恒溫恒濕試驗箱針對-40℃機型可以采用單級制冷循環，也可以采用復疊式制冷循環系統，但單級制冷循環是靠調小壓縮機的膨脹閥開啟度，減小制冷劑流量限流來調低蒸發壓力(約0.7個大氣壓)，從而獲得低的蒸發溫度的，這樣的設計是以犧牲系統的制冷量來達到的(制冷量約只有標準的0.7～0.8)，導致制冷效率低并加大了壓縮機的負載，而且易引起壓縮機線圈過熱，影響了壓縮機的壽命。
冷凍系統設計：獲取-20℃以下的低溫時均采用復疊式制冷循環系統。 先談談恒溫恒濕試驗箱獲取低溫而采用兩級壓縮復疊制冷循環的原因：
(1)單級壓縮蒸氣制冷循環壓比的限制 單級蒸氣壓縮式制冷機的低蒸發溫度，主要取決于它的冷凝壓力及壓縮比。制冷劑的冷凝壓力由制冷劑的類別和環境介質(如空氣或水)的溫度決定，在通常情況下，它處于0.7~1.8Mpa范圍內。
壓縮比與冷凝壓力和蒸發壓力有關，當冷凝壓力一定時，隨著蒸發溫度的降低，蒸發壓力也相應下降，因而使壓縮比上升，它將引起壓縮機排氣溫度的升高，潤滑油變稀，使潤滑條件變壞，嚴重時甚至會出現結炭和拉缸現象;
另一方面，壓縮比的增大將導致壓縮機的輸氣系數降低，制冷量減少，實際壓縮過程偏離等熵過程越遠，壓縮機功耗增加，制冷系數下降，經濟性降低。將出現以下一些影響。
a.任何制冷劑，蒸發溫度越低，則蒸發壓力也就越低。過低的蒸發壓力，有時可能造成壓縮機難以吸氣，或者使外界的空氣進入制冷系統。
b.當蒸發溫度過低時，某些常用制冷劑已達凝固溫度，無法實現制冷劑的流動，循環。
c.蒸發壓力降低，制冷劑的比體積增大，制冷劑的質量流量減少，制冷量大大下降。為了獲得所需制冷量，必須增大吸氣容積，使壓縮機體積過于龐大。
(2)制冷劑熱物理特性的限制 現在恒溫恒濕箱中單級制冷循環基本上采用的中溫制冷劑是R404A，在一個大氣壓下其蒸發溫度是-46.5℃(R22/-40.7℃)，但空氣冷卻式冷凝器傳熱溫差通常取10℃左右(在強制送風散熱循環下，蒸發器和內箱的溫差)，就是說箱內只能制取-36.5℃的低溫，當然，通過調低壓縮機的蒸發壓力，可以將R404A制冷劑的低蒸發溫度降低到-50℃;所以要獲取-50℃及以下的低溫時必須采用中溫制冷劑與低溫制冷劑復疊式的制冷循環，制取-50℃～-80℃的低溫，低溫制冷劑一般選用R23它在一個大氣壓下的蒸發溫度是-81.7℃。
(3)壓縮機線圈散熱的限制
單級壓縮機工作時，在做-35℃左右，因為壓縮機的線圈是旋空在壓縮機中間的，這就產生一個問題，-35℃時，壓縮機的低壓是為負數值，也就是產生了一個真空度，這樣線圈的頂端熱量就沒有辦法散去，這樣就壓縮機表面是十分涼，可是實際上內部，他的溫度是很高的，(因為真空是的隔熱介質)。
