恒温恒湿箱在冷冻方面有两个单级的制冷系统进行堆叠的制冷循环、两个紧缩机系统堆叠的制冷循环及三元堆叠的制冷循环这三种制冷循环方法。而为了获取更好的低温，一般采用两级紧缩堆叠制冷循环，缘由有以下三点：

一、紧缩机线圈散热的约束

单级紧缩机工作时，在做-35度左右，因为紧缩机的线圈是悬空在紧缩机中心的。这就产生了在-35度时，紧缩机的低压是为负数值，于是就产生了一个真空度，这样线圈的顶端热量就无法散去，就造成紧缩机的表面十分凉，可实践上内部的温度却很高。

二、制冷剂热物理特性的约束

恒温恒湿箱中单级制冷循环基本上采用的是R404A中温制冷剂，在一个大气压下其蒸腾温度是-46.5度(R22/-40.7度)，但空气冷却式冷凝器传热温差通常取10度左右，就是说箱内只能制取-36.5度的低温，当然，经过调低紧缩机的蒸腾压力，也可将R404A制冷剂的最低蒸腾温度下降到-50度;所以要获取-50度及以下的低温时有必要采用中温制冷剂与低温制冷剂复叠式的制冷循环。

三、单级紧缩蒸汽制冷循环压比的约束

单级蒸汽紧缩制冷机的最大蒸腾温度，首要取决于它的冷凝压力及紧缩比，制冷剂的冷凝压力由制冷剂的种类和环境介质(如空气和水)的温度决定，在通常情况下，它处于0.7~1.8Mpa范围内，紧缩比与冷凝压力和蒸腾压力有关，当冷凝压力一守时，随着蒸腾温度的下降，蒸腾压力也相应下降，因而是紧缩比上升，它将引起紧缩机排气温度的升高，光滑油变稀，使光滑条件变坏，严峻时甚至会出现结炭和拉缸现象;另一方面，紧缩比的增大将导致紧缩机的输气系数下降，制冷量减少，实践紧缩进程违背等熵进程越远，紧缩机功耗添加，制冷系数下降，经济性下降。