Kompressionskältemaschinen werden mehrstufig ausgeführt, wenn die Differenz zwischen Verflüssigungs- und Verdampfungsdruck zu groß wird oder verschiedene Verdampfungstemperaturen benötigt werden.

Zur Beachtung: Einstufig bedeutet hier 1 Verdichter, klar getrennte Hoch- und Niederdruckseite.

Herrscht in einer Anlage eine recht große Differenz zwischen Verflüssigungs- und Verdampfungsdruck (zum Beispiel in einem Tiefkühlhaus), steigt die Verdichtungsendtemperatur rapide an. Dies hat dies insbesondere negative Auswirkungen auf die Lebensdauer des Verdichters.

Um den Verdichter zu entlasten, wird das gasförmige Kältemittel von einem zweiten Verdichter - dem sogenannten Booster oder Niederdruckverdichter - angesaugt und vom Verdampfungsdruck p₀ auf einen Mitteldruck p_m verdichtet. Das "vorverdichtete" Kältemittel wird nun dem ersten Verdichter (Hochdruckverdichter) zugeführt und von ihm vollständig auf den Verflüssigungsdruck p_c komprimiert.

Das vom Niederdruckverdichter ausgestoßene Kältemittel des Mitteldrucks p_m kann auch zwischengekühlt werden, um die Verdichtungsendtemperatur nochmals abzusenken. Hier muss allerdings eine Vorkondensation vermieden werden, um den Hochdruckverdichter zu schützen.

Für dieses Verfahren sind nicht unbedingt zwei Verdichter notwendig. Es können zum Beispiel bei einem Sechszylinder-Kolbenverdichter vier Zylinder als Niederdruckstufe und zwei als Hochdruckstufe genutzt werden. Das macht allerdings getrennte Saugräume für die Hochdruckstufe erforderlich.

Werden bei einer überfluteten Anlage unterschiedliche Kühltemperaturniveaus benötigt, ist es energetisch günstig, zwei Abscheider mit unterschiedlicher Verdampfungstemperaturen zu betreiben. Der Abscheider niedrigeren Drucks (Niederdruckabscheider) wird mittels eines Niederdruckschwimmers oder Magnetventils aus dem Abscheider höheren Drucks (Mitteldruckabscheider) mit Kältemittel gespeist, so dass ein bestimmter Füllstand in ND-Abscheider aufrecht erhalten wird. Das Gehäuse des ND-Schwimmer ist kommunizierend mit dem ND-Abscheider verbunden. Anstatt des ND-Schwimmers kann an dem Mittildruckbehälter ein HD-Schwimmer kommunizierend angebaut werden, der somit immer einen bestimmten Stand in dem MD-Abscheider hält.

Der Verdichter, der den Druck im Niederdruckabscheider halten soll, fördert das Kältemittel direkt in den Hochdruckabscheider. Die zweistufige Schaltung hat den Vorteil, dass die Verdichtungsendtemperaturen deutlich niedriger sind und somit die Verdichter jeder Stufe mit einem niedrigeren Druckverhältnis betrieben werden als bei einer einstufigen Verdichtung. Aufgrund der Nutzung des Kältemittels bei verschiedenen Temperaturniveaus, kann bei der Mitteldruckstufe eine höhere Leistungszahl erreicht werden.

Der Füllstand im MD-Abscheider wird durch einen Hochdruckschwimmer geregelt. Wenn Kältemittel in dem Schwimmergehäuse steht, wird die Schwimmerkugel angehoben und das flüssige Kältemittel entspannt sich auf den Mitteldruck und strömt in den Abscheider. Wenn mehrere Verflüssiger parallel angeordnet sind, sollten für jeden ein HD-Schwimmer installiert werden.

Der Druck im Mitteldruckabscheider wird durch die Regelung der HD-Verdichter gehalten.

• Einsatz von Wärmeübertragern, Energieeffizienzreserven von Kälteanlagen, Die Kälte- und Klimatechnik 3/2008