采用單級制冷系統所能獲得的溫度不能過低，因為此時單級制冷機制冷量下降，壓力比增加，功耗增加，運行的的經濟性降低。過高的壓力比將引起容積效率的降低，特別是對容積系數λv。和溫度系數λt:的影響尤為顯著。由于壓縮機存在余隙容積，當壓力比超過一定值時，壓縮機的容積系數變為零，壓縮機就不再吸氣。壓縮機雖然仍在運行，其制冷量為零。因而對單級壓縮機，壓力比的增加是有一定限制的。低溫單級制冷系統所能達到的最低蒸發溫度大約是-45℃，過低的蒸發溫度將引起壓力比太高，壓縮機的制冷能力會急劇下降。同時由于制冷劑循環量的減少，就沒有足夠數量的制冷劑低溫氣體去冷卻內置電機，由于減少了回氣蒸氣密度，潤滑油不能順利地被帶出蒸發器，而影響壓縮機的正常運行。為了在低蒸發溫度下提高壓縮機的運行效率，系統的壓縮過程可以分兩次或多次來完成，即雙級或多級壓縮。當制取的蒸發溫度在一30℃~一60℃范圍，采用雙級壓縮制冷系統的運行效率較高，同時壓縮機的排氣溫度也較低。
雙級壓縮制冷系統中的壓縮過程分為高壓級壓縮和低壓級壓縮，壓縮機可以采用兩臺單獨的壓縮機，也可以采用一臺單機雙級壓縮機。為了降低制冷系統的耗功以及降低高壓級的排氣溫度，雙級壓縮制冷系統中采用中間冷卻器。根據使用制冷劑的不同，雙級壓縮制冷系統可以分為中間完全冷卻和中間不完全冷卻循環。在商業制冷裝置中應用的兩級壓縮制冷系統的循環型式一般為中間不完全冷卻，即低壓級壓縮機的排氣在管路中與中間冷卻器排出的中壓飽和氣體混合后，進入高壓級壓縮機，所以高壓級壓縮機的吸氣為中間壓力下的過熱氣體。蒸發器中產生的低壓低溫制冷劑蒸氣，經氣液熱交換器后進入低壓級壓縮機，在壓縮機中被壓縮成為中間壓力的過熱燕氣，經過油分離器分離潤滑油后與中間冷卻器中產生的中間壓力下的飽和蒸氣一同進入高壓壓縮機，被高壓壓縮機繼續壓縮成為高壓過熱蒸氣，經油分離器排入冷凝器，在冷凝器中將熱量傳遞給冷卻介質，而冷凝成為高壓液體，一小部分高壓液體經節流閥節流成為中間壓力下的濕蒸氣進入中間冷卻器，而大部分液體流經中間冷卻器的盤管，中間冷卻器中的液體吸收了盤管中制冷劑液體的熱量而氣化成為中間壓力下的飽和蒸氣，與低壓級排氣一起進入高壓級壓縮機中，而大部分的制冷劑高壓液體，經中間冷卻器降溫后，再經氣液熱交換器，溫度繼續下降后經熱力膨脹閥節流降壓，成為低壓濕蒸氣后進入蒸發器，在蒸發器件，制冷劑液體吸收了被冷卻物體的熱最而燕發，被冷卻物體放出熱量而達到制冷的目的。
由于高低壓級壓縮機吸入的制冷劑的比容不同，因而低壓級氣缸需要的容積比高壓級氣缸容積要大。高、低壓級壓縮機的容積比約是1:3一l:2。兩級壓縮制冷系統其總的壓縮比是征級壓縮比的乘積，如果需用總的壓縮比是16:1，則每級的壓縮比可采用4:1;但如果在各級中采用壓縮比為4:1和5:1,最終的壓縮比將是20:1。在實際使用中，高低壓級的壓縮比很少正好相等，但它們比較接近。
雙級壓縮制冷系統中的壓縮過程可以采用兩臺(或多臺)單獨的壓縮機來完成。對于采用兩臺(或多臺)壓縮機的雙級制冷系統，在系統管路設計時應注意能夠保證這兩臺(或多臺)壓
縮機具有相同的潤滑油液面。在兩臺(或多臺)壓縮機中維持各個曲軸箱中合適的潤滑油面較困難，因此系統應增加油平衡系統，以保證潤滑油能均勻地分配到兩臺(或多臺壓縮機)的曲軸箱中.使每一臺壓縮機都不會因缺少潤滑油而造成的各類事故發生。
除了用單獨的壓縮機以外，還可以采用一臺單機雙級壓縮機來完成兩級的壓縮過程。這種壓縮機的部分氣缸為高壓缸，其它幾個氣缸為低壓缸。這樣不僅可以減小壓縮機的占地面積，機組的安裝及系統管路的連接均比較簡單，同時還可以減小初投資。
采用單機雙級壓縮機的制冷系統，為了簡化系統可以利用級間冷卻的方法，而省卻中間冷卻器，圖2一5所示的是一臺6缸雙級壓縮機的系統連接圖。從蒸發器回來的制冷劑蒸氣，經過吸氣管直接進入4個低壓級氣缸，從低壓缸排出的中壓氣體，由于經過壓縮機的壓縮而被加熱.它在進入壓縮機電機腔之前，與經降溫膨脹閥來的中壓濕蒸氣在管路中相接觸，其中的液體吸收了低壓級排出的過熱氣休的熱量而蒸發，使進入高壓級氣缸的氣體溫度下降，被降低溫度的制冷劑蒸氣在中間壓力下進入高壓級氣缸，經壓縮后排入到冷凝器中。
當蒸發溫度低于一60℃時，雙級壓縮系統的效率將降低，同樣由于制冷劑吸氣比容的增加，回流的低壓制冷劑最較少，會引起內咒電機過熱。在蒸發溫度低于一60℃時.推薦使用復疊式制冷系統。
