碳酸钙饱和pH值是根据碳酸钙的溶解平衡和碳酸平衡状态确定的。碳酸钙在水中溶解时：

水中各级碳酸平衡反应式为：

式中 K_S———碳酸钙的溶解平衡常数或称碳酸钙的溶度积；

K₁、K₂———碳酸盐的一、二级电离常数。

碳酸平衡及碳酸钙溶解平衡反应可综合为下式：

当达到饱和pH值时：

两边取p值（－lg值），则

式中的［H^＋］、［Ca^2＋］与［HCO^－₃］均表示离子活度，［Ca^2＋］与［HCO^－₃］需根据分析值进行换算。

离子活度＝分析值（mol/L）×α_j＝分析值（mg/L，以CaCO₃计）×α_j/（50×10³×Z_j）

式中 α_j———活度系数；

Z_j———电荷数；

故［Ca^2＋］＝Ca（分析值，mg/L，以CaCO₃计）×αCa/（50×10³×2）

按碱度定义，

在循环水的条件下，一般pH值<9，OH^－及CO^2－₃可忽略不计，故可认为总碱度M≈［HCO^－₃］。从而［HCO^－₃］＝M（分析值，mg/L，以CaCO₃计）×α_HCO^－₃/（50×10³×1）

则（1）式可改为：

Ca^2＋和HCO^－₃的活度系数αCa^2＋及αHCO^－

₃由水的离子强度决定，为总溶解固体量（TDS，mg/L）的函数。令A＝（pαCa^2＋＋pα_HCΟ^－₃），为总溶解固体系数，可按下式计算：

A＝2.5TDS^1/2/（200＋5.3TDS^1/2＋0.0275TDS）当TDS<3200mg/L，可简化为以下经验式：

A＝0.1×lgTDS－0.1

令B＝pK₂－pKS，K₂、K_S均随温度而变化，故B为温度系数，可按以下回归式计算：

T<20℃时

B＝2.596－0.0256T

20℃≤T<30℃时

B＝2.512－0.0212T

30℃≤T<54℃时

B＝2.368－0.0164T

54℃≤T<66℃时

B＝2.242－0.014T

66℃≤T≤76℃时

B＝2.042－0.011T

为此碳酸钙饱和pH值可按以下推荐公式计算。

pHS＝9.699＋A＋B－C－D

或pHS＝9.70＋A＋B－C－D

式中 A———总溶解固体系数；

B———温度系数；

C———钙硬系数，等于lgCa；

D———碱度系数，等于lg M。

因此，pHS可根据循环冷却水的总溶解固体量、水温（或典型换热器的壁温）、钙离子含量及碳酸氢根碱度（或近似用总碱度）计算。

国外另一个计算公式的计算结果也与上式相近，即：

式中 TDS———总溶解固体量，mg/L；

CA———钙硬，以钙离子计，mg/L；

TA———碳酸盐碱度，以CaCO₃计，mg/L；

t———温度，（＝1.8×℃＋32）；

e———自然对数底数，约为2.718。