist die Bedeutung eher abstrakt (und unbetont), so ist es nicht zu trennen.
unterstellen mit konkreter Bedeutung:
Als es anfing zu regnen, stellten wir uns bei einem Supermarkt unter.
unterstellen mit abstrakter Bedeutung:
Ich unterstelle dir nicht, dass du es warst.
Den Betonungsunterschied hört man auch, wenn man diese beiden Sätzen mal laut ausspricht:
Sollen wir uns 'unterstellen?
Sollen wir ihm unter'stellen, dass...
Zurück zu deinem Beispiel:
Erstmal gefiel mir auf Anhieb Variante 1 schon besser. Aber vor allen Dingen hat es eine konkrete Bedeutung. Außerdem ist es betont (Sollen wir das Haus 'untervermieten?).
Daher plädiere ich für: trennbar
Ich vermiete, während ich weg bin, mein Zimmer unter.
Siehe dazu auch diese Diplomarbeit.
1 Hinweis für Language Learner: Die beiden Sätzen ("Fahr das Schild nicht um!" und "Umfahre das Schild nicht.") haben nahezu gegensätzliche Bedeutungen:
Erster bedeutet, man soll nicht gegen das Schild fahren, sondern drumherum, zweiterer hingegen besagt, dass man nicht drumherum fahren soll, sondern dagegen.