單級壓縮循環螺桿式冷水機所能達到的最低制冷溫度是有限的，通常情況下，它的最低溫度只能達到-40℃，主要原因是受單級活塞式壓縮機的極限使用條件的限制。如果螺桿式冷水機的蒸發器溫度過低，當超出極限使用條件時,螺桿式冷水機就會帶來以下幾個問題：
1、實際壓縮過程偏離等熵壓縮過程的程度大，該螺桿式冷水機的壓縮機輸氣系數減少，壓縮機的輸氣量就會大大減少。
2、螺桿式冷水機的壓縮機的排氣溫度過高，壓縮機氣缸面上的潤滑油變稀，使潤滑條件變壞。甚至會引起潤滑油的碳化，出現拉缸以及閥片密封不嚴等現象。
3、制冷劑節流損失增加，單位質量制冷量及單位容積制冷量下降過大。
以上問題會導致螺桿式冷水機的制冷量下降，功率消耗增加以及釀成事故，所以為了獲得比較低的溫度(-40～-70℃)的同時，又可以讓壓縮機的工作壓力控制在合適的范圍內，就需要采用雙級壓縮制冷循環螺桿式冷水機。
當要求獲得更低的蒸發溫度(-70～120℃)時，對于雙級壓縮循環，采用常規的中溫制冷劑R12、R22時，會因為蒸發壓力過低，活塞式制冷壓縮機難以正常工作或因為資料溫度低于制冷劑的凝固點而使制冷系統無法工作。因此要采用R13、R14低溫制冷劑。這種制冷劑在蒸發溫度為-70～120℃范圍內，蒸發壓力較高，能滿足活塞式壓縮機正常工作的要求，凝固點也低于-70～120℃。
但這類制冷劑的臨界點也低，用通常的環境空氣或冷卻水來冷卻使之冷凝時，其冷凝壓力太高，而且節流損失也很大，實際應用時經濟性很差，因為，通常采用中溫制冷劑的蒸發來冷卻低溫制冷劑使其冷凝，這樣就構成了由兩種或三種制冷劑的循環串聯(疊加)而成的復疊式制冷循環螺桿式冷水機。至于是采用由兩個單級壓縮機循環的組合還是由一個單級壓縮循環和一個雙級壓縮循環的組合，還是由三個單級壓縮循環的組合，同樣也是決定于所需制冷溫度。