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本发明涉及空气处理技术领域，具体涉及一种四季全工况运行的梯级除湿系统及其控制方法，包括：送风风道；第一制冷系统，设置于送风风道内的第一内部换热器；第二制冷系统，设置于送风风道内的第二内部换热器；第三制冷系统，第三冷凝器和第三蒸发器均设置于送风风道内；第一内部换热器、第二内部换热器沿空气流动方向顺次布置；第三蒸发器位于第三冷凝器上游；采用第一制冷系统、第二制冷系统和第三制冷系统三个彼此独立的蒸汽压缩制冷循环，实现空气梯级降温、梯级除湿及冷凝热回收。