Optimization of Electrical Energy Consumption for Cooling in CAPFCE School Buildings Located in Hot-Dry Climates

Authors

  • Alma Virginia Yeomans Fimbres Universidad de Sonora, México
  • Maria Guadalupe Alpuche Cruz Universidad de Sonora, México
  • Ana Cecilia Borbón Almada Universidad de Sonora, Mexico

DOI:

https://doi.org/10.32870/rvcs.v0i19.330

Keywords:

Electricity consumption, Hot-dry climate, CAPFCE school buildings, Energy simulation, Thermal envelope, Air conditioning, User usage patterns

Abstract

This study identifies the optimal electrical consumption of cooling systems in five buildings located on the Hermosillo Campus of the Universidad de Sonora, Mexico. These buildings were constructed under the guidelines of the Mexican agency known as the Committee for the Administration of the Federal Program for School Construction (CAPFCE). Originally designed for temperate climates, these buildings were implemented nationwide without consideration for regional climatic conditions.   Simulations were conducted using OpenStudio Software with thermostat settings at 17?°C, 24?°C, and 28?°C, evaluating five scenarios: modifications to the building envelope, occupancy levels, lighting systems, door/window openings, and combined strategies. The simulations were validated on-site using a thermographic camera and environmental sensors. Annual values of total and sensible cooling loads were obtained, along with the average indoor operative temperature.   Results for the month of August indicated that initial energy consumption without strategies ranged from 26.45 to 12.68 kWh/m². The building envelope accounted for 74–78% of the load, occupants for 20–25%, and lighting, ventilation, and infiltration for less than 2%. After implementing energy-saving strategies, consumption decreased to 22.36–11.42 kWh/m². The most significant reduction was achieved through equipment efficiency improvements (up to 13.26%), followed by wall insulation (1.75%), roof insulation (0.71%), double-glazed windows (0.03%), and optimized ventilation and lighting (1.19%). Increasing the thermostat temperature from 17?°C to 28?°C reduced energy consumption by 25–28%, with greater impact observed in buildings with higher baseline consumption.

Author Biographies

Alma Virginia Yeomans Fimbres, Universidad de Sonora, México

Doctora en Humanidades con énfasis en Estudios Integrales de Arquitectura, Maestra en Ingeniería Civil y Arquitecta, todos los títulos obtenidos con mención honorífica en la Universidad de Sonora. Cuenta con formación en simulación energética de edificios, adquirida en la UNAM, además de haber impartido ponencias sobre el tema. Ha sido profesora de nivel superior, y en el ámbito privado ha diseñado, revisado y supervisado proyectos arquitectónicos. En el sector gubernamental, trabajó en la Subsecretaría de Desarrollo Urbano y actualmente se desempeña como Directora de Proyectos en la Secretaría de Infraestructura y Desarrollo Urbano del Estado de Sonora, en la Dirección General de Proyectos e Ingeniería, donde participa en el diseño, aprobación y supervisión de proyectos de infraestructura estatal.

Maria Guadalupe Alpuche Cruz, Universidad de Sonora, México

Estudió la licenciatura en Arquitectura en la Universidad Autónoma de Puebla. Obtuvo la maestría en Arquitectura y el doctorado en Ingeniería con especialidad en Diseño Bioclimático en la Universidad Nacional Autónoma de México. Actualmente es profesora de tiempo completo del Departamento de Arquitectura y Diseño de la Universidad de Sonora. Sus áreas de interés son el diseño bioclimático, la eficiencia energética y la exergía en las edificaciones. Sus líneas de investigación son los “Estudios sobre el medioambiente y la tecnología para el desarrollo de proyectos urbanos y arquitectónicos”. Ha colaborado en diversos proyectos financiados por el CONACYT, la CONAVI y la SENER. Colabora con investigaciones del Instituto en Energías Renovables de la UNAM sobre edificaciones, Confort Térmico y Eficiencia Energética. Además, participa en proyectos como parte del cuerpo académico “Estudios Integrales en Arquitectura”. Es miembro del Sistema Nacional de Investigadores y del Laboratorio Nacional de Vivienda y Comunidades Sustentables de CONACYT. Autora de artículos publicados en revistas indexadas, libros, capítulos de libros y memorias de congresos. Ha participado como ponente en diversos congresos nacionales e internacionales en sus áreas de especialidad. Colabora como árbitro en revistas nacionales e internacionales. Fue Coordinadora del Programa de Arquitectura de 2013-2017 y Directora de la División de Humanidades y Bellas Artes de la Universidad de Sonora de 2017-2023. Correo electrónico: guadalupe.alpuche@unison.mx

Ana Cecilia Borbón Almada, Universidad de Sonora, Mexico

Es Ingeniera Civil, Maestra en Arquitectura; y Doctora en Ciencias por el Instituto de Ingeniería de la Universidad Autónoma de Baja California. Es Profesora Investigadora Titular de tiempo completo y tiene más de 30 años de experiencia académica e investigación, así como en labores de gestión académica en la Universidad de Sonora. Cultiva las líneas de investigación: Estructuras y Materiales en la Construcción; así como Tecnologías Ambientales y Sustentabilidad. Es profesora con perfil Prodep reconocido por la Secretaria de Ecuación Pública (SEP). Es líder del Cuerpo Académico Obra Civil, Medio Ambiente e Infraestructura Sustentable Es Miembro del Sistema Nacional de Investigadores Nivel 1. Tiene publicaciones diversas en revistas indexadas de circulación nacional e internacional, así como capítulos de libro. Ha desarrollado varios proyectos de investigación con financiamiento externo por Conacyt –Conavi, referente a los problemas de tecnología y materiales de construcción, y tiene participación en congresos nacionales e internacionales con exposición de ponencias. Tiene el reconocimiento como Inventora por parte de la Universidad de Sonora, al haber obtenido una patetente en 2016. Es creadora del Laboratorio de Análisis Térmico de Materiales en la Univesidad de Sonora, donde se desarrollan actividdes de docencia, investigación, formación de recursos humanos y proyectos con el sector productivo. Ha dirigido tesis de posgrado en el área de sustentabilidad y materiales de construcción.

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Published

2026-01-01

How to Cite

Yeomans Fimbres, A. V., Alpuche Cruz, M. G. ., & Borbón Almada, A. C. (2026). Optimization of Electrical Energy Consumption for Cooling in CAPFCE School Buildings Located in Hot-Dry Climates. Vivienda Y Comunidades Sustentables, (19), 89–118. https://doi.org/10.32870/rvcs.v0i19.330