Olá, Ângelo,

Se o fator de análise for apenas tempo de carregamento e considerando os dois itens propostos não tenha dúvidas que o CSS faz o trabalho em bem menos tempo. Agora até mesmo a quantidade de CSS utilizada pode influenciar.

Pra te ajudar, segue dois links úteis:
Excelente artigo do Jacob Wright discorrendo sobre o tema - http://jacwright.com/476/runtime-performance-with-css3-vs-images/
E um CSS do background estilo Vignette - http://mnmly.com/playgrounds/css3/css_vignette/

O último podcast do Diego entra um pouco no nosso assunto. Apesar da sua pergunta ter sido bem específica vale a indicação: http://tableless.com.br/drops-7-voce-esta-fazendo-errado/

Sim, o fator de análise é apenas o tempo de carregamento. Pra ser mais específico, estou desenvolvendo um app para Ipad em HTML, comparei um background-image com box-shadow logo na tela de inicio do app, o background carregou mais rápido. Seria melhor usar o box-shadow, para evitar criar imagem, o que deixa o app mais pesado.

Amigo, talvez algum teste bem específico comprove que um box-shadow carrega bem mais rápido que uma imagem. Se você criar uma página em branco e efetuar testes com uma imagem e depois com um box vai ver a diferença.

O motivo você mesmo disse, imagem deixa o app mais pesado logo demora mais para fazer download. Tempo de download = tempo de carregamento.

Agora é preciso fazer um estudo, se houver uma sobrecarga de CSS (talvez isso ocorra para projetos de grande escala) e começar a deixar o site sem suavidade compensará utilizar imagens para equilibrar. O site ficará mais ágil.

Segue um trecho do texto do Jacob:
"This allows for much smaller page download because the definition for a shadow or gradient is only a few bytes but an image of these same things are usually kilobytes larger. Pages download much more quickly."