本申请公开了一种恒温恒湿空气处理设备，包括：三管制变频多联机室外机、三管制直膨恒温恒湿空气处理机组、第一冷媒出管、第二冷媒出管和冷媒回流管，其中机组包括表冷段直膨盘管和再热段直膨盘管，三管制变频多联机室外机通过第一冷媒出管与表冷段直膨盘管的入口处的节流电子膨胀阀连接，通过冷媒回流管与表冷段直膨盘管的出口连接，三管制变频多联机室外机还通过第二冷媒出管与再热段直膨盘管的入口连接，再热段直膨盘管的出口与第一冷媒出管连接。其中表冷段直膨盘管运行制冷，以降温除湿，同时再热段直膨盘管运行制热，可实现热回收，进行再热处理，以满足恒温恒湿应用，其中不需要额外的加热装置来加热，因此可以降低能源浪费。