水垢形成是一個復雜的物理化學過程。這個過程分為兩步：第一步為水燒開或加熱（60℃～70℃以上）后，一部分水蒸發(fā)了，水中鈣鎂鹽類物質(zhì)濃度逐漸升高達到過飽和狀態(tài)，并從水中析出；第二步為結(jié)晶的鈣鎂鹽類物質(zhì)在受熱面上形成各種不同密度和不同成分的固體附著物水垢或懸浮在溶液中成為水渣。

成為水垢還是成為水渣不僅取決于它們的化學成分和結(jié)晶狀態(tài)，而且還與析出的條件有關。如在省煤器、給水管道中，水中析出的碳酸鈣常常結(jié)成堅硬的水垢。而在鍋爐的受熱面中，如果水的堿度較強，又處于劇烈的沸騰狀態(tài)，則析出的碳酸鈣常形成海綿狀的松軟水渣。

硬水中鈣鎂鹽類物質(zhì)的飽和指數(shù)如果未超過或正好在飽和的臨界點上，就不會有水垢生成。同樣，在軟水中如果超出了飽和指數(shù)也會產(chǎn)生水垢。

飽和指數(shù)由水的PH值（酸堿度）決定。PH值越低，水中的酸性越強，飽和指數(shù)越高，所能溶解的礦物質(zhì)成分也就越多；PH值越高，水中的堿性越強，飽和指數(shù)越低，所能溶解的礦物質(zhì)成分也就越少。對水加熱、水壓降低（如打開水龍頭等）、在水中添加化學品劑等都會導致PH值升高。

最初所形成的過飽和狀態(tài)溶液很不穩(wěn)定，開始時是在過飽和溶液中鹽類結(jié)晶核心上，極小的微粒逐漸長大成顆粒，最后形成粗結(jié)晶體或絮狀的水垢或水渣。形成水垢或水渣，不僅與鹽類物質(zhì)的化學成分有關，而且還取決于鹽類雜質(zhì)和受熱面之間物理化學因素。如果金屬受熱面粗糙并有凸起時，便會在過飽和溶液產(chǎn)生固態(tài)的結(jié)晶核。金屬受熱面氧化層有相當大的附著力，它可成為金屬壁與析出結(jié)晶沉淀物的粘結(jié)中間層。因此，金屬表面粗糙或覆蓋一層氧化物時，鹽類雜質(zhì)沉淀出來將主要成為水垢；相反在光潔的受熱金屬面上，則多呈水渣。

按水垢的形成過程可分為兩種：一是鹽類雜質(zhì)在受熱面上直接結(jié)晶而形成的一次水垢；一是易粘附在受熱面上的水渣，再次生成二次水垢。

水垢對熱水器的危害

1、降低熱效率。由于水垢比金屬的導熱系數(shù)小幾百倍。因此，即使在受熱面上形成不太厚的水垢，也會因為熱阻大，使其導熱效率降低，造成熱損失。受熱面上結(jié)有水垢，會使金屬管壁局部過熱，當壁溫超過其工作允許極限溫度時，就會使其局部鼓包，這種現(xiàn)象多發(fā)生在電加熱管上，也是致使電加熱管損壞的主要原因之一。

2、降低循環(huán)量。太陽能真空管內(nèi)結(jié)垢后，流通截面積減少，增加了水循環(huán)的速度和流動阻力致使升溫效果明顯下降。

3、降低使用壽命。水垢附在太陽能真空管內(nèi)，很難清除。為了除垢需要經(jīng)常清洗，因而增加檢修次數(shù)，費時費料費財。而且可能由于除垢方法不當而降低使用壽命。

4、腐蝕金屬內(nèi)壁。水垢是一種復雜的鹽類，其中含有鹵素離子，在高溫下對鐵有腐蝕作用。通過對鐵質(zhì)水垢的分析，可知它含鐵量達20%～30％左右。水垢的侵蝕會使金屬內(nèi)壁變脆并不斷向深處腐蝕。

5、使傳感器失效。水垢的導熱系數(shù)低，一旦結(jié)垢，傳感器內(nèi)部的感溫元件不能及時感應到外部水溫的變化，使得顯示的溫度比實際水溫要低。

因為水垢的特性，使得水位顯示出現(xiàn)偏差。這個過程一般有兩種現(xiàn)象：一種是結(jié)垢初期水垢稀松似海綿狀，這時的水垢能吸收水份，即使水箱內(nèi)只有少量水也會因為毛吸現(xiàn)象而顯示滿水位；另一種是結(jié)垢后期水垢堅硬、致密，由于水垢阻礙了電信號的傳送，太陽能水箱內(nèi)就是注滿水也會顯示缺水或無水。