采用自然环境中的空气或水来冷却冷凝器中的制冷剂时，单级蒸汽压缩式在制冷系统能达到的最低蒸发温度约为-20℃~-30℃，采用R502制冷剂时，能获得-40℃左右的蒸发温度。但是当需要获得更低的温度时，单级压缩制冷系统将难以实现。这是由于蒸发温度的降低，蒸发压力也随之降低，使得压缩机的压缩比增大致使节流损失增大，制冷系数下降、压缩机的排气温度上升、压力比增大，容积效率下降等问题。为了获取更低的蒸发温度以满足工程需求，通常采取多级压缩或复叠式制冷系统来代替单级压缩系统。

复叠式制冷系统通常采用R22和R13作为制冷剂。但由于R22(CHF2C1)和R13（CF3C1）的GWP（温室效应潜值）较大，大量使用会产生温室效应，并破坏臭氧层。近年来，CO２等天然工质由于其独特的环保优势以及优良的热力学性质，愈发受到重视。为了满足食品速冻冷藏-30~35℃的温度需求，同时要避免制冷剂泄漏对食品产生污染，可以采用CO2／NH3复叠式或NH3双级＋CO２制冷系统CO２／ＮＨ３复叠式系统与ＮＨ３双级＋CO２系统皆为采用自然工质的制冷系统，并且向超市冷柜、冷库等工作环境提供冷量的工质皆为CO２，大大减小了ｎｈ３的充注量，同时制冷机房可也远离人群密集的公共空间，整体制冷系统的安全性得以保证。

CO２工质通常为当作废料处理的工业副产品，CO２的合理利用对保护生态环境和减缓温室效应加剧具有重大意义。CO２无色、无味、无毒、价格低廉，可以直接向超市冷冻柜输送冷量也不需要担心发生食品受到制冷剂泄漏的污染，也可做成冷盘管形式直接在计算机机房等冷负荷巨大且不宜使用冷水盘管的区域使用。